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無線充電
Qi 與 A4WP 無線充電規格對決
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Update: 2014-05-19 02:07:25
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戴爾電腦雖然現在已私有化(公司沒有上市股票),不過這間公司仍具企圖心將戴爾電腦打造成終端對終端科技服務領導品牌。

本周四戴爾電腦宣布他們加入 Alliance for Wireless Power(A4WP)無線充電陣營,成為第一家加入無線充電標準的 PC 製造商。

以 Rezence 技術為主的 A4WP 無線充電,支援多個裝置同時進行充電,而且不須停靠在充電板上,另外,此種無線充電效率跟利用傳統電源線充電一樣。

戴爾電腦尚未提及自家哪一台產品將搭載 Rezence 無線充電技術,但副總裁兼首席技術長 Glen Robson 說,未來幾年,無線充電應用在家庭及辦公室會愈來愈普及。

此外,A4WP 聯盟也宣布,他們目前已經能讓諸如 Ultrabooks、一般筆電、或具無線充電功能的家電,能有 20W 至 50W 的充電功率。

除了戴爾電腦,HTC、LG、Panasonic、Samsung、Intel 等廠商也都是 A4WP 的成員。對比 WPC 機構的製定的 Qi 充電技術較為普及(如 Nokia Lumia 925、Google Nexus 4、Google Nexus 5、Samsung Galaxy S4 都採用 Qi 無線充電),A4WP 的普及度還是有一段路要走,但它具有 Qi 所沒有的優點。關於 Qi 與 A4WP 規格的比較,有興趣的朋友可以參考以下文章( Qi vs A4WP:無線充電技術標準大戰,引用出處):

 

Qi 和 A4WP 是當今最重要的兩種無線充電技術,但其各自的優點和缺點又是什麼呢?誰又會在即將到來的無線充電技術大戰中脫穎而出呢?讓我們一起來看看國外科技媒體 Android Authority帶來的分析。

毫無疑問,無線充電將會是未來移動設備的一個發展方向,也是各大廠商爭相研究的熱門技術之一。其實在電子產品如此普及的今天,相信我們每個人手頭上都有多個不同種類的充電器和充電線,使用起來非常不便。而無線充電技術正是為解決這個問題而產生的。無線充電技術一方面能讓我們擺脫線材的困擾,另一方面也能解決充電器的通用性問題。

但是,正如我們所看到的,無線充電技術還沒有被大規模應用,其原因主要在於目前有許多種不同的無線充電技術,而在眾多技術當中,Qi 和 A4WP 無疑是最接近大規模應用的兩個。Qi 是由 WPC(無線充電聯盟)提出的一項技術,而 2013 年一月正式定案的 A4WP 則是其最強大的競爭對手,而 Qi 和 A4WP 的競爭也可以看作是全球無線充電技術的爭奪大戰。

相比於 A4WP 來說,Qi 的制定機構 WPC 是目前世界上最大的無線充電標準組織,其成員包括來自15個不同國家的137個合作夥伴,並已有一百多款搭載 Qi 技術的設備上市。但與此同時,包括高通、三星和德州儀器在內的一些重要成員同樣也是 A4WP 的支持者(許多大廠都有抽寶這二種技術)。三星就曾表示 A4WP 比 Qi 更具有潛力。

為了更好理解這兩種無線充電技術各自有什麼優勢和劣勢,讓我們先簡單地瞭解一下無線充電的原理和這兩種技術區別。

 

《無線充電的原理》
無論不同的無線充電技術的差別有多大,它們背後的原理就是我們熟知的電磁感應現象(電生磁、磁生電),具體來說就是利用變化的電場產生變化的磁場,再利用變化的磁場產生電場,從而產生電流為設備充電。

我們都知道一根通電導線周圍產生的磁場的方向垂直於電流方向,而且通常情況下是非常微弱的,但是如果將導線繞成圓形或者是螺形的話,相同方向的磁場便會疊加,從而形成較強的磁場。其實無線充電的原理就類似於我們生活中常見的變壓器,都是利用一個線圈中的電流在另一個線圈中產生電流。但區別於變壓器通過鐵芯傳導磁場的方式,無線充電設備中的感應線圈經過了一些特殊的調整,是以空氣為介質傳導磁場的,從而產生感應電流。同時,和聲音的共振一樣,兩個線圈感應也需要設置一個共振頻率,使接收線圈和輸出線圈的頻率一致,從而在輸出線圈電流很小的情況下,也能在接收線圈中產生足夠強的感應電流。

舉個例子,大家一定都聽說過一隊士兵在橋上齊步走最終把大橋振塌的故事吧,這是因為士兵踏步的頻率與大橋的固有頻率一致,而將能量變得更夠,在最大程度上傳給大橋,最終導致大橋的坍塌。而對於無線充電技術來說,輸出線圈就相當於士兵,是能量的輸出方;而接收線圈則相當於橋,是能量的接收方,如果想讓能量傳輸效率最大化,就必須讓兩個線圈的頻率一致。

 

《原理的實際應用》
原理終歸是原理,而各大廠商究竟是如何實現這個原理的呢?其實非常簡單,僅僅需要一個通過交流電產生磁場的輸出線圈和一個用磁場產生電流的接收線圈就行了。於此同時,輸出線圈中的電流需要用 LC 回路(由電容和電感組成)調節至某一特定頻率,從而能在接收線圈中產生盡可能大的電流,保證較高的能量傳輸效率。

除此以外,設計師還需要解決諸如如何製造感應線圈,如何決定傳輸頻率,如何優化充電時間和能源消耗等諸多實際問題,但這些問題都不在本文的討論範圍內。不過其中有一個非常重要的問題,那就是感應線圈的大小的設計,以及如何在傳輸效率、磁場強度和共振頻率之間尋找一個平衡點。在這個問題上,Qi 和 A4WP 的選擇互不相同,最終導致了 Qi 技術小巧高效,而A4WP 技術功率強大。

 

《Qi 無線充電技術-磁感應充電》
Qi 無線充電技術目前已得到較廣泛的應用,諾基亞 Lumia 920、三星 Galaxy S4 和 Google Nexus 4 都支援這項技術。相比於 A4WP,Qi 採用了較小的感應線圈,從而能夠很容易地在較高頻率下傳輸能量。不過其缺點也很明顯,那就是充電的距離比較短,最大僅有幾公分。所以,採用 Qi 的無線充電設備都需要將手機等設備放在充電基座上,通常還設有磁性固定裝置。而Qi 另一個比較大的劣勢就是不支援多個設備同時充電。

為了改進這些缺點,有人提出在充電輸出裝置中放置多組小型線圈,以增加充電範圍,但耗電量無疑也會隨之增加,而且使用者依然需要在充電時將手機等設備精確地放置在有感應磁場的區域,以保持和充電基座較強的連接。為了進一步解決耗電量增加的問題,WPC 在 Qi 技術中加入了一種通訊協定。通過這個協定,充電中的設備會 “告訴” 充電基座需要的電量或是充電已完成,而充電基座可以根據充電設備的需要調節輸出功率或者在充電完成後轉入節能模式。

除此以外,Qi 另一個令人詬病的問題是在充電時可能會加熱手機等設備內部的導電材料,從而引起發熱。總體來說,Qi 是一項比較保守的無線充電技術,雖然能量傳輸效率較高,但是在實際使用中不夠靈活,對使用者的要求比較高。

 

《A4WP 無線充電技術-磁共振充電》
在提高能量傳輸效率的問題上,A4WP 的解決方案與 Qi 完全不同。相比於 Qi,A4WP 採用了更大的輸出線圈,能同時為多台設備充電。同時由於設定了精確的共振頻率,即使微弱的感應磁場也能為設備充電,這意味著 A4WP 的充電範圍將會比 Qi 大得多。不過 A4WP 採用的磁共振無線充電技術的原理和 Qi 一樣,本質上都是電磁感應,只是在利用電磁感應的方式上有所不同而已。

雖然原理一樣,但是 A4WP 的使用效果與 Qi 完全不同。A4WP 的充電範圍更大,理論上來說隔著物體也可以充電,同時也不需要準確地將設備擺放在充電基座上。此前,紐西蘭一家名為Power by Proxi 的公司曾推出過一種無線充電盒,把電池、手機、相機等放入盒子中即可自動充電。雖然這個無線充電盒沒有採用 A4WP 標準,但是其原理是一樣的。

和 Qi 一樣,A4WP 也可以根據充電設備的數量和缺電狀況自動調整能量分配方案,以達到節能的目的。從其特點來看,A4WP 要比 Qi 方便不少,使用者不再需要像使用 Qi 無線充電設備時那樣將手機小心翼翼地擺放好,而且由於 A4WP 的充電範圍較大,將會支援一些形狀複雜的設備,比如相機。
然而,A4WP 的缺點可能就在於,同時給多個設備充電時,其功率不能滿足每個設備的要求。比如說,當一個 10W 的 A4WP 無線充電器給三個 5W 的充電設備充電時,每台設備的充電功率就會不足,充電時間也就會變長。所以對 A4WP 來說,真正的問題是其充電速度和效率。

雖然 A4WP 有各種各樣的優點,但如果 A4WP 最終與 Qi 形成兩強爭霸的局面的話,兩者的不相容性將會給用戶帶來不便。不過,我們還是希望採用A4WP的設備能夠早日到來。
以下這段影片示範 A4WP 無線充電應用:

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