在無線充電標準未定之下,AirFuel與WPC對戰的硝煙已在廠商與市場之中彌漫。由于兩大陣營旗下都兼有磁感應(MI)與磁共振(MR)技術,而且雙方各具優勢,各有擁護者,尚難預測哪一個陣營會奪得主流寶座。不少半導體廠商都同時加入兩大無線充電聯盟,開發出可同時支援兩種標準的多模無線充電芯片方案,以方便消費者使用,搶占更大無線充電市場。在單模方案依然占據市場主流地位的當前,集成多模方案,支持磁感應和磁共振的無線充電技術是否已經成熟?還有哪些挑戰尚待攻克?未來會超越單模方案成為市場主流嗎?
芯片廠商提前布陣多模方案
目前,無線充電有兩大標準,WPC推出的Qi標準和AirFuel標準(PMA和A4WP合并)。從技術上來看,無線充電經歷了幾個功率等級——5W、9W、15W,目前業界也提出了無線快充技術的概念。IDT大中華及東南亞區銷售副總裁陳宇表示,無線快充更多的是針對手機領域,通過無線充電的方式,為手機提供更大充電功率。目前主流做到9V/1A. WPC1.2 extended profile定義了中功率15w的標準。“IDT的無線充電芯片采用32-bit ARM–M0 MCU架構,可以靈活支持多種標準,并可為客戶定制專有協議。
另外我們注意到有線快充在向低電壓(5V)大流量(4A)的方向發展,這個也將影響到未來無線充電的快充標準,而IDT的嵌入式MCU方案能靈活應對標準的演進。”宇說。IDT大中華及東南亞區銷售副總裁 陳宇
作為無線充電領域的領導廠商,IDT一直致力于Qi/PMA/A4WP三模兩種標準的產品開發。“我們有業界最高效率,最高靈活性的全套無線充電解決方案。” 陳宇介紹稱,IDT的產品線非常豐富,根據應用場景和功率等級,主要分為三個系列: 3w以下的Tx芯片P9235A-R和Rx芯片P9027LP-R,主要針對可穿戴/醫療/GPS tracking等應用, 兼容Qi標準; 5W對應標準的Qi充電市場,同樣包含Tx芯片和Rx芯片,分別為P9038和P9025AC; 15W的Tx芯片P9242-R和Rx芯片P9220-R,針對extended profile標準, 并同時支持PMA標準。據悉,IDT的產品都已在第一時間通過了相應認證。
陳宇透露,IDT的三模接收端芯片已經可以提供樣片,未來的產品將向更高效率、更高集成度方向發展。
安森美半導體是AirFuel Alliance 和無線充電聯盟(WPC)的會員,參與引領、指導并建立無線充電生態系統。其無線細分市場高級營銷策略經理AJ ElJallad認為,無線充電未來將成為電池供電的電子設備的標配。“AirFuel在技術方面具有優勢,因為它現在可提供磁感應(MI)和磁共振(MR)兩種技術,具有批準認可的技術規格,并且還在著手下一代非耦合技術。” AJ ElJallad稱,安森美半導體已有支持MR(AirFuel)架構的產品,并且正創建產品系列以支持所有技術,即多模方案。
據AJ ElJallad介紹,安森美的產品是無線充電系統的構建模塊,用于電源管理和充電領域。其電源管理方案,涵蓋發射器中從墻壁到發射線圈或諧振器的電力傳輸,和從接收器中接收線圈或諧振器到電池的電力傳輸。在發射器(TX)方面,安森美半導體的高度集成電源管理PMIC(SCY6992)用于磁共振(MR)無線充電,處理從2 W至50 W的所有功率需求。該方案為設計人員提供TX端的雙芯片方案(PMIC及一個藍牙低功耗IC用于通信和控制)。在接收器(RX)方面,視系統的功率需求,無線充電功能可集成到單個系統級芯片(SoC)。“將來SoC用于可穿戴是一種可能的方案。不過,對于更高功率需求,集成一些元件將不是高能效的和優化的,因此元件將繼續被外置作為分立的實現方案。”AJ ElJallad說。
本土廠商深圳勁芯微電子有限公司(以下簡稱“勁芯微”)總經理邵禮斌介紹,目前勁芯微推出的無線充電Rx芯片包括CV8010、CV8013系列和CV8015系列,其中CV8010的功率為2W,主要針對智能穿戴市場,CV8013為5W,CV8015為10W、9V/1.1A,支持QC自動識別。Rx芯片則有CV90318,功率為10W。“我們走的是Qi標準的路線,目前5W和10W的產品都已經通過Qi V1.2的認證。”邵禮斌稱,勁芯微多模產品的研發方向是支持Qi和PMA標準,目前推出的產品里面已有雙模的芯片,如CV8013D。邵禮斌透露,勁芯微很快還將推出15W的Rx芯片。
多模方案落地需直面成本和效率問題
目前市場上雖然已經出現了少數集成多標準的雙模和三模無線充電芯片,但是在市場化方面熱度并不高,市場仍然以單模為主。多模方案會不會只是過渡時期的熱門產品,在過渡期之后,單模磁共振會不會后來居上?
陳宇指出,從整個產業界的現狀來看,磁共振技術還沒有達到可成熟商用的階段。目前,業界并沒有一款集成方案的PTU IC,而且PTU的互操作性也將是一個問題;另外還有很多技術問題待解決,如EMI問題,NFC可靠性問題,手機接收靈敏度問題,空電BLE啟動問題,效率問題(小于60% VS 大于80% for MI)等。“從標準上來講,A4WP受限
于的效率和產品成熟度,磁感應的PMA主要受制于標準自身的發展。”陳宇進一步稱,除此之外,磁共振技術目前的發送端集成度不高,對元器件精度要求高,生產調試不易,成本下不來,效率相比磁感應低不少。“這些問題如果得不到解決,A4WP將停留在概念很好、難以落地的境地。除非未來磁共振有了突破性的技術進步,才有可能成為主流。”他預計,磁共振可能會在小功率設備上會先用起來,與磁感應技術直接競爭,但成本問題依然不容忽視。
邵禮斌直言,由于受制于電磁輻射、成本和效率等原因,目前A4WP的商業化進展并不順利,因此,多模方案除了增加成為外,并沒有太大意義。他認為,Qi標準的磁共振技術的商用化速度可能更快。不過,他同時也表示,還是會做多模方案的技術儲備。
AJ ElJallad對磁共振技術的發展前景則非常樂觀。“我們稱MI為第一代無線充電,MR是下一代方案,在市場上MR取代MI只是時間問題。這個過程將通過多模(MI兼MR)方案銜接,多模方案可讓用戶采用任意一種技術為他們的便攜式設備充電,這將為消費者提供從MI到MR的無縫邁進。”他表示,隨著安森美從磁感應(MI)方案邁向磁共振(MR),多模(MR及MI)方案將在不久的將來開始被采用。隨著MR成為主要的無線充電技術,多模將獲得行業更多的牽引力,并且這些方案還在被進一步優化和增強。安森美半導體無線細分市場高級營銷策略經理 AJ ElJallad
至于究竟哪種無線充電技術將用于市場,AJ ElJallad從兩方面進行了分析。他認為,首先是消費者將來會使用什么技術,無疑多模(磁感應MI及磁共振MR)將是MI到MR的橋梁,不過這將取決于創建支持MR技術的基礎設施要花多長時間。隨著多模接收器越來越多地被用于市場,發射器將開始更多地轉向MR發射器以支持將來的技術。二是便攜式產品將使用什么技術。在許多應用中如智能手機,多模實施可能是將來的標準,將無限期地支持MR和MI無線充電技術。其它產品如可穿戴、計算機可能不會支持多模,計算機可能只采用MR,因為MR可支持更高的充電和電力傳輸,這是筆記本電腦和二合一設備所需要的,而MI無法提供。而可穿戴設備由于其物理形態和功率要求,可能會繼續支持MI,但實際上在可穿戴設備中也需要MR方案。
“不過,MR用于可穿戴設備,面臨的挑戰之一是其功率需求遠小于其它設備,在多個設備使用單個MR墊的情況下,可穿戴設備將承受所需的更高的功率級別,導致損壞它。” AJ ElJallad稱,安森美半導體能提供“動態功率調諧”,從而使可穿戴設備能調節自身從發射器接收到的功率而不損壞電路。這樣,可穿戴設備可同其它更高功率要求的設備在同一墊上充電。他透露,該方案已通過驗證,如助聽器設備可與智能手機同時在同一MR TX墊上進行無線充電。
AJ ElJallad稱,目前市場上已有支持多模兩種標準的產品,由HP顯示器底座開始,有發射器,可支持MI和MR-Qi、AirFuel 磁感應和AirFuel磁共振。2016年在發射器(TX)方面和接收器(RX)方面,市場上將有更多的產品支持多模方案。
應用前景廣闊 手機是最大驅動力
實際上,無線充電技術并不是一項新的技術,不過真正受到大眾的普遍關注是在最近幾年。雖然無線充電技術很熱,但進展緩慢,目前支持無線充電的智能手機或電子產品依然寥寥無幾。
AJ ElJallad表示,無線充電技術確是很老的技術,但優化它用于現代電子和增強電力傳輸的能效是挑戰。陳宇表示,無線充電在手機領域是一項新技術,需要一段時間來讓市場和消費者接受這項技術,包括改變使用習慣,打消安全顧慮等。
不過,受訪企業皆表示,經過這幾年的發展,無線充電正處于一個高速發展的階段。“放眼全球市場,IDT累計出貨量超過100M,并且這一數字仍在快速上升。實際上,無線充電經過這幾年的發展,以IDT的第三代無線快充芯片取得成功為標志,整個市場已經進入了一個高速發展的階段。”陳宇表示,“預計到2017年底,全球一半以上的智能手機將配備無線充電功能。”
另據IHS的統計數據顯示,2015年無線充電接收器市場的全球出貨量達到1.44億臺,比前一年同期成長超過160%。AJ ElJallad稱,這主要由三星Galaxy 6、6 Edge和Note 5及一些可穿戴設備如Apple Watch領航。他認為,今年將有更多以無線充電作為內置標準功能的產品推出。
眾所周知,要實現無線充電功能,必須有兩個部分:發射器,與電源連接,負責向廣闊空間發射電能;接收器,一般安裝在電子產品上,用以接收電能。這意味著無線充電要真正普及,實現走到哪里充到哪里,除了便攜式設備里要集成無線充電Rx芯片外,在發射端,如咖啡廳、大型商場、酒店、會所等一些基礎設施上也需要布建無線充電底座。
無線充電的主要優勢是能在產品中省去連接器,擺脫有線的束縛,設備可完全密封,防觸點腐蝕、防水防塵,還可釋放空間。這些特性無疑會給消費者帶來更好的用戶體驗。不過,當前無線充電行業主要是被智能手機驅動。未來,無線充電會在哪些電子設備上成為標配?
“無線充電的便利性,以及其明顯的用戶體驗優勢,在可穿戴、 醫療、汽車、玩具、藍牙耳機、小家電等領域都有廣闊的應用前景。”陳宇如是說。
邵禮斌也表示,無線充電的應用范圍很廣,只要是移動、帶電池的便攜式產品,都有可能用到無線充電,如機器人、無人機、電動工具、平板、學習機、智能手表,以及健康醫療類產品。“無線充電技術成為手機的標配是極有可能的。到今年年底,你可能就可以看到市場上會有一些新的帶無線充電功能的機型出來,目前不管是高端的還是低端的智能手機都在規劃。”邵禮斌透露,與勁芯微合作的好幾家廠商,實際上,在我們的Rx芯片推出后,就有很多出口到海外的手機采用。
AJ ElJallad表示,計算機市場也將推動無線充電技術的發展。他透露,安森美的無線充電方案將于2017年在市場推出,在筆記本電腦、可翻轉顯示屏電腦和二合一產品中支持磁共振(MR)無線充電。另外,可穿戴設備也將采用無線充電作為主要充電方式。
此外,AJ ElJallad認為無線充電技術用于醫療領域也具有巨大的優勢。他舉例稱,如使用助聽器的病人可在任意地方使用他們的設備,甚至在淋浴間和在游泳時都行,而且無需打開很小的機械門更換電池,而這正是助聽器大多數故障或返修的原因。另一個例子是由電池供電的醫用貼片和植體,這些產品中的電池需要在某一時間點更換,這可能需要做手術,而無線充電或許可免于手術。