线圈感应式无线充电系统设计方案

后来RFID应用开始发展，主要就规划的三个频段LF低频(125~135KHz)、HF高频(13.56MHz)、UHF超高频(860~960MHz)可以使用，而这些频段也造就了目前无线电力系统在设计之初频率采用的参考点。早在10年前电动牙刷的无线充电就已经上市，当时的传送功率小、充电时间长，在现在的智能手持装置的耗电状况来看当时的充电能量不敷使用所以10年来还无法实用化。但这几年来发展出新的技术可用较高的“共振”接收效率运作方式，由于这个技术较新所以各界的说法很多，但都是有一个很重要的特性，就是接收线圈上都会有配置电容来构成一个具有频率特性的接收天线，在特定的频率下可以得到较大的功率移转。这部份就跟早期的电磁感应不同，当距离拉开后依然就可以得到良好的电力传送效果。共振的原理非常简单，就跟钢琴调音师一样放不同水量的玻璃杯，在精准的调音下可以将某个玻璃杯透过共振将其振碎;但其它的文章都没有提到，若是没有经过专业钢琴调音师训练的一般人，可能永远也调不出可以让玻璃杯振碎的频率!这就是原理简单、实作困难。驱动发射线圈展示简单・上市困难电子零件出厂时就像是未调过音的钢琴，钢琴透过专业的调音师精准调校后可以发出高品质的声音;当大量生产后为了成本考量可能就无法在每一个产品都经由专业人员调校再出货，如果每一个产品都要专业人员来修正那就会有困难，因为专业人员有限。这就跟目前可以看到很多无线充电产品在很久前就发表了，在发表会上产品都可以完美演出，但过了很久的等待后还没见产品上市?就跟刚提到的例子一样，无线充电的产品为了达到很好的共振效果必需经过精准的调校，在这样的状况下量产会变的非常困难。所以无线充电系统的设计首先必需要能针对共振这部份能自我调整，这样才能解决量产难题。2008年INTEL即发表了可以离一公尺距离的两个线圈传送电力用以

点亮60瓦特灯泡，发表当时也宣告了无线电力时代已经到来;但三年过去了相关产品还是没有上市，仔细想一下可以相距一公尺传送电力，这么强大的电磁能量就算对人体没影响、对周遭的电气制品会有非常大的杀伤力。无线电力系统的原理与烹调电磁炉相同，透过电磁波来传送能量只不过目标不同，电磁炉使用频率约50KHz能量发出后给锅具加热用已烹饪，过去网络上就有流传过一段影片就是将手机放在运作中的电磁炉表面上，在短时间内手机即烧毁，这样的原理一样电磁波会穿过手机外壳直接对内部的金属构造加热终至烧毁。前文题到过，为了加长传送距离必需提高传送频率，电磁炉的频率较低在离开数公分后就衰减到安全界限以下，INTEL发表的相距一公尺传送电力必需将频率提高到约13MHz才能传送，在这个状况下线圈之间若是存在金属物体将会被加热而发生危险，表演中工作人员可以站在两个线圈中间不会有危险，是因为人体内的金属成份很少所以温度上升有限。当电磁波频率加到1GHz以上就会直接对水分子加热;这个原理就变成微波炉了，水分子被电磁波搅动后发出热量。所以微波炉与电磁炉不一样，必需在屏蔽体内操作避免为害到人体。这部份又与市面上的无线通讯产品不同，因为能量差距甚大;无线电力系统需要传送电力而发送到受电装置所以需高功率传送，无线通讯产品收到低功率讯号后再透过内部的电池将讯号放大处理。所以不管是在13MHz会对金属加热或是1GHz以上直接伤害人体，无线电力在设计时必需解决安全的问题才能上市，这就是展示简单、上市困难。接收线圈架构盘电璀感应接枝：有效距离爆效率喬不需调整匹醞不适用于趣充电系统』b.共插并联谐振腹收：有效距离长、婢高、容易谓莖匹配＜■适用于悔蟀无线充葩系统！有效距离中、效率高、持密谓堇匹配。适用于畐功率无统充电垂烦！三大效能指针效率、安全、功率

e.滤波与稳压器：这部份难度在接收装置空间有限，设计上要小型化的困难处，通常高转换效率的电路配置大体积被动零件。e.设计最艰难的部份在于安全先前提到无线充电系统与电磁炉一样会发射电磁波能量，这有两大问题：其一为当发射器上没有放目标充电装置时一样在发射能量，长时间下会造成能源的浪费，不符合现在产品节能的趋势。另外一个问题较严重，为当发射器上放的是金属异物，电磁波对其加热;这个状况轻则烧毁装置，重则发生火灾危其人员生命财产。所以无线充电系统若要上市销售，必需要有一个重要的功能即为「受电端目标物辨识」，当正确的目标物放置在发射器上才开始送电，若不是的话则不送电。用来侦测近距离装置的方法有很多，但在无线充电系统上有一个问题就是无法采用昂贵的零件来完成这个功能，记住目前设计的只是一个充电器，若成本太高的话市场会无法接受这个功能。无线充由能量之危险处而目前有两个实用的方法来完成这个功能：1.磁力激活：在受电端上装一个磁铁，当发射端感应到磁力后开始发送能量，这个方法简单有效，因为没有人会无意中放一个磁铁在发射器上让它烧毁。2•感应线圈上的资料传送：这是目前认为最安全的方法，与RFID的原理相同,利用两个线圈内的电力传送中，包含资料码一起传送;这个方法最安全也是最难完成的，因为感应线圈上有高能量的电力传输、另外还包含了系统的噪声与负载电流变化的干扰，如何有效的传送资料码是一大难题。可变功率系统需建立在数据传输机制上

一个理想的系统为在无线充电发射器上放置不同的接收器，接收器可为不同的装置从小电力的耳机到大功率的笔记型计算机，都应该要能对应不同的目标物;但每个接收装置的电力需求都不一样，这时发射器必需要能自动调节功率输出。但这样的功能要建立在发射器与接收器要能够传送资料码来进行沟通，所以如何运用感应电力的线圈进行资料码传送是研发的要点。关于这个技术数年前已经有多家公司投入开发，其每家公司的方法有差异在实作上的稳定性也需要再经过验证。无线充电共通标是理想却难以实现目前有业者在推行无线充电标准，理想化的标准是可以跨品牌使用。这个是一个很理想化的目标，所谓的标准就针对两个部份需要规范才能运作;第一就是要有共通的共振频率，电力传输是需要透过预设好的共振频率来传送，发射器提供的电磁波能量之频率需要是接收器的共振频率才能得到好的转换效率。第二就是标准的资料传送码或其它识别激活方式，发射器需要对应到正确的接收器才能开始送电。一个共通的标准的确是市场所期待的，目前在推动无线充电标准化的团体已经运作多时，但在市面上的产品还算少见，这部份可以深入了解后可以发现一些问题，一部份是其标准尚未完整以致研发人员照规格书开发确无法顺利将产品完成;另一个问题是该标准并不是免费的，当产品上市前需要先支付相关专利的权利金，所以共通标准是未来的趋势，但目前实际应用还未成熟。感应线圈与磁性材料搭配使用RFJDfflfIC力〜鬥HyperShield国鋪!聲e”吐tg计”1饰1"孑畑肝叭盼石的7^7^亍才*menna三大关键组件牵动三个产业链就无线充电产品看有三大关键组件，其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。目前无线充电尚在起步阶段，市场预期接下来的二到三年会开始高度成长，而四年后将会变成品牌商品的标准备规格之一。这个市场的成长