技術文庫

無線充電產品互通性測試解析
2017 2017-03-31

引言

日前市場上傳出蘋果新一代機種將導入無線充電技術;另一則消息則是蘋果加入了無線充電聯盟WPC。蘋果一向代表產業風向球、引領主流市場走向,接二連三的消息傳出,似乎預告了行之有年、尚未開花結果的無線充電技術與市場榮景即將來臨。

 

根據IHS市場研究報導,2017年無線充電裝置(Rx)和無線充電板(Tx)總出貨量預計會超過6億台,至2025年Tx與Rx總出貨量以倍數成長達到28億台,從圖一我們可得知,手機、智慧手錶等無線充電裝置已成為無線充電市場主要推力,連帶拉高充電板出貨。

圖一、全球無線充電產品出貨量,資料來源:IHS

 

隨著市售無線充電機種愈來愈多,充電產品版本是否向下相容、產品間的互通性是否影響用戶體驗或是無法供電等潛在問題成為技術上需克服的困難點。一套完整的無線充電產品驗證方案,除了互通性測試,亦包含標準認證、充電效能與效率驗證。

 

標準認證旨在確認產品是否符合協會制定的測試規格,以確保產品在一定的品質標準範圍內,為廠商最基本的質量檢測門檻;無線充電效能與效率驗證則是進一步確認產品品質在不同產品規格下應有的表現能力與相對應之滿意度,包括安全機制確認、充電效能、充電效率等,旨在創造產品差異化以提升市場競爭力。透過百佳泰觀察,目前全球知名線上購物網站販售的無線產品項目中,僅有少數的無線產品通過認證,其餘大多數皆屬於未認證產品;相對於技術發展成熟度較高的USB、HDMI產品,足以顯示無線充電產品在標準認證上仍有一段距離需邁進。

 

無線充電測試重點 (Wireless Charging Test Focus)

目前無線充電技術根據使用者習慣大致可應用在以下常見環境:公共場所、車用辦公室及家用。由於各場域特性不同,故使用方式也不同,注重的測試特點亦不相同。現在,就讓我們看看三大領域的測試重點吧!

圖二、三大領域無線充電測試重點

 

 1. 公共領域方面 ,例如人來人往的咖啡店、機場,消費者的各類型手機是否能夠和公共場所提供的充電板正常配對並充電為首要考量因素,故互通性測試為主要測試重點。

 

 2. 車用領域方面 ,由於天氣變化及空氣流通問題,使得廠商需特別注意溫升安全機制,另外一般駕駛者常會順手把銅板隨意放置在駕駛座旁的凹槽,當使用者沿用舊有習慣,任意將銅板放置在車內通電的充電板上時,可能會導致銅板不當地加熱,故異物偵測(Foreign Object Detection: FOD)功能驗證同時為車用無線充電重點之一(註一

 

 3. 家用與辦公室方面 ,兩種室內環境的使用方式和情境相互交錯重疊,我們將兩者歸納在同一領域。首先,我們觀察到兩者都是非常注重充電效率表現的,隨著未來中功率家用電器在需求上不斷提升,而上班族希望以最短的時間充飽電力以快速處理大小會議、外出拜訪客戶等公事,無線充電的快充技術是否滿足以上需求將為廠商考慮因素,因此充電效能與效率驗證也就格外重要。最後,我們亦發現使用者情境分析可協助模擬多元化的真實家用及辦公室使用情況,將情況加以分析以降低潛在風險並改進。

 

三大場域各有其重視的測試特點,然相容性問題並不侷限在某一特殊領域,是現在普遍存在的現象。百佳泰將透過本篇文章深入淺出解析互通性測試結果,將其測試結果量化以評估每項產品的表現能力及潛在風險,加以歸納結論,作為消費者選用之參考以及廠商掌握互通性潛在風險之依據。

註一:異物偵測(foreign Object Detection: FOD)為當充電板偵測到任何異物接觸時會立即停止供電,避免發生危險。

 

百佳泰無線充電互通性測試剖析 (Wireless Charging Interoperability Test Analysis)

目前市場上是由Wireless Power Consortium(WPC)以及 AirFuel Alliance 兩個協會主導無線充電技術市場,前者主推磁感應技術(Magnetic Induction);後者則是並行磁感應(Magnetic Induction)及磁共振(Magnetic Resonance)技術推廣。百佳泰參考兩者制定的無線充電互通性測試規範,加以改良規劃成為更嚴謹測試流程及準則,並於近日執行了小規模的手機與無線充電板交叉驗證研究測試。本次測試樣本為市面上隨機購買的10台手機(Rx)及8個充電板(Tx),包含認證產品以及未認證產品,因市面上採用AirFuel Alliance標準的產品並不多,測試樣本中認證產品主要以WPC無線充電規格Qi為主。

 

Qi的規格演進已從最早版本的V1.0、V1.1至V 1.2,從V1.1版本開始導入異物偵測(Foreign Object Detection: FOD)功能,從V1.2版本始定義BPP (Baseline Power Profile)低功率5W以及EPP (Extended Power Profile) 中功率15W。WPC雖已不再接受廠商申請V1.0及V1.1認證,然市面上依然充斥著不少 V1.0、V1.1 的裝置;同時,因應市場對於快充的需求,業界亦推出自有的無線快充規格,例如三星閃充10W,故當消費者將不同規格充電板及手機配對時,相對而言互通性的風險也會提升。

圖三、WPC無線充電規格Qi的演進

 

 測試結果解析: 

首先請讀者參考圖四,直列為Tx充電板,橫排為Rx手機,藉由不同顏色標示,可清楚看出產品所支援的規格以及所屬認證/非認證產品。每一格數值是一次Tx和Rx配對測試結果,共五種等級,分別為0分、0.5分、0.75分、0.9分及1分(註二)。衡量一個Tx或Rx產品的互通性表現,需將每格數值加總起來,首先以排名第一U牌Tx為例,該機種和10種Rx的互通性結果總積分為10分;S牌Tx總積分為9.9,名列第二,總積分得分越高者,表現能力愈佳;反之則表現能力較差,以此類推。。

 

在整個測試過程中,有諸多需要注意的準則,一次完整的Tx和Rx測試,除了需成功完成充電,亦不能中斷充電動作,測試者須全程監控,以確認沒有任何問題產生與充電中斷。

圖四、無線充電互通性測試結果,Tx代表充電板,Rx代表手機

 

註二:測試結果數值說明

1 分 : Tx可和Rx可正常運作,無任何異常現象發生

0.9分 : Rx可以充電,然啟動充電的時間略微超過3秒鐘,並不影響使用者觀感

0.75分: Rx可以充電,然啟動充電的時間超過3秒鐘,已影響到使用者觀感

0.5分 : 追蹤Log發現Tx和Rx在溝通上發生問題,不影響充電,若嚴重時會影響產品性能表現

0 分 : Rx和Tx無法溝通,無法啟動充電模式

 

從研究分析,我們可歸納出以下結論:

 1. 不同認證版本產品間存在互通性問題 

同屬早期規格Qi V1.0的N牌和M牌Tx充電板(分別排列第六名和第八名),與和相對較新規格Qi V1.1/Qi V1.2的Rx手機有明顯互通性問題,我們亦觀察到M牌充電板甚至和認證過的兩種型號S牌手機無法溝通,導致無法充電情況發生。從手機端切入,同為Qi V1.1規格、分別排名第八及第十的兩種M牌手機亦和多數充電板產生互通問題,其中包含未認證充電板,以及V1.0、V1.1版本的充電板。

 

從以上結果可得知,屬於早期V1.0規格互通性較差,即便產品通過最基本的標準認證門檻,在不同Qi版本認證下的產品確實會產生互通性問題。我們針對這個結論,對廠商提出以下兩點建議:1.在產品認證上最好導入最新規格以提升互通性品質。2.除了標準認證之外,須採用更完整的測試方案以全方位檢視產品不同面向。而消費者亦盡量選擇版本較新的無線充電產品。

 

 2.不同產品元件導致互通性表現不一 

本次測試選擇了兩款未經認證的充電板,而兩種品牌在互通性測試中表現不一。排名第四的M牌充電板在和十種手機交叉驗證之後,獲得了總積分9分;排名第七的A牌充電板僅得到7.5分,甚至和排名第十名的M牌手機無法溝通,完全無法充電。

 

影響無線充電產品品質有三大因素,分別為產品規格,晶片以及線圈,經由實際拆解兩個未認證的充電板,我們發現A牌及M牌雖使用同款晶片,然在互通性上卻產生不同結果,會導致此結果有多種可能,包含線路設計及搭配的線圈等,需要抽絲剝繭方才得知,百佳泰可針對不同疑點,進而提供更深層的驗證,以協助廠商發掘問題癥結點。

 

 3. 加強測試規格以改善同品牌Tx和Rx互通性問題 

同為Qi V1.1版本的I牌的充電板和I牌手機充電套竟然在測試過程發生溝通上的問題,我們推測Rx與Tx源自於不同供應商之故。同品牌發生互通性問題和一般消費者認知差異極大,消費者總是認為選擇同品牌的配對產品最為安心,為了建立產品可信度,廠商除了在出貨前需要嚴格把關,另更須做好供應商管理以及制訂更嚴謹的測試規格以維持品質。

 

總結

隨著蘋果導入無線充電技術,加上使用者對於快充的需求日益俱增,連帶著無線充電中功率(15W)產品的詢問度增加,然快充技術因提供較大電流將導致產品過熱現象發生,易衍伸出更多問題。目前市場機制及秩序尚未建立,故一套完整的無線充電產品驗證方案,包含互通性測試,標準認證、充電效能與效率驗證是必要的。藉由不同品牌裝置間的優劣程度及特性比較分析,廠商可明確訂定出產品的市場定位,進一步透過合適的行銷策略以提高產品的競爭力,以滿足消費者對充電市場的期望。

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