導(dǎo)入高效能控制演算法　MI無線充電提升傳輸功率

　　首先Tx端須正確解讀出來自Rx端的資料訊號，困難在無線充電系統(tǒng)中能量載波的電源雜訊相當大，當Rx端輸出為變動負載或加大功率狀況下，其雜訊也隨之變大，此部分的雜訊難以用硬體電路濾除，當訊號已于雜訊混雜的狀況下，就須要透過軟體演算取出應(yīng)有的資料訊號，這是控制的第一步，也是許多無線充電系統(tǒng)要發(fā)展提高功率的難題。要從5瓦提升到10瓦經(jīng)過數(shù)年都沒有進展，主要就是無法解決加大功率后的資料傳輸問題。

　　此外，Tx收到資料后要如何調(diào)整功率大小則是下一個問題，無線充電供電端輸出功率控制大小有非常復(fù)雜變動因子；其中，輸出功率變化是建立在Tx線圈與電容諧振上，變動因素有驅(qū)動電壓、Rx端靠近后其受電線圈上的磁性材料會影響到Tx線圈電感量，造成諧振曲線偏移、Tx與Rx相對位置會影響功率調(diào)整后的變化量等多個變動因子，在上述狀況下，Tx卻只能靠來自Rx低速率資料進行調(diào)整，在最重要的判別來源資料更新速度有限的狀況下，Tx上的軟體就須要對線圈輸出特性具有學(xué)習(xí)分析功能的演算法，收到Rx資料后，可在最少的調(diào)整次數(shù)下達到穩(wěn)定目標值，復(fù)雜點在于影響Tx控制功率的因子較多，要設(shè)計出反饋回路與調(diào)整演算法須投入較多資源開發(fā)。

　　金屬異物偵測建功　無線充電應(yīng)用安全無虞

　　無線充電系統(tǒng)除效率外，另一個重要的設(shè)計考量就是安全。以產(chǎn)品來看，安全應(yīng)為最優(yōu)先的考量，而安全問題須用控制效率的技術(shù)解決，所以在文中先討論透過資料Rx到Tx資料傳送的方法進行安全控制。無線充電最大的安全問題就是金屬異物；由于Tx端本身就是一個電磁能量發(fā)射裝置，在電磁感應(yīng)或磁共振式都是如此，電磁能量最大的問題在于投射在金屬物體上會對其加熱，加熱的效率非常好，只需要10瓦的能量即可將硬幣在一分鐘內(nèi)加熱到沸點上。

　　無線充電系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)就是目標識別，待機Tx端是不輸出能量的關(guān)閉狀態(tài)，對應(yīng)的Rx感應(yīng)并提出電源需求后，Tx才會開始傳送電力直到Rx離開或提出中止充電需求即關(guān)閉。在此將金屬異物分成三類形式來討論；第一類為在Tx端待機的狀況下，在其供電部放金屬物，此狀況因為金屬物并不會反饋資料碼到Tx啟動電力，以目前的技術(shù)可輕易完成此一功能；第二類為Rx的感應(yīng)線圈周圍有金屬物，或是先放金屬物在Tx上后再將Rx壓上進行感應(yīng)，此狀況的實際可能為Rx外殼含有金屬物質(zhì)，Tx運行的狀況為有收到資料碼可以啟動電力，但會有能量被金屬吸收加熱；第三類為在Tx與Rx感應(yīng)建立連結(jié)后，在其之間插入金屬異物，且在不破壞Tx與Rx間通訊下吸收電磁能量產(chǎn)生發(fā)熱，此為非正常使用狀況。

　　不論是有意或無意的在無線充電感應(yīng)部放置金屬物體，系統(tǒng)都應(yīng)有安全機制對應(yīng)，防護方式大致分成兩個方向；一個在感應(yīng)電力啟動前，主動安全機制偵測有金屬存在就不啟動電力輸出，這個方式可以保護前述第一與第二類的狀況；另一個被動安全機制是在啟動電力后，偵測Tx到Rx功耗狀況與溫度進行保護，被動方式在啟動電力后，已經(jīng)對可能存在的金屬加熱一段時間，并有安全疑慮，但這也是在前述第三類金屬異物能做的最后防線，被動安全機制較為復(fù)雜，原因為干擾判別因數(shù)很多，無線充電系統(tǒng)搭配效率不良或線圈對應(yīng)偏離都容易誤判為有金屬異物之狀況，因此目前還沒有很可靠的方式完成此功能。

　　強化充電效率　感應(yīng)線圈技術(shù)仍待精進

　　無線充電要提高效率除控制方法之外，硬體電路也相當重要。目前市售電源元件像金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體（MOSFET）等性能已相當優(yōu)異，現(xiàn)今功率加大的瓶頸落在線圈與其搭配的防磁片。所謂無線充電Tx就像一個驅(qū)動電磁能量到Rx端，再經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓到后端輸出，從電源輸入端看電流路徑，第一個碰到的阻礙是MOSFET元件，剛提到目前先進的元件其阻抗都可以做到低于10毫歐姆（mΩ）以下，電流經(jīng)過諧振電容到線圈后完成驅(qū)動端的電流循環(huán)，其中電容只要選對材質(zhì)，其在交流下阻抗會極低，且?guī)缀蹩床坏綋p耗。

　　不過，線圈的問題較為麻煩，現(xiàn)在無線充電線圈上除了本身有阻抗之外，還有交流電流在導(dǎo)線上形成渦電流與防磁片交互作用，其等效阻抗遠大于其他元件，所以用熱分析儀去觀察就會看到線圈導(dǎo)線是整個系統(tǒng)溫度最高的部分（圖1），因此效率若要再提高，需要在線圈技術(shù)方面進一步精進，這方面產(chǎn)業(yè)界正持續(xù)努力。

　　圖1 從無線電力系統(tǒng)運作期間的熱影像，可看線圈的溫度最高，Rx端整流與穩(wěn)壓元件也會發(fā)熱，Tx電路則幾乎沒有發(fā)熱。

　　綜上所述，目前電磁感應(yīng)式無線電力系統(tǒng)在有安全控制機制下，已經(jīng)有晶片商可在Tx與Rx實作100瓦的接收端輸出功率（圖2），而且效率可達85%以上，藉此可知的是系統(tǒng)