蘋果無線充電技術為何選擇 WPC 而非 Airfuel?頻率的選擇可能是原因

作者 | 發布日期 2017 年 02 月 20 日 7:30 | 分類 Apple , iPhone , 電力儲存 follow us in feedly

iPhone 8 的預熱早就開始了。最新一則訊息是蘋果加入無線充電標準聯盟 WPC,對沉寂已久的無線充電行業來說,這不啻於一劑強心針。



早在孫昌旭《爆料:亮瞎眼的 iPhone 8 測試機》一文爆出 iPhone 8 無線充電技術細節的 4 天前,郝鵬就發現了蘋果新品將使用無線充電的蛛絲馬跡。WechatIMG13

「2 月 11 日晚上,我在登入官網查詢的時候,蘋果的名字赫然在列。」郝鵬博士是楚山電子創始人和 CEO,同時也是 WPC 成員,公司近期剛獲得天使+ 輪投資。他當晚的朋友圈截圖也被圈內外的朋友大規模轉寄。蘋果是消費電子工業當之無愧的巨無霸,它的啟動作用毋庸置疑。

反向搜尋歷史你會發現,蘋果向來在新技術新標準上激進超前,近有 MacBook 強行吃下 USB-C,遠有屏棄軟碟、光驅和機械硬碟。與此同時,很多技術和標準的流行普及也仰賴蘋果的推廣。無線充電工業近幾日的興奮就不難理解了。當然,蘋果也不是萬金油。這就是另一個話題了。

在這簡單的事件背後,其實還有不少值得推敲的技術細節,比如在主流的兩大無線充電聯盟中,蘋果為什麼選擇 WPC,以及 iPhone 8 到底會使用哪一種無線充電標準;更關鍵的是,蘋果能在改善無線充電的使用體驗多少,而不致雞肋。這些疑問都將在下文中得到解答。

磁感應,還是磁共振

先來解釋下磁感應和磁共振的基礎知識。兩者應用的都是電磁感應原理。wireless-charging-theory-pingwest-hao-ying-3

▲ 法拉第鐵圈實驗示意圖:左邊線圈磁通量的改變,會在右邊線圈感應出電流。

電磁感應是發電機、變壓器等多數電力裝置作業的基礎。它的發現人是邁克爾‧法拉第。下面是維基百科的定義:

電磁感應(Electromagnetic induction),是指放在變化磁通量中的導體,會產生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢,若將此導體閉合成一回路,則該電動勢會驅使電子流動,形成感應電流(感生電流)。

說得簡單一點:左邊線圈磁通量的改變,會在右邊線圈感應出電流。把左右兩邊線圈拍扁壓平,接收線圈放在手機背面,發射線圈連線電源,你就得到了一個初始的無線充電裝置。第一代的磁感應無線充電器便是這麼來的。

缺陷是因為少了磁性材料的束縛,發射線圈部分磁通就不會經過接收線圈,術語叫耦合度低。所以需要手機和無線充電器對齊貼緊,否則會遇到手機明明放在充電器上了,一覺醒來沒有充到電的尷尬。

磁共振無線充電器則是用諧振器件(電感和電容)使發射端和接收端達到特定頻率,進而產生磁場共振,進而闡述能量,優點是傳送效率高。關於傳送效率這一點可以參照共振現象來理解:軍隊步伐整齊通過橋樑,橋塌了。

此外,磁共振技術還有傳送功率高的特點,商用領域可達到 1000W 以上,而且方便一對多同時充電。缺點是成本較高,目前大眾熟知的是 Airfuel 旗下的 6.78MHz 磁共振技術標準。6.78MHz 也成了 WPC 和 Airfuel 之間的關鍵差異,具體下文闡述。ApplePay1

▲ 6.78MHz 的原罪。

說起磁感應和磁共振兩種無線充電方式,不少人傾向 WPC(Wireless Power Consortium)與 Airfuel 對立。其實不然,兩者均有磁感應和磁共振協定。Airfuel 由 A4WP、PMA 合併而來。合併之前 A4WP 的主導技術標準是磁共振,而 PMA 使用的則是磁感應,兩者合併之後 Airfuel 把磁共振當成包裝的重點。

WPC 是目前最大的無線充電聯盟,會員數量超過 200 家,其中有諾基亞、HTC、LG、Sony、三星、高通還有新加入的蘋果。它在 2010 年製定公布的 Qi 規格是目前應用範圍最廣的無線充電標準,支援的產品超過 1,300 餘種。前文提到的楚山電子亦是 WPC 成員。

原 A4WP 的成員則有高通、三星、Duracell Powermat 和英特爾等;PMA 則得到了星巴克、Google 和 AT&T 的支援。需要特別說明的是,「買基頻送晶片」的高通在 3 個聯盟中都有參與,它既是 A4WP 創始會員,也是 WPC 董事會成員和 PMA 資深領導會員。三星是另一個騎牆派,2014 年 A4WP 和 PMA 合併之後,三星在 Airfuel 和 WPC 中均有參與。

以前大部分 Qi 產品都是磁感應式,最新的 Qi 1.2 標準除了加入對多裝置充電的支援,也納入了磁共振技術,充電功率增加到 2000W。郝鵬告訴 PingWest,Q1.2.2 規格中,涉及的磁感應頻率在 87~205KHz。《爆料:亮瞎眼的 iPhone 8 測試機》一文中提到 iPhone 8 測試機的磁性材料頻率大概為 300KHz,稍高於 Q1.2.2 中的規格。

鑑於該規格中對磁共振頻率並沒有明確規定,所以不排除蘋果 iPhone 8 會使用磁共振技術達到無線充電。「極有可能」。在 WPC 框架下做 KHz 級磁共振無線充電解決方案的郝鵬對這點信心頗足。以蘋果對用戶體驗的苛刻,它很難容忍對不齊而無法充電這件事。私下溝通時,WPC 主席告訴郝鵬,Qi 1.2 之所以加入磁共振技術支援,原因有兩個,一是給低功率的產品提供更大的空間自由度,主要是垂直距離,二是提供更大功率。

蘋果其實在 Apple Watch 兩代產品中已使用無線充電技術,而且也是基於 WPC 框架,只不過並未相容通用無線充電器。這兩代產品也為蘋果做了技術上的累積。就像 iPhone 6 便加入了體積碩大的線性制動器(振動器),直到下世代的 iPhone 6s 才開放觸覺回饋功能。iFixit 當時在拆解 iPhone 6 時一度懷疑蘋果為何要做這麼重的振動器。聯想行動事業部副總裁常程在一次採訪中告訴 PingWest,這單顆振動器的成本高達 3 美元,搶佔觸覺回饋的 Android 手機品牌技不如人也就情有可原了,成本壓力實實在在。

為什麼蘋果沒有加入 Airfuel,選擇了 WPC?除了它已經基於 Qi 框架給 Apple Watch 做無線充電功能,另一個原因是,Airfuel 規格下磁共振的頻率固定為 6.78MHz(相比之下 WPC 標準是一個頻段區間 87~205KHz)。

6.78MHz 是免費 ISM(Industrial Scientific Medical)中最低的頻率。Wi-Fi 為 5GHz / 2.4GHz,Bluetooth / ZigBee 2.4GHz,以及 RFID / NFC 13.56MHz,這些 ISM 頻段都免費試用。其他頻段比如廣電訊號,是付費的;甚至軍用頻道,更不會開放。

該頻率與 NFC / RFID 的 13.56MHz 是整數倍的關係,兩者之間會產生強烈的訊號干擾。這基本上已經是行業裡公開的祕密,想必蘋果不會對 Apple Pay 支付體驗置之不顧。且由於高頻磁共振的技術達成難度過高,迄今為止,並沒有 Airfuel 磁共振產品大批商用化。

如此尷尬的 6.78MHz 怎麼就成了 Airfuel 的標準?這要追溯到 MIT 2007 年關於磁共振無線充電技術的一項著名實驗。此次試驗也被認為是第一次現代意義上的無線充電。專案小組 WiTricity 隔著 2 公尺的距離點亮了一個 60W 的燈泡,效率達 45%,頻率 9.9MHz。後來專案小組以同樣的名字公司化運作,並在 2011 年獲得豐田投資。

儘管有一些缺陷,並不意味著 Airfuel 全然沒有機會。它的優點在於長距離,這是很多創業者和研究機構正在探索的方向。想像當下越來越流行以特斯拉為代表的電動汽車,停車即可充電,家中裝上無線充電裝置,隨時隨地充電,告別續航焦慮。

至於蘋果 iPhone 8 無線充電技術會達到什麼樣的水準,可以參照一下楚山電子現在的技術水準:3~5cm 有效充電距離,充電效率 80% 左右,目前已經有樣機(Airfuel 磁共振方案的效率是 85%,但這只是實驗室資料且並沒有商用產品,難以驗證)。郝鵬認為,iPhone 8 的無線充電發射功率可能會在 20W 以上。作為對比,iPad 配備的充電器功率只有 10W。

無線充電的春天真的來了嗎?

「最近深圳廠商瘋狂找我們,銷量也開啟了。」

楊柏潔是北京一位無線充電領域的創業者,現在在做面向消費者的麥極客無線充電套裝。蘋果加入 WPC 的訊息同樣帶給他不少觸發。「我個人判斷蘋果不會用(相容) Qi,不過無線充電的市場要起來了。」他這樣告訴 PingWest 品玩。

「你看前幾年三星做無線充電,沒有人跟。中國廠商一概不做。蘋果一入場,情況就不一樣了。」

對此,郝鵬的評價更直接。「當 iPhone 用了無線充電,這才是決定性的。現在正處在市場爆發的前夕。」

(本文由 PingWest 授權轉載,首圖來源:shutterstock)

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