[導讀] 無線充電技術其實并不是新東西，只是設計方案因為早期因為無線充電技術無法達到高功率、高速充電與安全性考量問題，僅能將無線充電技術應用于低功率、小電力的設計方案
無線充電并不是一個全新的技術方案，實際上我們日常生活中，已充斥大量的無線充電應用，例如電動牙刷、電動刮胡刀…等消費性電子裝置，只是充電應用的無線化在應用時的充電效能與安全性差異問題，一直無法有效改善，直至現今在微控制器應用整合下，無線充電已獲得更高充電效能、與更好的實用價值…
無線充電技術其實并不是新東西，只是設計方案因為早期因為無線充電技術無法達到高功率、高速充電與安全性考量問題，僅能將無線充電技術應用于低功率、小電力的設計方案，例如需要達到防水、防塵的電子產品設計上，利用無線充電技術讓設計外觀不需有外露的金屬充電連接器設計，例如電動牙刷、電刮胡刀等產品設計方案上。
減少充電耗能的無線充電應用
無線充電解決方案，為利用Tx端線圈形成電場，再由Rx端線圈感應轉換能量進行電力無線傳輸。Texas Instruments
減少充電耗能的無線充電應用
為了強化能量傳輸效率，線圈的設計形式、尺寸也會影響傳送效能，圖為TDK開發的無線充電專用線圈模組。TDK Corporation
無接點、引線傳輸能量 無線充電技術適用于高耐度設計方案
基本上在低功率的充電應用方案上，無線充電技術可以說是使用相當普遍的應用方案，主要可用來解決耐候型、防水/防塵類型電子產品設計的應用需求，但無線充電技術用于這類電子產品，不需過于要求充電效能，同時也因為低功率可獲得較高的應用安全性，自然技術不需提升現有使用方案即可應付設計需求，但設計產品若換成智慧型行動電話、數位相機/攝影機或是采用更高容量電池的行動裝置，舊式的無線充電技術就無法因應設計需求。
先檢視電池供電設備在充電時常會碰到的問題，電池充電器在能源消耗的關鍵主要可從兩個問題進行檢視，分別是是充電的效率與待機耗電的狀況。在待機耗電方面，許多使用者經常會出現的應用型態，大多會在設備完成充電后仍然將充電器插在供電回路上，這代表著充電環境會形成大量的待機狀態的額外耗電(即空載耗電)，加上充電器為了節省成本，電路設計也相對較簡陋，往往設備充電器處于空載時產生的耗能幾乎能與充電時的耗能相當!
無線充電技術已有效改善充電器空載耗能
而在設計無線充電解決方案時，空載的耗能問題最佳化，則必須加以改善，讓充電系統在升級無線應用環境時，可以獲得更有效的節能效益，至少也能改善無意義的空載耗電問題，而這也成為增加導入無線充電應用方案的重點加值效益，而目前新一代無線充電系統，在Tx(Transmitter)的解決方案空載負載的功耗設計，目前空載功耗已可達到100mW以下，已大幅超越一般傳統充電器的空載功耗表現。
對于無線充電應用環境來說，充電效率也是另一個影響耗電量的一個關鍵因素，因為充電效率越高，也代表著可以透過無線環境傳送高密度的能量，更快速地完成充電過程。以目前的無線充電解決方案，透過無線傳輸自然無法與直接用銅纜傳輸傳遞效能進行比較，但目前無線技術方案已可達到70%以上的無線傳輸效能，若可以在無線充電的Rx(Receiver)/Tx(Transmitter)采用更高效率的零組件，此無線充電的效能還可進一步改善。
多裝置同時充電應用 無線充電方案節能效益更大
而討論無線充電應用方案，大家關心的不只是更炫、更便捷的IT/3C周邊充電效益，反而是進階升級了無線充電方案后，會不會因為日常充電需求而徒增了整體的總耗電量?基本上這必須從多方面進行檢視，因為對于電子產品的耗電量統計，會因為用戶的使用習慣不同、充電應用方式差異而有極大的計算差距。若評估時，采取多數用戶的預設應用情境作為基礎，例選用一組無線充電Tx取代數個充電器(目前無線充電Tx已可同時支援多Rx裝置同時充電)，在這種使用基礎下無線充電解決方案的導入效益會更高，因為節約了不只一組有線的充電器，而節省了數個有線充電器的空載功耗浪費。
以符合「Energy Start」綠色能源應用標章的AC電源充電器微粒，5W的電源充電器在能源轉換效率約在70~75%左右，而5W功率的充電器一般在平均耗電量為0.1~0.15W,如果用戶習慣不佳，多數使用者在完成充電后多半不會去拔掉電源充電器，而會持續將充電器插在電源插座整天、甚至數個月之久，這種使用情境會令整個過程產生的功耗產生極大的損耗!
傳統充電器單價低 空載耗能往往造成更大浪費
例如，若5W充電器在進行充電過程中的耗能約產生2~3W的供應電源，取較高3W計算一小時的充電時間，搭配能源轉換效率為70%的設計方案，等于在充電過程已產生一小時4.3W耗電，若充電器插在電源插座一整天(即23小時空載/1小時進行充電程序)，那代表23小時內每小時損耗0.15W電能，23小時總產生3.45W耗能，充電時的耗能加上空載耗能等于整天下來損失了7.75W.
從計算過程會發現，傳統充電器的消耗能量，會因為待機空負載的耗能白白浪費能源，若是以兩個充電器在近似的使用情境下使用，等于是一天光兩組充電器就會損耗15.5W能源。以此為基礎來對比無線充電解決方案時，即便目前透過無線機制傳送的電能會有近30%的功耗損失，但因為多充電設備的無線充電盤進行整合，只要能在空載功耗有效壓低在100mW,只要是一組以上的有線充電器應用條件，無線充電器的整體功耗就可明顯優于有線充電器方案。
無線充電技術設計復雜 線圈尺寸、角度、傳輸方式都會影響能量傳遞
再來觀察無線充電設計方案的塬理與結構，無線充電解決方案，主要是利用能量轉換成無線傳輸后，利用感應耦合電能的傳輸過程，進行電能的無線傳遞，基本上由Tx(發射端)將交流電通過線圈形成磁場后，再利用Rx(接收端)的線圈進行感應產生電壓差，而這種透過無線過程傳遞在Rx端線圈形成的電壓差，就可以用于直接驅動電子裝置的供應電源，或是經由Rx線路轉換變壓后形成對電池充電的電力來源。
至于電能的傳輸效率，其實決定在Tx/Rx間的耦合(k)值與品質(Q)參數的差異，而影響耦合與品質的關鍵相當多，例如Tx/Rx兩方的距離、相對尺寸、線圈設計、線圈角度、線圈形狀等都會有影響。
一般而言，要令無線充電的電能傳輸效率提高，有許多作法，例如將Tx/Rx之間的距離盡可能縮小，即距離越短、無線充電效能表現即越高!另外，Tx/Rx兩者的線圈尺寸差距越大，能源傳輸效率也會相對降低，若要達到無線充電的高效率傳遞能源目的，礙于能量的傳遞限制，應該盡可能減少Tx/Rx的距離、Tx/Rx兩方的線圈設計也盡可能接近采取同樣尺寸，即可達到最佳的傳輸效率。
無線充電解決方案已在安全性、實用性大幅改善
但在設計無線傳輸應用方案時，若傳輸能量密度增加，也會代表傳輸過程所造成的能量耗損將會以熱的形式耗損，亦即傳輸能量越高、充電過程產生的熱也會因此增加的物理現象，而對無線充電方案設計來說，應最大化的針對系統問題進行優化，透過降低功率耗損的同時，也能進一步改善充電過程所產生的熱問題，如果為了提高充電能量密度提N充電效能，但卻還必須為Tx與Rx設置主動式散熱設計(如風扇)，這就會造成強制驅動風扇進行散熱的額外功耗浪費，與整體充電系統的電能節約設計目的產生沖突。
另一個無線充電方案較常見的困擾就是EMF(Electric and Magnetic Fields)問題，因為無線充電是在Tx產生電磁場，透過電磁場的形成、與Rx端線圈進行無線電能的感應與轉換，而為了強化充電效能，勢必得加強Tx的電磁能量，即便是我們生活的環境也充斥著各種強度的電磁場，但實際上無線充電Tx所形成的電磁場一樣會令使用者產生健康疑慮。
而以無線充電解決方案，所使用的電磁頻譜為例，一般都是非電離層區段，而對人體有顯著危害的電磁場為電離區段為主，而非電離層區段的電波能量通常極微小，對人體組織影響不大，目前多數無線充電解決方案，也針對使用者應用安全部分議題，針對用戶疑慮進行認證審核，對于使用安全疑慮也可降到最低，對于無線充電應用方案，除了可以帶來3C電子產品更便捷的使用方式外，在充電應用時導入更安全的智能控制搭配高效率主動智能調整充電能量的設計方案，不僅可讓全載充電進行時更為安全，也能令充電設備的空載功耗降到更低，長期使用亦可達到節約能源之目的。
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