隨著可攜式電子裝置的高度進化與普及，舉凡智能型手機、平板電腦以及數(shù)碼相機等眾多產(chǎn)品也不斷推陳出新；可以預(yù)期的是，電源的高度使用與隨之而來的充電需求將成為它們之間所汲汲營營試圖優(yōu)化的共通點。不論你是使用有線USB接口為基礎(chǔ)的萬用充電解決方案，抑或采用近期發(fā)展逐漸白熱化的無線充電技術(shù)，能讓你的裝置快速充滿電量，并降低功率的耗損將成為各家廠商在研發(fā)或采購相關(guān)充電技術(shù)時的重要考慮指標。

有鑒于此，百佳泰特別針對有線、無線充電技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品，為大家進行兼具深度與廣度的充電效能實測與評鑒分析；未來不論是有線或無線充電器、手機、車載多媒體娛樂系統(tǒng)等廠商或相關(guān)零組件開發(fā)商，皆可透過百佳泰尋求最完整的充電效能分析與兼容性測試解決方案。

本篇文章將分成三個部份，第一部分是針對有線充電技術(shù)的規(guī)范發(fā)展與市面上通用的充電器產(chǎn)品來進行競爭分析；第二部分則針對無線充電技術(shù)標準協(xié)所推出的充電器裝置進行簡介與實測；在最后一個部分，我們會對兩種充電技術(shù)進行效能比拼與分析。電子裝置的硬件發(fā)展戰(zhàn)火已逐漸延燒至外圍應(yīng)用如充電器，能一舉占領(lǐng)電源補給需求的關(guān)鍵技術(shù)版圖，將為能源的使用和儲存應(yīng)用創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)契機。

實測評鑒一：有線充電技術(shù)競爭分析

當USB不再只是數(shù)據(jù)的傳輸接口，而成為可供應(yīng)智能型手機、平板電腦等行動裝置的電源傳輸接口時，即符合我們之前為大家介紹過的充電器通用接口標準IEC 62684的要求，讓電源供應(yīng)器具有高效能、低損耗、低幅射及高安全性管理的技術(shù)規(guī)格（詳情請參考IEC 62684手機充電器標準：一「體」成形、一「器」呵成）。為符合IEC 62684的技術(shù)規(guī)格，受測裝置必須先通過USB-IF協(xié)會所制訂的連接器測試規(guī)范以及相關(guān)規(guī)定，而USB-IF協(xié)會更將于2013年底前正式推出最新的電池充電標準1.2版本（Battery Charging V1.2，BC 1.2）的兼容性測試。簡單來說，BC 1.2有三種充電模式：標準下行端口（Standard Downstream Port，SDP）、充電下行端口（Charging Downstream Port，CDP）以及專用充電端口（Dedicated Charging Port，DCP）。SDP屬于標準慢充模式，僅能提供最高7.5瓦、500毫安（mA）的電流，因此充電速度較慢；DCP與CDP則為快速充電模式，能支持500mA或1,500 mA兩種電流，可縮短行動裝置或其他消費性電子產(chǎn)品的充電時間，并可直接透過交流電（AC）充電。日后欲取得USB-IF認證的裝置，皆須通過BC 1.2版的CTS認證。換言之，未來不論智能型手機、平板裝置、筆記本電腦以及數(shù)字家庭產(chǎn)品都可使用USB來進行充電。

另一方面，Apple雖然其產(chǎn)品的充電器接口也是透過USB來進行，但其專屬的充電模式是不同于USB-IF協(xié)會所推出的BC標準；因此，我們特別藉由下表一來帶領(lǐng)大家了解當今兩大有線充電技術(shù)的優(yōu)劣。

有了這個前提之后，我們即根據(jù)市面上不同充電器包含USB電源供應(yīng)器、行動電源、USB車充以及汽車音響裝置來進行多款的手機充電實測與競爭分析。在所謂的有線充電技術(shù)里，我們首先必須厘清的一個觀念是，充電器本身會根據(jù)其充電模式與效能的不同提供固定電流或是不同模式的電流充電，但此時實際充電量的多寡是取決于手機裝置本身的協(xié)議。也就是說，假使充電器本身宣告能提供最高2A的電流，但手機本身只能進行1A或是0.5A的電流充電時，這時整個充電量就會是以手機所需的電流量為主，也就是只會充電1A或0.5A，因此裝置本身的充電協(xié)議才是造成其充電量多寡的主因。

（一）競爭分析一：USB電源供應(yīng)器

我們找了8款USB電源供應(yīng)器來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表二），基本上因為不同裝置有各自的充電協(xié)議，因此在對應(yīng)不同臺USB電源供應(yīng)器所拉的電流會有所差異。其中比較值得關(guān)注的議題有二，首先我們可以發(fā)現(xiàn)用Samsung的電源供應(yīng)器來充iPad 4時，可能因為iPad 4本身的充電協(xié)議的限制，導(dǎo)致它只能向Samsung的電源供應(yīng)器拉到0.467A的電流，因為低于0.5A的最小充電值，所以我們發(fā)現(xiàn)iPad 4因此不進行充電。其次，從小米機2代（MI 2）的充電量來看，我們發(fā)現(xiàn)不論哪一臺電源供應(yīng)器，MI 2都是以最大的電流趨近1A來充電，如此的好處是充電的速度會很快；然而長久下來其實對手機本身的電池壽命是有所影響的，尤其是在電量移轉(zhuǎn)與消耗的過程中，會不斷在降低電池的壽命。

（二）競爭分析二：Power Bank行動電源

我們找了5款行動電源來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表三）。MI 2的充電量依舊維持在行動電源能提供多少電量，MI 2就拉多少電量，有時所拉的電量還超過平板電腦iPad 2的充電量，在手機電池容量本來就不多的情況下，如此大電流的持續(xù)充電，對手機電池與行動電源自身的電池有極大的傷害。

（三）競爭分析三：USB車載充電器

我們找了4款USB車載充電器來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表四），依舊觀察到MI 2的手機依舊照自己的充電模式，幾乎都拉大電流來充電，電流量幾乎要和平板iPad 4拉的電流一樣大，尤其平板電腦本身相較于手機，本來就會拉比較大的電流來進行充電，但MI 2竟然可以拉到與平板電腦一樣，甚至更高的電流。

（四）競爭分析四：車載音響裝置

我們找了4款車載音響裝置來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表五）?；旧掀囈繇懷b置如Sony和JVC都是遵循USB的SDP標準慢充模式來提供0.5A的充電量。唯有Samisen因為沒有遵循USB的SDP模式，因而造成各多數(shù)手機無法進行充電。其次，我們可以發(fā)現(xiàn)Sony與JVC的車載音響裝置也無法對iPad 4進行充電，這是由于平板電腦iPad 4對于充電量的需求較高，但兩家的車載音響裝置卻無法提供超過0.5A的電流，因此產(chǎn)生無法充電的情況。

根據(jù)上述四個測試結(jié)果可以證明，即使市面上有許多的行動電源或電源供應(yīng)器，但能做到最有效的充電模式又不傷害到自身的電池壽命，實際上充電量的多寡是取決于手機裝置本身的協(xié)議。因此，如何在手機的充電協(xié)議上作進一步的技術(shù)優(yōu)化就顯得非常重要，才能讓手機在對各式各樣的充電器進行充電時能有最高的互操作性，并因此獲得穩(wěn)定有效的電流。

 

實測評鑒二：無線充電技術(shù)簡介與實測

關(guān)于無線充電技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)標準協(xié)會，請參考「無線充電技術(shù)（Wireless Charging）擺脫麻煩充電器實現(xiàn)無限可能」文章介紹。在本次的測試報告中，我們首先將焦點鎖定在WPC協(xié)會所發(fā)展的技術(shù)與其認證過的產(chǎn)品，其基本原理是在發(fā)送端（TX）和接收端（RX）都裝置一個線圈，當TX連接電源時會形成「電流會產(chǎn)生磁能、磁能會制造電流」的電磁感應(yīng)，而RX線圈感應(yīng)到這個電磁信號，透過磁場的變化便可產(chǎn)生電力為電池充電。然而，我們都知道電源在功率轉(zhuǎn)換的過程中一定會有能源耗損的情況產(chǎn)生，尤其是在無線充電TX轉(zhuǎn)RX的過程（如下表六），不論是從Te1到Te2，再從Te2傳遞給Re1，這不同階段的傳遞過程都會造成功率的耗損，也就是電流的傳導(dǎo)不可能是百分之百的功率。另外，TX與RX兩端的距離、相對尺寸、線圈設(shè)計、線圈角度以及線圈形狀也都會對無線充電產(chǎn)生影響。例如欲將無線充電達到最高效率，礙于能量的傳遞與耗損限制，應(yīng)該盡可能減少TX與RX之間的距離；TX與RX兩端的線圈也要采取同樣尺寸的設(shè)計以達到最佳的電量傳輸功率。

然而，根據(jù)WPC的定義，70%的功率轉(zhuǎn)換是一個最高且最優(yōu)化的標準。在此份評鑒報告中，我們的目的就是要來觀察目前市面上販賣并以通過WPC Qi認證的產(chǎn)品，是否真時達到70%這個標準。有了這個前提之后，我們再為大家簡單介紹WPC所推出的幾種TX技術(shù)原理（表七）。

本次無線充電測試，我們總共選取了3款市面上以販賣的產(chǎn)品（表八）來對具有無線充電功能的手機進行充電，分別針對100mA到1000mA的不同負載的范圍（以100mA為單位）來測試其功率，是否有達Qi的認證明載無線充電的功率轉(zhuǎn)換需達70%。

 

根據(jù)表九測試結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)兩項關(guān)鍵議題：

（一）雖然WPC宣稱認證產(chǎn)品都必須達到70%的能源轉(zhuǎn)換充電效率，但根據(jù)實測結(jié)果顯示幾乎都未達70%的標準。

• Panasonic的功率最高只達50.92%；Maxwell也只到達58.13%，我們可以發(fā)現(xiàn)兩家裝置都未達70%的要求；然而，他們皆屬于Qi的認證產(chǎn)品。
• Nokia DT-900的充電效率不穩(wěn)定，供電斷斷續(xù)續(xù)以致于無法完成測試，它只能對Nokia牌子的手機進行充電，其他牌子大多數(shù)皆失敗。

（二）WPC 1.1宣稱在5W的功率下，充電裝置應(yīng)該可進行最大1A的充電量，但我們可從上表發(fā)現(xiàn)，Maxwell充電拉到900mA時就無法在往上提升而中斷。

總結(jié)來說，盡管無線充電技術(shù)近來越來越熱門，但根據(jù)我們的觀察仍然可以歸納出幾項潛在風(fēng)險是需要被一一克服。

1. 充電距離短

— 無線充電的TX和RX裝置相隔不能太遠，在1～2公分的距離內(nèi)才能有較佳的充電效果；一旦距離過長，能量的衰減將逐漸增加。

2. 較低的充電效能與能量轉(zhuǎn)換功率

— 相較于直接的有線充電，無線充電的的損耗較大，傳輸效率不高，極易造成電能的浪費。因此無線充電技術(shù)還需要提高其整體充電效能才能提升使用者轉(zhuǎn)而采用的意愿。另外，充電的功率也還未達有線充電的程度。

3. 安全性

— 線圈在電流充電的情況下會不斷產(chǎn)生熱能，導(dǎo)致充電的平臺與裝置會有過熱情形發(fā)生。

— 在充電平臺與裝置間，應(yīng)具有適當?shù)漠愇飩蓽y功能才能排除其他物質(zhì)的干擾。

— 傳輸電流容易受到其他訊號干擾如手機來電或來自其他電器的訊號，進而影響充電功率。

4. 兼容性

— 不同裝置與充電器的兼容性與互操作性問題，即使有過Qi認證的裝置也還是存在無法充電的情形，對整體安全性來說仍有一大疑慮。

 

實測評鑒三：有線、無線充電技術(shù)效能比拼與分析

在這個階段，我們將為兩種充電技術(shù)進行充電時間以及耗電量的比拼。

（一）充電時間

透過只剩2%的手機電量到充滿為止所產(chǎn)生的測試結(jié)果（表十），有線與無線充電在充電時間上并沒有太大差異，幾乎都在3小時左右即可充滿電量，平均充電量也都維持在600 mA左右的范圍。有線充電技術(shù)的充電量稍微高一點，但是溫度僅有34度，低于無線充電的40.9度與38.7度，但無線充電的溫度也還在可接受的范圍內(nèi)。

（二）功率消耗

既然有線或無線充電幾乎在3小時就可以充滿手機電池，也就是充電時間相同，那么我們就換個方向來測試他們的功率消耗情形；在同樣的時間內(nèi)，功率是否會有所差異。根據(jù)表十一的AC Power Meter可發(fā)現(xiàn)，無線充電的功率平均為55.08%；有線充電的功率為65.39%，在功率上是有明顯的差異。在無線充電方面，3小時共享了17.931瓦的電量，因此平均一小時消耗了5.977瓦；而有線充電3小時共享了11.558瓦，平均一小時3.8527瓦。因此我們可以推論在同樣時間的情況下，無線充電是比有線充電還要耗電。

以目前雙方的發(fā)展趨勢來看，隨著USB-IF計劃在USB 3.0市場漸漸普及的同時，加速BC規(guī)范的修訂與推展，這使得USB 3.0不但能高速傳輸影像與數(shù)據(jù)封包外，更可以達成快速充電的多任務(wù)目標，進而鞏固USB 3.0在充電器與行動裝置市場的領(lǐng)航地位。然而，雖然有線充電技術(shù)看似比較穩(wěn)定以及高效，但在未來的發(fā)展趨勢逐漸走向無線充電技術(shù)的情況下，無可避免的相關(guān)技術(shù)或是標準規(guī)范都會不斷的演進與更新，以目前無線充電技術(shù)只有5瓦的功率，最佳的情況下也才提供1A的充電量來說（普遍都未達70%），目前還很難跟有線充電技術(shù)作比較。但隨著用戶的需求增加與充電模式的簡單易化發(fā)展下，無線充電技術(shù)最大的特色在于統(tǒng)一的規(guī)格與資源等兩項優(yōu)點，擺脫紊亂的充電器材、線材，即能透過無線充電技術(shù)來對各式各樣的手機進行充電，為廠商省去硬件成本外，也減少資源的浪費。

值得注意的是，無線充電技術(shù)更不只關(guān)注在消費性電子產(chǎn)品，未來不論是數(shù)字家庭或汽車工業(yè)也極可能納入此關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模不容小覷之外，所有的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)驗證就更需專業(yè)且完整的驗證解決方案。百佳泰除了有一系列的USB認證外，也針對無線充電技術(shù)擁有完整性的驗證能力；換言之，不論是有線、無線充電技術(shù)，我們將全面提供相關(guān)廠商充電技術(shù)的問題偵錯與相關(guān)技術(shù)支持。本文章在此謹以專業(yè)實驗室角度，歸納幾項我們發(fā)現(xiàn)的重點項目與大家分享，創(chuàng)造一個技術(shù)分享的楔子，期待導(dǎo)引出更多充電器、手機、車載多媒體娛樂系統(tǒng)等廠商或相關(guān)零組件開發(fā)商在研發(fā)設(shè)計產(chǎn)品時，一個質(zhì)量保障的參考與技術(shù)咨詢。