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AirPower無線充電難在哪? 讓蘋果不得不取消
 

【作者: 籃貫銘】   2019年04月23日 星期二

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圖一 : 蘋果的AirPower想要一次對三項產品充電,但實現的難度極大。(source: AFP)
圖一 : 蘋果的AirPower想要一次對三項產品充電,但實現的難度極大。(source: AFP)

幾次的延期與避談,市場就在猜測,蘋果的「AirPower」無線充電板可能出了點問題,但大家都沒有猜到的是,它居然會被取消。


因此消息一出,業界一片譁然,尤其是目前無線充電功能幾乎已成了智慧手機的標準配備,各式的充電板也早在市場銷售數年,在終端與供應鏈皆成熟的情況下,蘋果居然宣布他們「做不到」,因此人們不只有驚嘆號,更有一個大問號。


無線充電有多普及,依據目前最大的標準認證組織WPC的資料,截至現在,共有超過3,500個產品通過認證,並已在市場上銷售;市場研究機構IHS也預測,至2023年搭載無線充電技術的裝置將會超過20億個。因此就目前的市場面來看,很難想像無線充電會有做不下的可能,但蘋果卻是遭遇了瓶頸。


AirPower強調體驗 技術難度大

「在投入許多的努力之後,我們認為AirPower將無法達到我們的高標準,而且我們已經取消了這個專案。我們對於期待推出這項產品的消費者感到抱歉,但我們仍相信未來是無線的世界,而且蘋果會繼續致力於推動無線的體驗。」

蘋果資深工程設計副總裁Dan Riccio在外國媒體上公開表示,「在投入許多的努力之後,我們認為AirPower將無法達到我們的高標準,而且我們已經取消了這個專案。我們對於期待推出這項產品的消費者感到抱歉,但我們仍相信未來是無線的世界,而且蘋果會繼續致力於推動無線的體驗。」


這話其實說的很直白,就是目前的無線充電技術是不能滿足蘋果的要求,而且經過多年的嘗試之後,他們確認了這是做不到的事,不過他們會繼續開發其他無線的技術。


但環顧當前的市場風貌,讓人實在很難相信會是這個結果,因此大家共同的問題就是,到底蘋果的標準是什麼?又為什麼會達不到?


一直以來,蘋果都不是一家會把規格與數據放在嘴邊的公司,他們強調的是體驗與願景,也就是要提供人們一個超乎以往的感受與想像,打造一個從來沒有人實現的應用場景,過往的iPhone和iPod都是如此,當然AirPower也要是。因此蘋果不會在具體的數據上鑽牛角尖,例如要有多少的效率,要達到幾瓦的功率,有的只是很明確的目標功能。


而蘋果的目標也的確十分明確,AirPower就是要能為旗下的行動產品進行充電,包含iPhone、Apple Watch、AirPod等,而且要是非常方便、有效、安全的充電,當然整體的設計更要符合蘋果一直以來對於工業設計的高標準,美觀、緊湊、以及耐用。


在功能上,不僅要具備無線充電最殺手級的「隨放即充(Drop and Go)」功能,同時充電板對於旗下產品的支援必須要非常有效率,明確的說,就是要允許使用者任意擺放,不管是iPhone和是Apple Watch,只要放上去就可以充,而且不用管放的位置,甚至,也要可以放個兩三支。AirPower都能自行辨識,並給予同等效能的供電。


感應式與振諧式優缺各異 互補不易

所以從這樣的使用場景來看,目前的無線充電的確是有一些力有未逮,尤其是在對應多機和對應多裝置的應用上。


目前最普及的無線充電技術為感應式(inductive)與諧振式(resonant)兩大類型,各自有WPC的Qi和AirFule兩大陣營支持,其中WPC是全球最大的無線充電標準陣營,幾乎檯面上的手機業者都已經加入,蘋果也是其中一員。


這兩類充電技術表面上是兩大陣營,但其實有很多共通之處,例如都是使用磁感應技術為核心,皆透過發送線圈(transmission coil)與接受線圈(receiver coil)的電磁力作用來產生電流,不同處就是諧振式是採用固定的頻率來產生作用,AirFule便是定在6.78MHz這個頻率上來產生作用。



圖二 : 兩大主流無線充電技術示意
圖二 : 兩大主流無線充電技術示意

而由於這個頻率的不同,讓感應式與諧振式在應用上也有了一些差異,首先,就是耦合(coupled)的要求。感應式是屬於緊密耦合(tightly coupled),收發線圈必須精確地對準才能有最佳效率,若是稍有偏移,效率就會大幅下降,因此對於裝置的擺放位置就有較高的要求,同時兩個線圈之間的距離必須非常靠近(小於10mm),而且對干擾物非常敏感。


至於諧振式則是屬於鬆散耦合(loose coupled),只要兩端的頻率一致,就能進行有效率的作用,因此線圈間允許較寬的間距(50mm),且能感應的範圍也較廣,因此在實際的使用體驗上較能滿足使用者。此外,諧振式在多裝置充電(multi -device charging)的有較佳的性能,只要單一線圈就可以對不同的裝置充電。


由於看到了振諧式的優點,WPC也因此增加了對該技術的支援,讓其Qi標準在1.2之後就相容於諧振式技術,允許系統設計者在裝置內開發諧振模式(resonant mode)的功能。


至此,感應式與諧振式基本上就沒有什麼陣營相容的問題,純粹是哪一方的服務能力和影響力較大的考量。


然而無線充電最大的困難仍是在多裝置的混合充電應用上,以及越來越複雜的無線應用環境。


感應式技術若要實現多裝置的混合充電,則需要採用多線圈的設計,透過更多的線圈組合來解決緊密耦合的充電位置以及不同電壓的問題,但是多線圈設計自然會衍生其他安全性與工業設計的挑戰,例如倍增電磁波、熱與裝置厚度等。尤其如果想要支援三部以上的裝置,則其線圈的組合就會更加複雜,但仍然很難達到隨放即充的目標。



圖三 : Qi標準自1.2版之後,已加入了諧振式的支援。(source: WPC)
圖三 : Qi標準自1.2版之後,已加入了諧振式的支援。(source: WPC)

至於振諧式,雖然在對應多裝置上有較佳的性能,但其電路結構先天上較為複雜,要能同時對不同供電電壓的設備(如手機、手錶和耳機等)來供電,也仍是非常棘手,不僅充電效率受限,也不容易做到隨意放置的地步。再者,由於需使用固定頻率充電,因此就有可能對於手機上的其他短距無線元件(例如NFC和RFID)產生損害,在設計上也存在許多侷限。


仍待更成熟技術問世


圖四 : 三星也是Qi標準的成員,但也單只使用感應式的技術。(source: Samsung)
圖四 : 三星也是Qi標準的成員,但也單只使用感應式的技術。(source: Samsung)

整個來說,蘋果所描繪的情境無論是感應式或者諧振式都很難達到,要能夠完美的將兩者的優勢整合,其所花費的成本與製程也可能難以量產,因此不如不要繼續開發,讓旗下的產品繼續使用目前市場上相容的周邊即可。等到有新的技術問世,屆時再使用更成熟的設計來開發產品才是更合理的考量。


目前除了感應式與諧振式之外,無線充電仍其他方式可以達成,例如電場耦合和電波傳遞等,然而這些技術也有各自的優缺點,而且不見得適合行動裝置,想要有進一步的突破,看來還需要一大段路。


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