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iPhoneX无线充电器

iPhoneX无线充电器

2017年的iPhoneX最能打动消费者的莫过于色彩饱和度更高画质更细腻的OLED全面屏,不过电源设计一向保守的iPhone终于用上了快充和无线充电同样值得关注。相比有线快充,无线充电减少线缆并能实现一对多充电。在诺基亚和三星已经推出的量产机型的推动下无线充电市场并未普及,今年推出的三款iPhone支持无线充电能否加速无线充电市场的爆发?体验还不完美的无线充电未来将走向何方?
苹果入局,能否引爆无线充电市场?
苹果2017年发布的iPhone8、iPhone8 Plus、iPhoneX三款手机新品都支持快充和无线充电,并且在iPhone发布后的10月25日,苹果宣布收购了新西兰一家创立于2007年,主要业务是无线充电方案的公司PowerbyProxi。苹果的一系列举措都是看好无线充电的表现,这也让业界更加期待无线充电的爆发。要知道,三星从五年前的Note2就开始布局无线充电,并且Note5之后的旗舰手机都出厂自带无线充电器,诺基亚也推出了支持无线充电的Nokia920、820,但都并未推动无线充电的普及,其中除了有体验的问题,还有许多厂商在观望苹果的态度。此次苹果的入局能否加速无线充电市场的爆发?
ROHM半导体(上海)有限公司设计中心助理经理陈行乐对记者表示:“与其说国内的相关厂商在观望和跟风苹果的无线充电,不如说是苹果朝着这股市场的风在走。苹果在以往的手机产品上电源设计相当保守,iPhone 8/Plus/X之前的产品都不带快充功能,完全脱节于Android等市场的大方向。这次加持基于USB-PD快充协议的有线快充和无线充电新功能吸引了消费者的眼球。当然,以苹果在手机市场的保有量,也值得其他厂商参与到无线充电这个阵营中来。”新捷(NewEdge)CEO陆惠宏博士也表示:“iPhoneX已具备足够影响力去驱动无线充电市场的发展, 目前市场开案有5倍的增加。”另有业内人士也表示,苹果新品发布之后合作厂商对于相关MCU的询问度明显提高,预计2018年市场将呈数倍增长,更有国内厂商大胆预估明年其无线充电产品的出货在千万量级,足见市场热度。
WPC主席Menno Treffers也预计,2017年将有3.25亿无线充电产品,其中智能手机约3亿,无线充电功能都用到了Qi技术,发射端约有0.75亿规模。无线充电的接收和发射端的数量快速增长,预计无线充电接收端在2020和2025年分别将达10亿、20亿规模,发射端在2021年也将达约5亿规模。
标准严格规范 芯片设计、测试保障无线充电安全
可见,凭借苹果的影响力,业界普遍看好无线充电市场明年的发展。不过去年三星Note7电池爆炸事件之后,消费者对手机使用的安全增加了许多顾虑。Dialog公司中国区总经理何凌对此表示:“电池爆炸问题确实让消费者对手机使用安全增加了许多顾虑,之前调查结果已经给出电池爆炸并非与充电方式有关。Dialog在手机快充充电器市场占有率超过70%,并没有发现我们的合作客户有电池爆炸现象。无线充电由于效率转化以及结构设计等限制,充电电流一般都不会太大,但并不代表这就一定安全,若设计不当,例如不考虑结构限制而一味增大发射功率,同样会有发热甚至烧坏电缆的风险。”
金属异物也会带来隐患,苹果的说明就指出,iPhone使用磁感应技术进行无线充电, iPhone和充电器之间不能放置任何东西。磁性外壳或其他物体可能会降低性能或损坏某些信用卡,安全徽章,护照和钥匙链中的磁条或RFID芯片。针对安全问题,陈行乐表示:“无线充电联盟对充电安全性有严格的规范,特别是FOD异物检测功能可以很好地避免芯片及线圈过热现象,我们公司的研发工程师对此有绝招,我们的芯片不仅仅在功率传输过程中检测Q-factor(Q值),而且在功率传输之前就可以做到Pre Q值检测,从而可以事先判断是否有异物或者位置偏离。完全符合Qi规范的产品安全性更有保障。“
陆惠宏博士同样指出,Qi标准对 FOD、耐高低温、耐电压、耐电流做出了严格的规范,要保障产品的安全性必须过实验室验证并得到产品证书。据了解,在无线充电安规测试之中,最重要的一项便是金属异物测试。当无线充电板与充电设备之间出现金属异物(如铜板、信用卡芯片等)时,将会产生涡流,严重时可能产生摄氏90度以上高温,非常危险。陆惠宏就建议无线充电便携装置使用比MCU方案更有耐温保障的SOC架构方案。
芯片的设计及安全测试对保证充电安全十分重要,定制化方案又是另一种方法。何凌表示:“我们会针对不同客户的不同应用来为客户定制方案。其主要原因是每个产品的形态(例如结构设计、材料设计)是不同的,所以在设计上的挑战也是千差万别。我们在中国已帮助一些战略性客户根据他们的结构设计要求、电气特性要求、ESD防护要求完成相关设计。与此同时,Dialog为提升充电效率会推出更多便利且多样的设计。”
体验是普及关键 充电效率与自由度正在提升
安全性有了保障之后,体验就是无线充电普及需要解决的关键问题。何凌认为:“无线充电的初衷是为了改善用户体验,在一定空间范围内实现用户自由充电(或用于防水的设备设计),而Qi/A4WP等无线充电方式却极大地限制了用户使用自由度,在某种意义上来说和有线的传统充电方式没有实质区别。并且,新技术并不代表能很快让消费者接受,有的手机厂商很早就在手机产品上配备了无线充电,但很少有用户频繁使用,其根本原因还是在于用户体验。”
充电效率是充电体验最直观的感受,有线快充85%甚至90%的充电效率令人满意,但受制于充电板质量、手机设计、手机背板材料等因素的影响,无线充电的平均效率在70%左右。“相比有线快充技术,无线充电增加了线圈及整流两部分功率转换,也就造成了在传输功率等级上完全输给了有线快充。然而,线圈厂商对感应磁通量上屏蔽材料等改进以及芯片厂商对整流MOSFET工艺的改善,已经取得了很大的成就。我们相信未来无线充电的效率会得到提升,也将给消费者带更好的体验。”陈行乐如此解释无线充电的效率还不够令人满意的原因及未来的提升。陆惠宏认为,无线通电效率跟主芯片架构及线圈都是重要因素,一个例子就是新捷SoC主芯片NE8151(TX 15w)+ NE6151(RX 15w)可在小米实测效率达89.5%。何凌则表示:“无线充电和有线充电是两种不同的充电方式,其运用场景不同,所以要在完全相同的场景下对比充电效率参数是不科学的。无线充电效率的改善是需要做具体细化的,结合不同的产品形态,客户物料的使用习惯以及产品所用的材料问题,提升效率的方式是不同的。我们可针对客户的设计(例如通过发送结构设计、电路设计等),为客户选择最优方案。”
影响无线充电体验的另一个关键就是充电自由度,手机采用的Qi标准电磁感应无线充电目前需要紧贴充电底座并且对准位置,这与消费者的期待相去甚远。能够实现更高自由度的磁共振从技术是否会成为更好的选择?陈行乐表示:“磁共振技术不是什么特有的技术,它仅仅是一种在提升传输距离过程中的技术演进,本质上还是属于(法拉第)电磁感应机理,接收端其实会受到各种干扰,这就是为什么磁共振技术无法实时精准地锁定同一频率。目前来看,我们还是看好紧耦合的传统电磁感应方式。”陆惠宏从另一个角度解释:“磁共振搭配线圈因单价过高且良率及效率低于20%, 暂时无法把磁共振商品化。未来磁感应无线充电技术会往更棒体验方向去加强, 随着磁感应线圈规格更新及未来媒介技术更新, 能衍生出更快更方便更远距离产品, 未来有机会把磁共振产品推往商品化。”
对于提升无线充电自由度,何凌介绍,Dialog 的NF近场充电没有方向性要求,接收端可以在发射端的天线覆盖范围内随意移动;NF+和MF中场方案甚至可以允许接收端和发射端之间有一定的距离,MF中场方案最远距离可以达0.9米,其主要原因是采用Dialog的RF无线充电方式。

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