掌握智慧充電與無線充電之電源設計新趨勢
- DIGITIMES企劃
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當今行動通訊裝置與穿戴式裝置的普及，雖帶來不少便利性，但也有電池續航力不足的共通問題。尤以當今智慧型手機的功能越來越強，體積更輕薄時尚，且採用不可更換電池設計成為主流之下，電池的功耗最佳化，以及電池的快速充電，便成為當今重要的電源系統設計課題。
為掌握電源與充電等相關應用技術，DIGITIMES於2015年12月10日舉辦了電源技術論壇。透過產學界先進們的技術分享，帶給現場與會嘉賓最新的充電技術與趨勢，以做為新一代電源系統的設計參考依據！以下就是活動內容摘要。
運用能源採集與微發電技術 達到節能省碳與減少環境污染
論壇一開始，由國立交通大學電機系教授邱一先生介紹並分析當今世界上普遍使用的能源採集方式與各種微型發電技術，並說明應用實例、發展現況，以及未來可能方向。
能量採集技術主要就是將大自然環境的能量轉換成可以用的電能，以供應各式電子裝置來使用，包含太陽能、振動能、熱能、RF等環境資源，並透過電磁、壓電、靜電式等微發電技術來發電，用意就是拿來取代行動裝置、穿戴式裝置內部的電池，以減少外部電力需求與電池對環境的污染。
他以自己研究的振動發電技術，蒐集各種振動來源所產生的頻率與加速度峰值，並比較電磁、壓電、靜電式等發電技術的效率。最後以IC線路設計圖來說明在設計電源管理IC時，整合了這些發電技術之後所面臨的各種挑戰，且要注意整體系統的成本效益。
善用有線與無線供電與充電技術 將可改變人們生活型態
ROHM(羅姆)半導體設計中心副所長林志昇(Chris Lin)先生介紹IoT的定義與電源系統趨勢需求、兩大充電技術、IoT/穿戴式裝置的電源使用案例，以及ROHM在IoT的應用解決方案。
由於USB有線充電(USB PD)與無線充電技術的普及，將會改變人們使用電器產品的習慣。因此小家電、IT設備、辦公室設備、行動裝置等等，都可設計成透過USB PD來供/充電；甚至用小型電子裝置/穿戴式裝置，還可以透過無線充電的方式，讓生活更加方便。
ROHM提供的USB Type-C PD系列IC，包含DC轉USB供/充電、AC轉USB PD供電、DC轉USB PD等有線供電等產品，至於無線供/充電，ROHM也有完整的WPC (Qi)充電解決方案，其參考設計板已通過Qi v1.2.0認證測試，為世上第一個Qi認證之中功率供電器，可幫助客戶設計出各式有線或無線供/充電產品。
掌握兩大無線充電聯盟陣營技術 讓產品能「跨境」相容
恩智浦半導體(NXP)電源解決方案資深產品行銷經理陳筠儀(Rebecca Chen)，介紹NXP的無線充電相關技術、產品策略，以及搭配其他技術的產品組合，提供更好的解決方案，來協助客戶設計出絕佳的無線充電應用產品。
因應WPC (Qi)的磁感應與A4WP的磁共振無線充電技術各有其優勢，NXP理念就是提供客戶最佳的產品解決方案，採用兩種都支援，並以WPC的Tx(供電端)與A4WP的Rx (受電端)的產品策略來搶市。且IC產品整合了動態整流器、DC/DC、1.8V/3.3V、控制與保護線路等特色。
NXP的Rx端IC能提供絕佳轉換效率，且能做到IC針腳相容，兼具整合上的彈性，並符合Qualcomm的快充規格。而Tx端IC則具備低溫、低電磁干擾，僅需2層板設計。當Tx和Rx搭配NFC IC時可做Tag即Power On，當手機拿走時，充電器就能自動關機以節省電源，或未記名的裝置不給充電的功能，讓產品應用更智慧且豐富化。
無線電源應用正起飛 掌握市場的黃金時刻
艾迪特科技(IDT)無線電源市場總監Laurence McGarry先生，介紹無線電源的原理、架構、產業標準、市場趨勢，並解說如何跨越鴻溝，以及如何選對正確的開發工具，以掌握無線電源的大眾市場。
因無線充電具備方便、免接線、防水防塵、無接孔耐用度問題、不受外型限制等優勢，加上三星、蘋果、宜家等大廠的大力推拱，並有實際產品推出，因此2015年被視為無線充電的引爆年，且2016~2017年將持續成長。
IDT在無線充電發展起步很早，技術成熟，已有多種Qi認證之量產品在市面上銷售，累計出貨量超過5千萬。IDT提供5W的Tx/Rx完善Turnkey(統包)方案，並支援FOD(異物檢測)功能，讓客戶輕易整合至產品內，以快速設計出原型產品。適合應用於PC周邊、小型家電、強固型電子玩具、家具等市場。
分析脈波充電的優勢 兼具低溫升與快速充電
國立彰化師範大學電機工程系教授兼工學院院長陳良瑞先生，分享其電池充電技術的看法與研究成果。由於如何準確檢測電池狀態，以及決定最佳的充電電壓與電流，是充電技術的兩大課題。而當今常見的充電技術，不外乎小電流(TC)、定電流(CC)與定電壓(CV)等方法，為了讓充電更智慧，產業發展出全新的脈波充電(PC)技術。
此充電技術的好處在於，有考量到電池內部電化學反應狀態，並提供間歇性充電方式，讓電解液濃度均勻，因此可充得更好、更滿，且真正可以縮短充電時間，降低溫升現象，以減少極性老化現象。
由於充電電池種類繁多，因此PC技術必須對各種脈波頻率做量測，若能找出最佳的頻率、充電時間、間歇時間等三大參數，這樣的充電系統就幾乎可以確定能贏過傳統CC+CV的充電方式了！
無線充電要安全 控制通訊與金屬異物檢測技術很重要
論壇最後，由富達通(Fu Da Tong)科技無線充電事業部研發經理詹其哲先生，介紹無線充電的通訊控制方法，以及金屬異物檢測上的改進與研究成果。
由於提高感應充電功率，需先解決通訊控制問題，因Qi的通訊技術無法在近諧振點處工作，因此可用MOSFET來實作一款Rx整流電路，其無線模組(24V in，24V out)，包含DrMOS驅動器與訊號解析電路、半橋同步整流兼訊號調制與DC-DC降壓電路、高性能280股熱融式自粘線圈等元件，可達到90.67%的傳送效率。
至於金屬異物檢測技術，透過Qi規範的Tx與Rx功率的相減方法，在高功率是行不通的，且線圈外圍都是塑膠，即便加入溫度感應器也不可行。因此他設計出以兩組驅動IC，來檢測Tx線圈電壓訊號衰減頻率，進以判別是否有細小金屬異物的入侵。最後他總結，透過此技術，再搭配通訊控制空檔時來做異物檢測，即可提升無線充電產品的整體使用安全性。
