雖然目前大多數(shù)的電子產(chǎn)品，仍是采用有線的方式進(jìn)行充電，但是隨著人們對于便利性的需求提升，采用無線充電技術(shù)的產(chǎn)品如雨后春筍般地出現(xiàn)。無線充電技術(shù)使電子產(chǎn)品不但打破了傳統(tǒng)線路上的限制，更實現(xiàn)「隨放即充」的理想。
然而，在突破性發(fā)展的背后，勢必會為消費者帶來一些隱憂，市面上琳瑯滿目的產(chǎn)品不見得都能以正確的方式進(jìn)行無線充電的功率傳輸，因此消費者容易對該類產(chǎn)品使用上的安全性和相容性產(chǎn)生疑慮，而由WPC （Wireless Power Consortium，無線充電聯(lián)盟）所制定的Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)，正是為了消除疑慮而制定的規(guī)范。
» WPC – Wireless Power Consortium
WPC無線充電聯(lián)盟，成立于2008年，其主要目的為推廣無線充電產(chǎn)品，盡可能地使世界上所有應(yīng)用無線充電技術(shù)的產(chǎn)品皆可相容。目前的會員人數(shù)已經(jīng)超過400名，會員據(jù)點遍布世界各地，公司性質(zhì)也不盡相同，可以看出無線充電技術(shù)在各行各業(yè)已被廣泛應(yīng)用，因此WPC依照瓦數(shù)及使用范圍制定了多種無線充電標(biāo)準(zhǔn)：
- Qi standard：以中低瓦數(shù)（5W~15W）之可攜式手機(jī)及其周邊產(chǎn)品為主，目標(biāo)為達(dá)成安全性以及全面相容性。
- Ki Cordless Kitchen standard：以高瓦數(shù)（2200W以上）之烹飪用具為主，目標(biāo)為推廣無線功率輸出應(yīng)用更加融入生活。
- Light Electric Vehicle：以電動腳踏車或電動機(jī)車市場為主，目標(biāo)為提供電動載具市場更快速、便捷和安全的充電環(huán)境。
- Industry standard：以工業(yè)應(yīng)用之自動化機(jī)器為主，主要為提供更安全且有效率的充電方式。
上述無線充電標(biāo)準(zhǔn)，又以Qi standard最廣為人知，目前在市場上通過Qi認(rèn)證的產(chǎn)品已經(jīng)超過5000個，且為了防范未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)卻宣稱有Qi功能的產(chǎn)品擾亂市場，WPC更是規(guī)定，只有通過Qi認(rèn)證之產(chǎn)品，才能使用Qi Logo，而且會定期在市場抽查擁有Qi Logo的產(chǎn)品是否仍符合標(biāo)準(zhǔn)，亦或是有違規(guī)使用Qi Logo的情形，以此達(dá)到推廣無線充電技術(shù)的最終目的；以下為Qi以及WPC無線充電聯(lián)盟之標(biāo)志（圖一）：
圖1: Qi Logo 和WPC Logo
» Qi – Wireless Charging Standards
Qi（讀作“氣”或“chee”），是由WPC所制定的無線充電標(biāo)準(zhǔn)；主要目的是為了避免無線充電產(chǎn)品在使用上會產(chǎn)生的安全性以及相容性的問題，因此WPC希望所有產(chǎn)品都能依照Qi 無線充電標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)來生產(chǎn)，并達(dá)到推廣無線充電市場的目標(biāo)；為了達(dá)成此目的，WPC規(guī)定任何Qi認(rèn)證的產(chǎn)品，都必須通過以下兩種測試：
1. Compliance Testing
DUT需被送往ATL（Authorized Test Lab）并依照WPC所制定的Qi Specification來進(jìn)行驗證，確保所有通過Qi認(rèn)證的產(chǎn)品，都是按照目前所制定的最新標(biāo)準(zhǔn)來取得認(rèn)證，測試內(nèi)容如下表。
表1
2. Interoperability Testing（IOP）
完成Compliance Testing后，待測物需被送往IOC（Interoperability Testing Center）并與上百種先前取得Qi 認(rèn)證之品進(jìn)行相容性的測試，確保所有在市面上有Qi Logo的Transmitter與Receiver之間能夠建立無線充電通信協(xié)議，測試內(nèi)容如下表。
表2
– 除了上述功能性測試之外，Qi的完整認(rèn)證過程如下：
Step 1. Manufacturer填寫產(chǎn)品資料并選擇Authorized Test Lab 與Interoperability Testing Center。
Step 2. 由LLA（Logo License Administrator）驗證Step 1所填資料正確無誤。
Step 3. 由ATL進(jìn)行Compliance Test并上傳測試結(jié)果。
Step 4. 由IOC進(jìn)行Interoperability Test并上傳測試結(jié)果。
Step 5. 由Manufacturer再次確認(rèn)產(chǎn)品資料、型號及外觀。
Step 6. 由LLA驗證上述測試結(jié)果及資料皆正確后，該測試產(chǎn)品即會在已認(rèn)證產(chǎn)品頁面上出現(xiàn)。
圖2: Qi認(rèn)證流程
» Qi Power Profile Version – BPP & EPP
隨著無線充電產(chǎn)品的普及，市場對于充電效率的要求也大為提升，因此WPC在制定Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)時，也按照輸出功率的大小將產(chǎn)品區(qū)分為小瓦數(shù)的BPP（Baseline Power Profile），以及中瓦數(shù)的EPP（Extended Power Profile）；更由于中瓦數(shù)的EPP功率輸出較大，若在使用上與不符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進(jìn)行充電，容易造成安全上的疑慮，因此在2021年初WPC發(fā)布了Qi–V.1.3，跟以往Qi–V.1.2.4最主要的差別在于提高了測試的嚴(yán)謹(jǐn)度，以及透過Authentication的方式解決安全性的疑慮，以下將對不同輸出功率的產(chǎn)品定義以及Authentication部分進(jìn)行介紹：
– 以輸出功率定義的產(chǎn)品類型
表 3
– Authentication（V.1.3）
WPC以安全性考量為出發(fā)點，在Qi–V.1.3中制訂了Authentication機(jī)制，使Receiver可藉由該過程確認(rèn)Transmitter是否為Qi認(rèn)證產(chǎn)品后，再決定要與Transmitter進(jìn)行何種的充電協(xié)議。這表示當(dāng)Receiver向Transmitter發(fā)起的Authentication驗證機(jī)制如未能完整地執(zhí)行時，Receiver可以拒絕與Transmitter進(jìn)行任何溝通或是僅可以透過最低的充電功率（5W）進(jìn)行充電，借此來確保市場上多種無線充電產(chǎn)品之間使用上之安全性；由于該安全性的疑慮只會在高瓦數(shù)的功率傳輸下出現(xiàn)，因此我們可以透過上表看到，不同輸出功率的產(chǎn)品，對于Authentication的規(guī)范也有所不同；舉例來說，只要是支援中瓦數(shù)EPP的Power Transmitter在Qi–V.1.3的認(rèn)證中，就必須支援Authentication，而支援低瓦數(shù)BPP的Transmitter或Receiver都不需支援Authentication。
– Qi 認(rèn)證種類
現(xiàn)階段來說，WPC仍可針對不同版本之產(chǎn)品進(jìn)行Qi認(rèn)證，可細(xì)分如下：
- Qi–V.1.2.4 BPP
- Qi–V.1.2.4 EPP
- Qi–V.1.3 BPP
- Qi–V.1.3 EPP5
- Qi–V.1.3 EPP
然而，以WPC積極想推廣無線充電市場的決心，勢必會將目標(biāo)更著重在安全性，因此在不久后的將來，可能更改為只開放以支援Authentication的Qi–V1.3進(jìn)行認(rèn)證測試，以確保消費者能夠安心使用無線充電技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品。
» Qi無線充電基礎(chǔ)內(nèi)容
– 無線充電運作原理
Qi無線充電的原理是基于電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電流，進(jìn)而達(dá)到無線充電的效果，其過程如下圖：
- Transmitter線圈透過交流電產(chǎn)生電流的變化
- Transmitter線圈電流的變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生磁場
- Receiver線圈感應(yīng)到磁場的出現(xiàn)，進(jìn)而產(chǎn)生電流
- Receiver透過線圈生成的電流，通過整流器以直流電輸出，達(dá)到充電的效果
圖3: 電磁感應(yīng)
– Transmitter 與Receiver 的溝通過程
根據(jù)不同產(chǎn)品的類型，其Receiver線圈之電阻與需要之功率都不相同，因此需透過訊號溝通的方式，進(jìn)行供電前的確認(rèn)，以及供電后電流輸出的大小，以下會透過實例來講解，實際上Transmitter與Receiver之間在無線充電協(xié)議上如何進(jìn)行溝通。以下將以GRL Qi 無線充電測試儀（GRL-WP-BST-C3）測試中的Log進(jìn)行解說：
1. Ping Phase（圖五）
- Transmitter: 持續(xù)傳輸Digital Ping，進(jìn)行Object Detection。
- Receiver: 持續(xù)監(jiān)測來自Transmitter的Digital Ping。
當(dāng)Transmitter確認(rèn)此Object為Receiver時，則會進(jìn)入下一個階段。
圖5: Ping Phase
2. Identification & Configuration Phase（圖六）
- Transmitter：辨認(rèn)Receiver的資訊，例如所能承受的最大功率輸入等等。
- Receiver：準(zhǔn)備建立Power Transfer Contract。
當(dāng)Transmitter取得Receiver的資訊后，則會進(jìn)入下一個階段，并停止發(fā)送Digital Ping。
圖6: Identification & Configuration
3. Power Transfer Phase（圖七）
- Transmitter：建立Power Transfer Contract，并透過觀測Receiver回傳的Control data來調(diào)整電流的輸出。
- Receiver：透過傳輸Control Data告知Transmitter輸入電流是否達(dá)到需求。
圖7: Power Transfer
4. Control Data
Control Data中的Control Error是Receiver用來告知Transmitter輸入電流應(yīng)提升或下降的Packet，區(qū)分方式如下：
- Positive：應(yīng)提高電流。
- Zero：應(yīng)維持電流。
- Negative：應(yīng)降低電流。
» 結(jié)論
從復(fù)雜的Compliance Testing至耗時的Interoperability，都一再體現(xiàn)Qi測試規(guī)范的嚴(yán)格；而在實用性上，從低瓦數(shù)（5W）的BPP至中瓦數(shù)（5W~15W）的EPP，已基本涵蓋目前常用的無線充電功率范圍；最后針對安全性以Authentication機(jī)制，將功率輸出的權(quán)利交付給Receiver，以避免功率輸出過大導(dǎo)致的安全性問題。
透過上述介紹，可以看出WPC在Qi認(rèn)證上費盡心思，以WPC的用心加上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腝i認(rèn)證，我們可以期待日后無線充電產(chǎn)品能在實際應(yīng)用在各個領(lǐng)域上。
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