兩線圈當紅娘 充電器手機 隔空「過電」

文章日期:2022年05月17日

【明報專訊】數手機配件中最常損耗的,充電線必入三甲,一般不是外皮破損線芯外露,就是接觸不良無法充電,幾乎每隔一段時間就要換新。近年流行的無線充電器擺脫了充電線束縛,與手機一拍即合後就能充電,非常方便。無線充電技術悄悄融入我們的生活,隨着科技進步,可容許更廣泛應用,例如未來交通工具。

磁場變化 轉換成交流電

現時的無線充電器,大多採用電磁感應技術。香港理工大學電力電子研究中心主任、電機工程學系教授鄭家偉解釋,無線充電依賴兩個金屬線圈,分別在無線充電器內安裝發射線圈,以及在手機背部加設接收線圈。當電流從充電座通過發射線圈,就會產生磁場;手機裏的接收線圈感應到磁場變化後,就會轉換成交流電,充入手機電池,實現無線充電。

SGS香港通用檢測認證有限公司電子電器部助理項目經理張星國表示,早在無線充電器面世之前,我們身邊已有不少應用同一原理的產品,如電磁爐、電動牙刷、家用無線電話等。舉例電磁爐內都有一個線圈,當有電力通過就會產生磁場,接觸到金屬煲後轉化為熱力。

Qi兼容≠Qi認證 未經標準測試

無線充電產品成新趨勢,現時主流的無線充電器會採用由無線電力聯盟(Wireless Power Consortium,簡稱WPC)制定的標準「Qi」(讀音:chee),為5至15W支援無線充電的小型個人電子裝置如手機、智能手表、耳機等做測試和認證,檢視產品的安全度、輸出功率、與其他獲認證產品的相容度等。通過測試的產品,包裝上會印上Qi標誌,以示獲得Qi認證(Qi-certified)。

不過仔細留意,除了「Qi認證」,市面上的產品還會寫有「Qi兼容」(Qi-compatible),即產品未經獨立實驗室的Qi標準測試,但聲稱支援Qi無線充電。張星國表示,「Qi並非一個強制認證,很多產品都未必有Qi標誌」。要得到Qi認證,需要先成為會員,繳交會費和產品測試費用。以新加入的應用會員(adopter member)為例,會費需1.5萬美元(約11.7萬港元),「但其實充電板售價不高,未必每個生產商都願意申請」。而且目前Qi只認證到最高15W的無線充電器,部分生產商或自行研發功率超出Qi標準的無線充電器,提供更高的充電效能。

標榜Qi兼容,是否代表完全符合Qi的要求?「產品聲稱兼容Qi,不代表兼容所有要求,可能只符合一部分」。因此安全起見,他建議消費者購買具Qi認證的產品,WPC網站(bit.ly/3NbzaB1)可查閱相關產品名單。

手機、充電器功率相配 加快充電速度

目前市面上的無線充電器普遍最高支援15W,但要發揮最佳的充電效能,還要靠不同裝置的配合。最基本,視乎手機最高可支援幾多功率,如果手機只支援到10W,即使無線充電器的輸出功率為15W,手機最多都只能輸入10W電力。需要使用與手機同樣功率的無線充電器,才能加快充電速度。

部分無線充電器只提供USB充電線,消費者需自行配備電源供應器(俗稱火牛),「火牛的火數需要與無線充電器一樣或者大過它」,張星國解釋,如果火牛最多只接受1A電流,而無線充電器支援2A電流,當火牛供應不到足夠的電流予無線充電器,或使充電時間增加,降低充電效率。

無線充電不及有線快

無線充電勝在夠方便,用家只需將手機隨手放在無線充電器時就能充電,毋須又拔又插,鄭家偉亦指,「充電線有個缺點,插插下會愈來愈鬆,接觸不良、老化(圓圖)」,每隔一段時間就要換線,無線充電器可解決這個問題。

不過論充電速度,無線卻較有線遜色。張星國指:「有線充電有很多快充(版本),支援功率比無線充電大,50W都有。」以現時常見的快充技術高通(Quick Charge)為例,鄭家偉指4+版本的最高輸出功率達27W,即使是最舊的版本QC1.0都有10W。相較之下,現時市面上大部分無線充電器的最高輸出功率為10W或15W,有線充電的支援功率較大,充電速度自然較快。

無線傳輸過程 部分能量流失

在電能轉換過程中,難免會有部分能量損失,而且「發射線圈產生電磁場後,電磁波在空氣中移動,不一定全部電磁場都能直接傳到接收線圈,需視乎線圈的耦合系數(coupling coefficient),耦合系數愈高,代表線圈間的能量傳輸做得愈好,如果系數是0.5,大約只能傳輸一半;即使是較高的0.8,亦有20%能量流失。有線充電則沒有這個問題,因為全部電流都直接流到接收端(手機電池),充電效率自然更高」。鄭家偉續指,針對無線充電器在電力傳輸過程中浪費能量的問題,近年生產商將充電器功率提升得愈來愈高,即使流走部分,仍有較高的充電速度。

說起無線充電,很多人都有一個憧憬——遠距離充電,毋須將手機放於充電平台上,只要身處特定範圍內,手機就能自動充電。鄭家偉指現在有很多團隊正研究怎樣遠距離充電,但以今日的技術暫時未能做到很高效率。現時Qi的一般充電距離大約幾毫米,「因為無線充電的原理,電磁波產生後會在空氣周圍走,很難集中,所以當線圈的距離愈遠,效能就會愈低」。有研究曾將距離拉長至1至2米,但充電效率低於30%。他直言既要在長距離下維持高輸出功率,又要確保人體暴露在電磁波下不會危害健康,並不容易。

文:張淑媚

編輯:梁小玲

facebook @明報副刊

電郵:feature@mingpao.com

[科學]

RELATED