随着智能手表、真无线耳机 (TWS) 等穿戴设备热销，无线充电功能也从旗舰机逐渐迈向大众化，而充电器也朝多功能／多接口／多设备整合发展。例如，在无线充电器上附加蓝牙 (Bluetooth) 联机功能，让用户在充电同时，依旧能接听电话及享受影音，或是将 USB Power Delivery (USB PD) 和高通快充技术 (Quick Charge, QC) 集于一身的移动电源。
市面上另有一款小巧的苹果 (Apple) iWatch 手表无线充电器／钥匙圈携带式充电器，可挂在钥匙炼或背包上、无缝滑入口袋，或在不使用时置于汽车杂物箱中。可别小看这么一个小东西，它内置的 950mAh 电池可提供与全尺寸充电板相同的快速充电功能，能同时为手表和充电器充电，且具有过热、过流、过压和短路保护功能。今年因为疫病关系，带有紫外线消毒功能的无线充电器更是大受欢迎。然而，充电效率、速度和散热，仍是令消费者踌躇不前的心魔。
图1：Lexon Oblio 使用具有离子发生器技术的先进抗菌 UV-C 灯对手机屏幕进行消毒，具备 10W Qi 无线充电功能，兼容苹果与 Andriod 设备
资料来源：https://lexon-design.com/en/product/oblio/
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多接口、跨品牌＂异质相容＂非通则，高温是电池健康的大忌
所谓的＂异质兼容＂包括多个电源接口和跨品牌设备。中国 PC 电源龙头航嘉 (Huntkey) 近日亦将 USB 端口集成到其 Qi 无线充电器，最大功率同为 10W；Mophie 推出新款带有 USB-C、Lightning 端口及 10,000mAh 电池的可携式 Qi 充电器 Powerstation XL，最高输出达 18W，可同时使用 USB-C / Lightning 和无线接口为两个 Apple 设备充电；10 W Vissles＂三合一＂Qi 无线充电站，是某些 iPhone 型号随附 5W 充电电缆输出的两倍，可同时为任何支持 Qi 标准的设备充电 (不限于苹果产品)，且号称速度几乎与 10W 电缆充电器一样快。
所谓的＂异质兼容＂包括多个电源接口和跨品牌设备。中国 PC 电源龙头航嘉 (Huntkey) 近日亦将 USB 端口集成到其 Qi 无线充电器，最大功率同为 10W；Mophie 推出新款带有 USB-C、Lightning 端口及 10,000mAh 电池的可携式 Qi 充电器 Powerstation XL，最高输出达 18W，可同时使用 USB-C / Lightning 和无线接口为两个 Apple 设备充电；10 W Vissles＂三合一＂Qi 无线充电站，是某些 iPhone 型号随附 5W 充电电缆输出的两倍，可同时为任何支持 Qi 标准的设备充电 (不限于苹果产品)，且号称速度几乎与 10W 电缆充电器一样快。
不过，并非所有充电器都如此＂一视同仁＂。OnePlus Warp Charge 30W 无线充电器亦号称能提供有线充电速度，但有人实测发现：这属于他们的专有技术，仅限于自有品牌手机，他厂设备的充电速度据称非常缓慢，显然有一定排他性存在。其工作原理是利用＂电荷泵＂输送高电压、低电流的电源，好处是可借助智能电路使所有内容维持同步、并使充电器和设备相互通信，以确保功率突增与电池需求能处于动态平衡，进而增加功率、缩短充电时间并控制热量；考虑到散热，OnePlus 无线充电器采倾斜支架设计，意在提供更多气流，并在内部集成风扇。
众所周知，若充电时设备机体温度过高，对电池是一大损害；许多＞15W 功率的充电器，都会选择建置散热风扇，魅族新近推出的 27W 无线超充板，更搭载 23 片刀锋式扇叶的超大主动静音散热风扇。根据美国化学学会 (American Chemical Society, ACS) 研究，无线充电因为直接与手机大面积接触，会比传统有线充电器产生更高的热量；若是位置错置，将迫使无线充电器加大功率输出、进一步升温，而高温正是电池健康的大忌。因此，ACS 建议使用无线充电器时，不仅须确认手机的摆放位置，在充电时也不宜使用手机，以免伤及电池。
图2：OnePlus Warp Charge 30W 无线充电器具备＂过热、过流和过压＂的完善充电保护
资料来源：https://www.oneplus.com/product/oneplus-warp-charge-30-wireless-charger
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夭折的 AirPower 变相重现：多个充电圈，返还摆放自由度
让 Apple 弃守的 AirPower 无线充电技术变相重现于世的 Zens Liberty 公司，亦在无线充电器内部嵌入一个风扇。它是一个内置 16 个充电线圈的无线充电器，通过标准 USB-C 端口供电 (需要 60W 的 USB-C PD 充电器才能提供足够功率)，附带两个 Qi 15W 充电垫、可同时为两只手机全速充电；其无线充电器顶部还有一个 USB-A 端口，用于插入其他设备。尽管外观不同，但试图用多个充电圈，返还摆放自由度的精神终于得以实现，但它有个致命缺点：体积如一本平装书的大小，另消耗功率很大、且售价不斐。
让 Apple 弃守的 AirPower 无线充电技术变相重现于世的 Zens Liberty 公司，亦在无线充电器内部嵌入一个风扇。它是一个内置 16 个充电线圈的无线充电器，通过标准 USB-C 端口供电 (需要 60W 的 USB-C PD 充电器才能提供足够功率)，附带两个 Qi 15W 充电垫、可同时为两只手机全速充电；其无线充电器顶部还有一个 USB-A 端口，用于插入其他设备。尽管外观不同，但试图用多个充电圈，返还摆放自由度的精神终于得以实现，但它有个致命缺点：体积如一本平装书的大小，另消耗功率很大、且售价不斐。
同属高阶产品的还有 Pitaka 公司所推出的＂六合一＂Omni Air 无线充电器，具有两个无线充电板、Apple Watch 充电器、充电座、USB-A 和 USB-C 端口，且苹果 iOS 与 Android 用户皆适用，堪称经典之作；它同时整合多个有线、无线充电功能，且相当轻薄，特别适合经常差旅的人士。其中，两个无线充电器，一个充电功率为 10W，可将手机自由放置其上充电，另一个为 5W 功率，可为带有无线充电盒的 AirPods 或 Galaxy Buds + 等耳机充电。顺带一提，日前美国专利商标局发布了 Apple 一项替代先前失效 AirPower 充电器的专利申请。
新专利的充电线圈分别内置在底座和设备外壳侧壁，缠绕在外壳四周，驱动电路被配置为可使线圈产生适合于特定应用的时变磁场为其特点。放置在近外壳侧壁的接收器，比放置在中央承受更强的磁场；加上接收器线圈与基部共面的设计，可让磁场通量垂直于基部而最大化功率传递。另一项受瞩的专利是：让苹果下一代 Magic Trackpad 变身无线充电板，可为 iPhone 或 AirPods 等设备进行无线充电。同样衡量到越来越难将无线充电线圈集成到更轻薄短小设备的设备，微软 (Microsoft) 进一步将平板计算机等设备的金属外壳，作为无线充电线圈的一部分。
＂截止电流＂争取更多电池容量&更长运行时间
将线圈围绕在金属外壳上，流经无线充电线圈的电流在围绕电子设备的金属外壳中感应出表面电流，这两股电流会产生组合磁场。与完全独立的无线充电模块相比，它允许进行多触点设计。除了从风扇和电路设计着手，直接限缩内部＂截止电流＂(terminate current) 亦有助于延长电池寿命。德州仪器 (TI) 去年推出一款开关电池充电器 IC——BQ25619，可支持 20 mA 的截止电流。相较于其他支持高于 60 mA 截止电流的竞争产品相比，TI 的 BQ25619 充电器能提供＞7% 的电池容量及更长的运行时间。
将线圈围绕在金属外壳上，流经无线充电线圈的电流在围绕电子设备的金属外壳中感应出表面电流，这两股电流会产生组合磁场。与完全独立的无线充电模块相比，它允许进行多触点设计。除了从风扇和电路设计着手，直接限缩内部＂截止电流＂(terminate current) 亦有助于延长电池寿命。德州仪器 (TI) 去年推出一款开关电池充电器 IC——BQ25619，可支持 20 mA 的截止电流。相较于其他支持高于 60 mA 截止电流的竞争产品相比，TI 的 BQ25619 充电器能提供＞7% 的电池容量及更长的运行时间。
图3：TI 开关电池充电器 IC——BQ25619，可支持 20 mA 的截止电流
资料来源：TI 提供
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借助设定充电定时器，还能进一步延长电池运行时间并减少频繁充电。BQ25619 集成＂充电、升压转换器和电压保护＂与高速充电，还能在 4.6-V 和 0.5-A 输出时提供 95% 的效率。有了整合的双向升、降压拓朴结构，BQ25619 的充、放电仅需一颗功率组件即可完成，无需外部电感器；另凭借＂低静态电流＂优势，可在运输节电机制 (ship mode) 下降低 6ЧA 的电池漏电，进而节省电池电量消耗，使电子产品的库存寿命倍增，供电期间仅消耗 10ЧA 电量以支持待机系统，符合助听器、无线充电器、IP 网络摄影机、病患监护以及个人护理设备所需。
另有鉴于在某些情况下，需要多电池方案支持，例如，无线耳机需要两个尺寸受限的电池配置于每支耳塞内部及低充电电流，TI 另有针对用于耳机充电的 BQ25150 版本。它是一款 I²C 控制线性充电器，具备两个低压差线性稳压器及一个嵌入式模拟数字转换器，在低功率模式下的静态电流＜500nA、充电电流高达500 mA，整个方案尺寸只有 11 mm2。此外，如前文所述，将手机作为充电器的＂反向充电＂风潮正悄悄兴起，三星 (Samsung) Galaxy S10、Galaxy S20、Galaxy Note 10 是知名机型。
无线充电 2.0：反向充电、RF-based WPT 兴起
摩托罗拉 (Motorola) 最新 5G 旗舰机 edge+ (兼容毫米波和 Sub-6GHz)，亦搭载 15W 无线充电 (有线可达 18W) 并支援 5W 反向充电；华为带有 40W 超级快充 (有线) 的 Huawei P40 Pro 系列，亦支持 27W 华为无线超级快充及反向充电。在物联网 (IoT) 时代，需要无线充电的不只是手机和穿戴设备，而 IoT 供电一直是人们关注的议题，尤其是在不易更换电池的场域中；能量采集 (Energy Harvesting) 曾是唯一优选，但现在，基于射频 (RF) 的无线电力传输 (WPT) 似乎也成了备选方案。业界认为，Qi 标准并不能解决 IoT 的电源问题。
摩托罗拉 (Motorola) 最新 5G 旗舰机 edge+ (兼容毫米波和 Sub-6GHz)，亦搭载 15W 无线充电 (有线可达 18W) 并支援 5W 反向充电；华为带有 40W 超级快充 (有线) 的 Huawei P40 Pro 系列，亦支持 27W 华为无线超级快充及反向充电。在物联网 (IoT) 时代，需要无线充电的不只是手机和穿戴设备，而 IoT 供电一直是人们关注的议题，尤其是在不易更换电池的场域中；能量采集 (Energy Harvesting) 曾是唯一优选，但现在，基于射频 (RF) 的无线电力传输 (WPT) 似乎也成了备选方案。业界认为，Qi 标准并不能解决 IoT 的电源问题。
图4：Motorola 最新 5G 旗舰机 edge+ 搭载 Qualcomm Snapdragon 865 处理器
资料来源：https://www.motorola.com/us/smartphones-motorola-edge-plus/p
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因为连接的传感器和设备需要可连续工作数年、无需人员触摸的无线或自给自足的电源，于是，有新创公司开始倡导＂空中传输＂。美国 Ossia 公司的 Cota 技术，可使用放置在设备上的发射器和接收器在短距离内传输几瓦的功率，且不需要在接收器和发射器之间形成视距 (LOS)，家具和人都不会妨碍对设备充电。其工作原理是让接收器在发射器上侦听来自天线的射频 (RF) 波，然后确定该波的倒数并回送天线。如此一来，天线就可以对准并向正确的位置传输功率。若信号中途被中断，则不会发送任何能量，避免对人体造成伤害。
思爱普 (SAP)、沃尔玛 (Walmart) 已在试点中。一个嵌入杂货店天花板的发射器约可为 1,000 个电子货架卷标供电，证实可在 6～10 呎距离工作，从汽车到建筑业都在尝试此法。Ossia 透露，有汽车客户希望将这样的变送器技术嵌入到汽车的仪表板，以追踪安全带是否系好或为安全气囊的传感器供电。Ossia 指出，现代汽车的驾驶舱中有逾 50 个这样的传感器，要为这些传感器有线供电将大幅增加车辆的整体重量。另一家以色列公司 Wi-Charge 所采取的作法几乎反其道而行：设备需外加发射器和接收器，且两者须维持一定视距关系才能工作。
无线充电 EPD、健康传感器亦是 RF WPT 应用
Wi-Charge 的观点是：对视线的需求意味着可在静态物体且发射器装设成本相对便宜的环境中发挥最佳作用，例如，将发射器添加到灯泡、将其安装到家里几个位置的天花板上，与带有 Wi-Charge 接收器的设备相互呼应 (将对发送器收取 100 美元、接收器 10 美元的费用)。虽然他们自揭，这种系统效率仅约 10%，可能会限制大功率及开启设备的实用性，但其实影响不大：因为静态设备可从无线电源获取，且用户能将发射器包括在照明设备中，即使非静态不动的设备通常也能让自己保持在发射器视距内。
Wi-Charge 的观点是：对视线的需求意味着可在静态物体且发射器装设成本相对便宜的环境中发挥最佳作用，例如，将发射器添加到灯泡、将其安装到家里几个位置的天花板上，与带有 Wi-Charge 接收器的设备相互呼应 (将对发送器收取 100 美元、接收器 10 美元的费用)。虽然他们自揭，这种系统效率仅约 10%，可能会限制大功率及开启设备的实用性，但其实影响不大：因为静态设备可从无线电源获取，且用户能将发射器包括在照明设备中，即使非静态不动的设备通常也能让自己保持在发射器视距内。
图5：Wi-Charge RF WPT 在客厅的应用场景
资料来源：https://wi-charge.com/photos/
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图6：Wi-Charge RF WPT 在浴厕的应用场景
资料来源：https://wi-charge.com/photos/
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智能家居是 Wi-Charge 首先锁定的分众市场，已计划在 Arlo 摄影机上安装无线充电；商用浴厕的非接触式水龙头和手动给皂器，是下一个目标，让高人流区域的清洁人员不必忙着更换电池。主张放弃能量收集技术而转向电波获取能量的，还有近日甫宣布与元太科技 (E Ink) 合作的 Energous；双方将开发支持 WattUp 无线充电技术、可提供 15 呎无线充电的 EPD (电子纸显示器) 卷标，适用于物流／资产／电子货架卷标以及零售标牌等 IoT 显示器。根据 Market Research Future 预估，2023 年全球 EPD 市场估计将增长到 57.3 亿美元。
无线充电 EPD 的市场主力是货架标签，可为零售商提供快速、有效更新货架标牌副本的能力，无需电线、纸本标签或店员手动更改。另一个核心组成则来自于物流追踪。Energous 另与工业设计公司 28Gorilla 合作开发无线充电的马术健康传感器。这个专为赛马而设计的传感器，用以监视、追踪马匹的生命状况，例如，温度、心率和腿部位置，并提供必要的数据和其他统计信息以监测其健康状况，完全消除线缆及设备上的输入／输出端口，使产品 100% 防水，这是＂可清洗电子纺织品＂的刚性要求。
尺寸小、完全防水，智慧服装清洗不需拆卸电池
RF-based 远程空中无线电源技术供货商 Powercast，携手具有原型生产设计和制造能力的功能性金属油墨先进印刷电子商 Liquid X，共同实现具有成本效益、耐用、高性能且可清洗的电子纺织品，以制作智慧服装。利用 Liquid X 的专有无颗粒墨水技术，纺织业者可将 Powercast 的 RF 无线接收天线电路直接印制到服装上，并在制程中将 RF 无线电源技术和电池密封到服装中，使用于保健、运动监控的纺织品或直接嵌入 LED 照明的机能性服装能藉此经由空中为电池供电 (发射器最远射程为 10 呎)，且清洗时无需卸下电池组。
RF-based 远程空中无线电源技术供货商 Powercast，携手具有原型生产设计和制造能力的功能性金属油墨先进印刷电子商 Liquid X，共同实现具有成本效益、耐用、高性能且可清洗的电子纺织品，以制作智慧服装。利用 Liquid X 的专有无颗粒墨水技术，纺织业者可将 Powercast 的 RF 无线接收天线电路直接印制到服装上，并在制程中将 RF 无线电源技术和电池密封到服装中，使用于保健、运动监控的纺织品或直接嵌入 LED 照明的机能性服装能藉此经由空中为电池供电 (发射器最远射程为 10 呎)，且清洗时无需卸下电池组。
图7：Liquid X 和 Powercast 连手打造无线供电的电子纺织品
资料来源：https://www.powercastco.com/visuals/
资料来源：https://www.powercastco.com/visuals/
需充电时，消费者只需将 Powercast RF 发射器放置在存放智能穿戴设备的壁橱或抽屉中，即可经由空中将 RF 能量传输到嵌入可穿戴设备中的 RF 接收器，后将其转换为直流 (DC) 电力来为电池充电。与线圈充电技术相较，WPT 号称是＂无线充电 2.0＂技术，在充电效率、异物检测、方向自由度和热性能方面有实质改进，更适合用于家庭／办公室及医疗、工业、零售和汽车行业等空间有限或非平坦表面的电子设备，并确保产品之间的互操作性，越来越多的公司将 WPT 充电器用于家电、无人机和机器人。
实现 WPT 技术：感应、谐振感应耦合、微波能量传输
WPT 其实并非新科技，起源最早可追溯到一百多年前，但直到 2018 年，与苹果、三星和华为等最新型号手机兼容的无线充电器开始出现，才一跃而起。无线充电公司 WiTricity 将 WPT 定义为：使用磁场在电源和设备之间传输功率，而无需使用电线将两者连接。实现无线能量传输的技术包括：感应、谐振感应耦合和微波能量传输。感应是通过两个线圈之间非常近距离的能量传递获得，而谐振感应耦合是基于谐振隧道效应——当波导与发射器相连时形成一条隧道，将能量转化为电能；更长的距离，则是经由无线电和微波能量传输取得。
WPT 其实并非新科技，起源最早可追溯到一百多年前，但直到 2018 年，与苹果、三星和华为等最新型号手机兼容的无线充电器开始出现，才一跃而起。无线充电公司 WiTricity 将 WPT 定义为：使用磁场在电源和设备之间传输功率，而无需使用电线将两者连接。实现无线能量传输的技术包括：感应、谐振感应耦合和微波能量传输。感应是通过两个线圈之间非常近距离的能量传递获得，而谐振感应耦合是基于谐振隧道效应——当波导与发射器相连时形成一条隧道，将能量转化为电能；更长的距离，则是经由无线电和微波能量传输取得。
无线电和微波能量传输会借助整流天线作用，将微波能量转换为电能。西雅图无线生产商 WiBotic 已获得将感应和磁共振混合在一起的无线能量机制专利，其自适应匹配系统由一个发射器单元组成，使用电源生成 WPT 信号并传送到发射天线线圈。当发射器单元识别到时，电场会逐渐上升，然后由天线收集并传送到充电器。另一种 WPT 方法是正在研究中、可在任何方向上转动的＂球形接头＂无线充电系统，由一个球形结构、机械杆和一个插座所组成，无线能量乃通过磁共振从发射器传输到接收器，专为制造工厂而设计，避免机械手臂不断运动而扭断电缆。
图8：WiBotic 无线充电系统包含四个主要硬件组件：发射单元、发射天线线圈、板载充电器、接收天线线圈
资料来源：https://www.wibotic.com/technology/
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