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无线充电两大联盟争食市场 多模方案呼之欲出

  在单模方案依然占据市场主流地位的当前,集成多模方案,支持磁感应和磁共振的无线充电技术是否已经成熟?还有哪些挑战尚待攻克?未来会超越单模方案成为市场主流吗?

  在无线充电标准未定之下,AirFuel与WPC对战的硝烟已在厂商与市场之中弥漫。由于两大阵营旗下都兼有磁感应(MI)与磁共振(MR)技术,而且双方各具优势,各有拥护者,尚难预测哪一个阵营会夺得主流宝座。不少半导体厂商都同时加入两大无线充电联盟,开发出可同时支援两种标准的多模无线充电芯片方案,以方便消费者使用,抢占更大无线充电市场。在单模方案依然占据市场主流地位的当前,集成多模方案,支持磁感应和磁共振的无线充电技术是否已经成熟?还有哪些挑战尚待攻克?未来会超越单模方案成为市场主流吗?

  芯片厂商提前布阵多模方案

  目前,无线充电有两大标准,WPC推出的Qi标准和AirFuel标准(PMA和A4WP合并)。从技术上来看,无线充电经历了几个功率等级——5W、9W、15W,目前业界也提出了无线快充技术的概念。IDT大中华及东南亚区销售副总裁陈宇表示,无线快充更多的是针对手机领域,通过无线充电的方式,为手机提供更大充电功率。目前主流做到9V/1A. WPC1.2 extended profile定义了中功率15w的标准。“IDT的无线充电芯片采用32-bit ARM–M0 MCU架构,可以灵活支持多种标准,并可为客户定制专有协议。

  另外我们注意到有线快充在向低电压(5V)大流量(4A)的方向发展,这个也将影响到未来无线充电的快充标准,而IDT的嵌入式MCU方案能灵活应对标准的演进。”宇说。

      作为无线充电领域的领导厂商,IDT一直致力于Qi/PMA/A4WP三模两种标准的产品开发。“我们有业界最高效率,最高灵活性的全套无线充电解决方案。” 陈宇介绍称,IDT的产品线非常丰富,根据应用场景和功率等级,主要分为三个系列: 3w以下的Tx芯片P9235A-R和Rx芯片P9027LP-R,主要针对可穿戴/医疗/GPS tracking等应用, 兼容Qi标准; 5W对应标准的Qi充电市场,同样包含Tx芯片和Rx芯片,分别为P9038和P9025AC; 15W的Tx芯片P9242-R和Rx芯片P9220-R,针对extended profile标准, 并同时支持PMA标准。据悉,IDT的产品都已在第一时间通过了相应认证。

  陈宇透露,IDT的三模接收端芯片已经可以提供样片,未来的产品将向更高效率、更高集成度方向发展。

  安森美半导体是AirFuel Alliance 和无线充电联盟(WPC)的会员,参与引领、指导并建立无线充电生态系统。其无线细分市场高级营销策略经理AJ ElJallad认为,无线充电未来将成为电池供电的电子设备的标配。“AirFuel在技术方面具有优势,因为它现在可提供磁感应(MI)和磁共振(MR)两种技术,具有批准认可的技术规格,并且还在着手下一代非耦合技术。” AJ ElJallad称,安森美半导体已有支持MR(AirFuel)架构的产品,并且正创建产品系列以支持所有技术,即多模方案。

  据AJ ElJallad介绍,安森美的产品是无线充电系统的构建模块,用于电源管理和充电领域。其电源管理方案,涵盖发射器中从墙壁到发射线圈或谐振器的电力传输,和从接收器中接收线圈或谐振器到电池的电力传输。在发射器(TX)方面,安森美半导体的高度集成电源管理PMIC(SCY6992)用于磁共振(MR)无线充电,处理从2 W至50 W的所有功率需求。该方案为设计人员提供TX端的双芯片方案(PMIC及一个蓝牙低功耗IC用于通信和控制)。在接收器(RX)方面,视系统的功率需求,无线充电功能可集成到单个系统级芯片(SoC)。“将来SoC用于可穿戴是一种可能的方案。不过,对于更高功率需求,集成一些元件将不是高能效的和优化的,因此元件将继续被外置作为分立的实现方案。”AJ ElJallad说。

  本土厂商深圳劲芯微电子有限公司(以下简称“劲芯微”)总经理邵礼斌介绍,目前劲芯微推出的无线充电Rx芯片包括CV8010、CV8013系列和CV8015系列,其中CV8010的功率为2W,主要针对智能穿戴市场,CV8013为5W,CV8015为10W、9V/1.1A,支持QC自动识别。Rx芯片则有CV90318,功率为10W。“我们走的是Qi标准的路线,目前5W和10W的产品都已经通过Qi V1.2的认证。”邵礼斌称,劲芯微多模产品的研发方向是支持Qi和PMA标准,目前推出的产品里面已有双模的芯片,如CV8013D。邵礼斌透露,劲芯微很快还将推出15W的Rx芯片。

  多模方案落地需直面成本和效率问题

  目前市场上虽然已经出现了少数集成多标准的双模和三模无线充电芯片,但是在市场化方面热度并不高,市场仍然以单模为主。多模方案会不会只是过渡时期的热门产品,在过渡期之后,单模磁共振会不会后来居上?

  陈宇指出,从整个产业界的现状来看,磁共振技术还没有达到可成熟商用的阶段。目前,业界并没有一款集成方案的PTU IC,而且PTU的互操作性也将是一个问题;另外还有很多技术问题待解决,如EMI问题,NFC可靠性问题,手机接收灵敏度问题,空电BLE启动问题,效率问题(小于60% VS 大于80% for MI)等。“从标准上来讲,A4WP受限

  于的效率和产品成熟度,磁感应的PMA主要受制于标准自身的发展。”陈宇进一步称,除此之外,磁共振技术目前的发送端集成度不高,对元器件精度要求高,生产调试不易,成本下不来,效率相比磁感应低不少。“这些问题如果得不到解决,A4WP将停留在概念很好、难以落地的境地。除非未来磁共振有了突破性的技术进步,才有可能成为主流。”他预计,磁共振可能会在小功率设备上会先用起来,与磁感应技术直接竞争,但成本问题依然不容忽视。

  邵礼斌直言,由于受制于电磁辐射、成本和效率等原因,目前A4WP的商业化进展并不顺利,因此,多模方案除了增加成为外,并没有太大意义。他认为,Qi标准的磁共振技术的商用化速度可能更快。不过,他同时也表示,还是会做多模方案的技术储备。

  AJ ElJallad对磁共振技术的发展前景则非常乐观。“我们称MI为第一代无线充电,MR是下一代方案,在市场上MR取代MI只是时间问题。这个过程将通过多模(MI兼MR)方案衔接,多模方案可让用户采用任意一种技术为他们的便携式设备充电,这将为消费者提供从MI到MR的无缝迈进。”他表示,随着安森美从磁感应(MI)方案迈向磁共振(MR),多模(MR及MI)方案将在不久的将来开始被采用。随着MR成为主要的无线充电技术,多模将获得行业更多的牵引力,并且这些方案还在被进一步优化和增强。

  至于究竟哪种无线充电技术将用于市场,AJ ElJallad从两方面进行了分析。他认为,首先是消费者将来会使用什么技术,无疑多模(磁感应MI及磁共振MR)将是MI到MR的桥梁,不过这将取决于创建支持MR技术的基础设施要花多长时间。随着多模接收器越来越多地被用于市场,发射器将开始更多地转向MR发射器以支持将来的技术。二是便携式产品将使用什么技术。在许多应用中如智能手机,多模实施可能是将来的标准,将无限期地支持MR和MI无线充电技术。其它产品如可穿戴、计算机可能不会支持多模,计算机可能只采用MR,因为MR可支持更高的充电和电力传输,这是笔记本电脑和二合一设备所需要的,而MI无法提供。而可穿戴设备由于其物理形态和功率要求,可能会继续支持MI,但实际上在可穿戴设备中也需要MR方案。

  “不过,MR用于可穿戴设备,面临的挑战之一是其功率需求远小于其它设备,在多个设备使用单个MR垫的情况下,可穿戴设备将承受所需的更高的功率级别,导致损坏它。” AJ ElJallad称,安森美半导体能提供“动态功率调谐”,从而使可穿戴设备能调节自身从发射器接收到的功率而不损坏电路。这样,可穿戴设备可同其它更高功率要求的设备在同一垫上充电。他透露,该方案已通过验证,如助听器设备可与智能手机同时在同一MR TX垫上进行无线充电。

  AJ ElJallad称,目前市场上已有支持多模两种标准的产品,由HP显示器底座开始,有发射器,可支持MI和MR-Qi、AirFuel 磁感应和AirFuel磁共振。2016年在发射器(TX)方面和接收器(RX)方面,市场上将有更多的产品支持多模方案。

  应用前景广阔 手机是最大驱动力

  实际上,无线充电技术并不是一项新的技术,不过真正受到大众的普遍关注是在最近几年。虽然无线充电技术很热,但进展缓慢,目前支持无线充电的智能手机或电子产品依然寥寥无几。

  AJ ElJallad表示,无线充电技术确是很老的技术,但优化它用于现代电子和增强电力传输的能效是挑战。陈宇表示,无线充电在手机领域是一项新技术,需要一段时间来让市场和消费者接受这项技术,包括改变使用习惯,打消安全顾虑等。

  不过,受访企业皆表示,经过这几年的发展,无线充电正处于一个高速发展的阶段。“放眼全球市场,IDT累计出货量超过100M,并且这一数字仍在快速上升。实际上,无线充电经过这几年的发展,以IDT的第三代无线快充芯片取得成功为标志,整个市场已经进入了一个高速发展的阶段。”陈宇表示,“预计到2017年底,全球一半以上的智能手机将配备无线充电功能。”

  另据IHS的统计数据显示,2015年无线充电接收器市场的全球出货量达到1.44亿台,比前一年同期成长超过160%。AJ ElJallad称,这主要由三星Galaxy 6、6 Edge和Note 5及一些可穿戴设备如Apple Watch领航。他认为,今年将有更多以无线充电作为内置标准功能的产品推出。

  众所周知,要实现无线充电功能,必须有两个部分:发射器,与电源连接,负责向广阔空间发射电能;接收器,一般安装在电子产品上,用以接收电能。这意味着无线充电要真正普及,实现走到哪里充到哪里,除了便携式设备里要集成无线充电Rx芯片外,在发射端,如咖啡厅、大型商场、酒店、会所等一些基础设施上也需要布建无线充电底座。

  无线充电的主要优势是能在产品中省去连接器,摆脱有线的束缚,设备可完全密封,防触点腐蚀、防水防尘,还可释放空间。这些特性无疑会给消费者带来更好的用户体验。不过,当前无线充电行业主要是被智能手机驱动。未来,无线充电会在哪些电子设备上成为标配?

  “无线充电的便利性,以及其明显的用户体验优势,在可穿戴、 医疗、汽车、玩具、蓝牙耳机、小家电等领域都有广阔的应用前景。”陈宇如是说。

  邵礼斌也表示,无线充电的应用范围很广,只要是移动、带电池的便携式产品,都有可能用到无线充电,如机器人、无人机、电动工具、平板、学习机、智能手表,以及健康医疗类产品。“无线充电技术成为手机的标配是极有可能的。到今年年底,你可能就可以看到市场上会有一些新的带无线充电功能的机型出来,目前不管是高端的还是低端的智能手机都在规划。”邵礼斌透露,与劲芯微合作的好几家厂商,实际上,在我们的Rx芯片推出后,就有很多出口到海外的手机采用。

  AJ ElJallad表示,计算机市场也将推动无线充电技术的发展。他透露,安森美的无线充电方案将于2017年在市场推出,在笔记本电脑、可翻转显示屏电脑和二合一产品中支持磁共振(MR)无线充电。另外,可穿戴设备也将采用无线充电作为主要充电方式。

  此外,AJ ElJallad认为无线充电技术用于医疗领域也具有巨大的优势。他举例称,如使用助听器的病人可在任意地方使用他们的设备,甚至在淋浴间和在游泳时都行,而且无需打开很小的机械门更换电池,而这正是助听器大多数故障或返修的原因。另一个例子是由电池供电的医用贴片和植体,这些产品中的电池需要在某一时间点更换,这可能需要做手术,而无线充电或许可免于手术。