掌握智能充电与无线充电之电源设计新趋势
- DIGITIMES企划
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当今移动通讯装置与穿戴式装置的普及，虽带来不少便利性，但也有电池续航力不足的共通问题。尤以当今智能手机的功能越来越强，体积更轻薄时尚，且采用不可更换电池设计成为主流之下，电池的功耗最佳化，以及电池的快速充电，便成为当今重要的电源系统设计课题。
为掌握电源与充电等相关应用技术，DIGITIMES于2015年12月10日举办了电源技术论坛。透过产学界先进们的技术分享，带给现场与会嘉宾最新的充电技术与趋势，以做为新一代电源系统的设计参考依据！以下就是活动内容摘要。
运用能源采集与微发电技术 达到节能省碳与减少环境污染
论坛一开始，由国立交通大学电机系教授邱一先生介绍并分析当今世界上普遍使用的能源采集方式与各种微型发电技术，并说明应用实例、发展现况，以及未来可能方向。
能量采集技术主要就是将大自然环境的能量转换成可以用的电能，以供应各式电子装置来使用，包含太阳能、振动能、热能、RF等环境资源，并透过电磁、压电、静电式等微发电技术来发电，用意就是拿来取代移动设备、穿戴式装置内部的电池，以减少外部电力需求与电池对环境的污染。
他以自己研究的振动发电技术，蒐集各种振动来源所产生的频率与加速度峰值，并比较电磁、压电、静电式等发电技术的效率。最后以IC线路设计图来说明在设计电源管理IC时，整合了这些发电技术之后所面临的各种挑战，且要注意整体系统的成本效益。
善用有线与无线供电与充电技术 将可改变人们生活型态
ROHM(罗姆)半导体设计中心副所长林志昇(Chris Lin)先生介绍IoT的定义与电源系统趋势需求、两大充电技术、IoT/穿戴式装置的电源使用案例，以及ROHM在IoT的应用解决方案。
由于USB有线充电(USB PD)与无线充电技术的普及，将会改变人们使用电器产品的习惯。因此小家电、IT设备、办公室设备、移动设备等等，都可设计成透过USB PD来供/充电；甚至用小型电子装置/穿戴式装置，还可以透过无线充电的方式，让生活更加方便。
ROHM提供的USB Type-C PD系列IC，包含DC转USB供/充电、AC转USB PD供电、DC转USB PD等有线供电等产品，至于无线供/充电，ROHM也有完整的WPC (Qi)充电解决方案，其参考设计板已通过Qi v1.2.0认证测试，为世上第一个Qi认证之中功率供电器，可帮助客户设计出各式有线或无线供/充电产品。
掌握两大无线充电联盟阵营技术 让产品能「跨境」兼容
恩智浦半导体(NXP)电源解决方案资深产品行销经理陈筠仪(Rebecca Chen)，介绍NXP的无线充电相关技术、产品策略，以及搭配其他技术的产品组合，提供更好的解决方案，来协助客户设计出绝佳的无线充电应用产品。
因应WPC (Qi)的磁感应与A4WP的磁共振无线充电技术各有其优势，NXP理念就是提供客户最佳的产品解决方案，采用两种都支持，并以WPC的Tx(供电端)与A4WP的Rx (受电端)的产品策略来抢市。且IC产品整合了动态整流器、DC/DC、1.8V/3.3V、控制与保护线路等特色。
NXP的Rx端IC能提供绝佳转换效率，且能做到IC针脚兼容，兼具整合上的弹性，并符合Qualcomm的快充规格。而Tx端IC则具备低温、低电磁干扰，仅需2层板设计。当Tx和Rx搭配NFC IC时可做Tag即Power On，当手机拿走时，充电器就能自动关机以节省电源，或未记名的装置不给充电的功能，让产品应用更智能且丰富化。
无线电源应用正起飞 掌握市场的黄金时刻
艾迪特科技(IDT)无线电源市场总监Laurence McGarry先生，介绍无线电源的原理、架构、产业标准、市场趋势，并解说如何跨越鸿沟，以及如何选对正确的开发工具，以掌握无线电源的大众市场。
因无线充电具备方便、免接线、防水防尘、无接孔耐用度问题、不受外型限制等优势，加上三星、苹果、宜家等大厂的大力推拱，并有实际产品推出，因此2015年被视为无线充电的引爆年，且2016~2017年将持续成长。
IDT在无线充电发展起步很早，技术成熟，已有多种Qi认证之量产品在市面上销售，累计出货量超过5千万。IDT提供5W的Tx/Rx完善Turnkey(统包)方案，并支持FOD(异物检测)功能，让客户轻易整合至产品内，以快速设计出原型产品。适合应用于PC周边、小型家电、强固型电子玩具、家具等市场。
分析脉波充电的优势 兼具低温升与快速充电
国立彰化师范大学电机工程系教授兼工学院院长陈良瑞先生，分享其电池充电技术的看法与研究成果。由于如何准确检测电池状态，以及决定最佳的充电电压与电流，是充电技术的两大课题。而当今常见的充电技术，不外乎小电流(TC)、定电流(CC)与定电压(CV)等方法，为了让充电更智能，产业发展出全新的脉波充电(PC)技术。
此充电技术的好处在于，有考量到电池内部电化学反应状态，并提供间歇性充电方式，让电解液浓度均匀，因此可充得更好、更满，且真正可以缩短充电时间，降低温升现象，以减少极性老化现象。
由于充电电池种类繁多，因此PC技术必须对各种脉波频率做量测，若能找出最佳的频率、充电时间、间歇时间等三大参数，这样的充电系统就几乎可以确定能赢过传统CC+CV的充电方式了！
无线充电要安全 控制通讯与金属异物检测技术很重要
论坛最后，由富达通(Fu Da Tong)科技无线充电事业部研发经理詹其哲先生，介绍无线充电的通讯控制方法，以及金属异物检测上的改进与研究成果。
由于提高感应充电功率，需先解决通讯控制问题，因Qi的通讯技术无法在近谐振点处工作，因此可用MOSFET来实作一款Rx整流电路，其无线模块(24V in，24V out)，包含DrMOS驱动器与信号解析电路、半桥同步整流兼信号调制与DC-DC降压电路、高性能280股热融式自粘线圈等元件，可达到90.67%的传送效率。
至于金属异物检测技术，透过Qi规范的Tx与Rx功率的相减方法，在高功率是行不通的，且线圈外围都是塑胶，即便加入温度感应器也不可行。因此他设计出以两组驱动IC，来检测Tx线圈电压信号衰减频率，进以判别是否有细小金属异物的入侵。最后他总结，透过此技术，再搭配通讯控制空档时来做异物检测，即可提升无线充电产品的整体使用安全性。
