无线快充技术瓶颈将解决,Qi规格市场爆发在即

2018-01-03编辑:冀凯 关键字:无线快充  Qi

随着Qi规格手机无线充电发射端与接收端的技术皆已成熟,在各品牌高阶商品导入之后,下一阶段的发展重点将在于中阶产品的推广。因此,零组件成本与充电安全成为重点议题,唯有同时掌握此二条件,无线充电功能才能在智能手机设备普及。

自苹果(Apple)宣布加入无线充电联盟(Wireless Power Consortium, WPC),并推出Qi规格的无线充电产品之后,该规格已成为业界无线充电规格主流;同时也促使无线充电功能在消费型产品的导入成为必然趋势。根据IHS的统计,2014年无线充电接收器的全球出货量达5,500万台,至2016年已成长至2.05亿台,并且每年以30%~40%的速度持续成长中。研究单位ABI Research亦预估,到2020年,Qi产品出货量将达7.13亿台。由于应用情境与产品成本的缘故,无线充电将首先在智能手机上达到普及。使用者将由手机开始体验到无线充电所带来的便利性。接下来,如何提升充电功率以达到快速充电需求与降低相关元件成本成为整体业界的最大课题。

无线快速充电瓶颈须尽快突破

工研院材料与化工研究所副组长唐敏注分析,近年来的手机设计越发轻薄短小,充电接口设计也随之缩小,目前手机主流使用的MicroUSB与Type-C充电接口相对于早年的DC电源转接规格而言,更容易遇到耗损而导致充电接触不良等问题。这也是无线充电所具备的优势之一。

然而,无线充电尽管可省去接线的麻烦,但充电速度却始终不及有线充电。立锜科技MB行销处专案经理何信龙指出,由于WPC规格频率的设定,接收端的线圈圈数无法减少,因此电阻将为线圈带来热能。若一味提高充电功率,以提升充电速度,则接收端设备将会有过热的疑虑,影响安全性。除了安全考量之外,手机热度也将严重影响使用体验。

目前无线充电的技术发展大抵成熟完整,接下来充电功率的提升将会是无线充电的主要进展方向之一。何信龙分析,尽管业者皆努力把无线充电的瓦数提高,以加快充电速度,但安全仍是最重要的考虑因素。

日前苹果新释出的iOS 11.2作业系统虽能支援7.5W功率,然而在室温充电超过16分钟,手机温度开始上升之后,即须降低充电电流以避免手机温度持续升高,引发安全疑虑。

以目前技术趋势看来,无线充电的速度依然不可能超过有线充电,接收端设备过热也是一大问题。此物理上的限制在有线充电产品上也有迹可循,这也是以往所推出的有线快速充电产品必须要配合专属硬件才能运作的原因。

高电压/低电流实现无线快速充电

何信龙指出,在未来,透过提高电压、降低电流的方式来实现快速无线充电,将有助于舒缓设备发热的问题。

同时,只要透过完整的IC整合与最佳化,便能使无线充电速度有效提升并且同时兼顾充电安全。

然而,高电压、低电流除了将增加元件成本之外,也将会造成压差变大,进而使充电IC的效率降低。因此,相关充电、电源控制IC之间的最佳化与系统性的整合,将是无线充电功能在智能手机推广过程中的下一个重要挑战。若要进一步拉高充电速度并减小热能产生,元件之间必须要有更高程度的整合。

无线/有线将并存充电IC二合一方案有解

由于当今主流的有线充电系统效率依旧明显高于无线充电。因此,短时间内即便终端厂商将积极在手机导入无线充电功能,主流的USB充电孔也不会在短时间内被淘汰;无线与有线充电功能,将同时存在在单一设备上。

罗姆半导体台湾设计中心副理李昆芳表示,随着iPhone 8发表后,无线充电的询问度越来越高,然而,在家中、咖啡厅、通勤途中等等各种使用场域情境之中,使用者可能会由于需求不同而选择不同的充电方式。而此趋势也为行动装置电源开发设计者带来挑战。另外,USB Power Delivery(USB PD)的导入也在急速普及中,市场对于同时采用有线与无线二种充电方式的需求也日益提高。然而,要满足USB PD的宽广供电电压需求,系统必须添加升降压功能。另一方面,若同时采用二种充电方式,也需要另外安装充电IC和外接元件,并透过微控制器(MCU)来控制充电切换,都将成为许多厂商在设计商品时的阻碍。

投入新材料研发以创新优势跳脱削价竞争

由于Qi规格10W以下的各种元件技术皆已发展成熟,相关的应用与零组件也几乎已是红海市场。除了持续发想与推动各种创新应用之外,成本也必须持续压低才能协助应用拓展。

有鉴于中国近年来在半导体领域的投资成果,制造技术亦提升有成。唐敏注指出,当无线充电技术成熟、零组件开始量产的时候,中国厂商很容易以大量低价生产的策略成为台湾厂商的威胁。因此,工研院亦投入各种新材料的开发,期待藉由材料的性质特性提升充电效能。中国凭借着在半导体产业的投入,能够提供较吸引人的零件价格并达到较大市占是必然的发展;然而,该策略模式也相对容易被取代。面对中国威胁,仔细思考台厂的优势与独特性才是关键所在。

唐敏注进一步分享,因此目前工研院正在开发氮化镓(GaN)于无线充电领域的应用,同时也持续针对具成本优势的矽材料持续开发,进而结合匹配材料之间的性质与厂商需求。一方面能够为无线充电带来好的效能,另一方面也能够创造独特性并降低被复制、取代的风险,如此才是迎战削价竞争的正道。

元件成本下滑无线充电进驻中阶手机

无线充电相关零组件成本越来越亲民,将使得充电设备的价格更容易被一般消费者接受,进而刺激更多接收端装置出现在市场上。预计在2018年下半,搭载无线充电功能的中阶手机就会出现在市面上。

何信龙认为,唯有拉高中阶手机导入该功能的比例,才能够真正让无线充电功能成为消费型电子产品的标准配备。

由于智能手机是出货量最大的消费型电子产品,因此若是无线充电功能要在消费性市场取得成功,必须先提高该功能在手机导入的占比。另一方面,也由于智能手机在市场上的数量非常庞大,若顺利导入无线充电功能,便能带动整体供应链的零组件价格下滑,进而有助于将无线充电功能导入更多不同装置。

尽管三星(Samsung)与苹果皆已在自家高阶手机导入并强打WPC的Qi规格无线充电功能,高阶手机导入无线充电已是各大终端设备厂商的共识,然而中阶手机导入比例的提升,才是无线充电是否能够达成普及的关键所在。

何信龙指出,目前无线充电接收端零组件的价格已经是中阶手机能够负荷的成本范围,然而,由于目前使用者习惯尚未建立,无线充电在公共场合的基础建设布建也并不健全,因此厂商在中阶手机导入无线充电功能的意愿迟迟无法提升。

以中阶手机市场而言,由于对于生产成本更加敏感,因此必须提高使用者对于无线充电功能的黏着度,才有可能普遍导入该功能。而使用者黏着度,又与基础建设的布建息息相关,因此,中阶手机的无线充电功能导入比例与基础建设的布建完整度将互相拉抬、彼此牵制。

何信龙进一步预测,2018下半年便能开始看见中阶智能手机开始导入无线充电功能,在未来,中阶手机将会肩负着拓展市场的重要任务,也将成为无线充电功能进入其他市场的重要垫脚石。WPC也将持续致力于渗透中阶市场,并同时加速基础建设的发展。

成本降拉高市占无线充电出货双倍成长

苹果、小米等大型终端设备厂商纷纷在自家高阶产品导入无线充电功能之后,相关元件也将随着技术成熟与产量增加,降低成本至中阶设备能够负担的价格。在2018年,无论是发射器或是接收器的出货量,都有望达到双倍成长。

若要提升无线充电的市占,中阶产品的导入与元件成本将是重要关键。恩智浦(NXP)半导体大中华区微处理器及微控制器产品行销经理黄健洲表示,NXP目前的产品开发目标皆是在追求效能表现与安全、可靠性,未来若要将无线充电设备推向大众市场,如何压低成本将是最大的技术挑战。

黄健洲举例,目前有许多小型设备厂商,对于能够同时支援多个设备同时充电的充电板很有开发兴趣。目前该设备的内部建制了多个发射线圈,每个线圈皆需配置一组控制器;在未来,如何用一组控制器同时控制三组线圈将是主要的开发方向,期待借此维持产品质量与成本考量。

该公司除了持续与大型终端客户合作开发新技术之外,也将开始接触相对平价的大众市场,期待进一步推出更多中阶商品。因此,黄健洲估计,与2017年的出货总量相比,在2018年该公司的无线充电发射器与接收器出货量,都将各别有超过100%的成长幅度。

黄健洲进一步分享,NXP在2018至2019年的主要推广重点,是将手机的无线充电功率拉高至7.5W~10W。并且,将致力于在拉高瓦数的同时,兼顾维护充电安全,同时避免充电线圈与NFC、RFID等感测卡的干扰,以提供更加稳定的无线充电品质,进而带来更多应用可能。

关键字:无线快充  Qi

来源: 新电子 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2018010378796.html
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