无线充电产品互操作性测试解析

引言

日前市场上传出苹果新一代机种将导入无线充电技术;另一则消息则是苹果加入了无线充电联盟WPC。苹果一向代表产业风向球、引领主流市场走向,接二连三的消息传出,似乎预告了行之有年、尚未开花结果的无线充电技术与市场荣景即将来临。

根据IHS市场研究报导,2017年无线充电装置(Rx)和无线充电板(Tx)总出货量预计会超过6亿台,至2025年Tx与Rx总出货量以倍数成长达到28亿台,从图一我们可得知,手机、智能手表等无线充电装置已成为无线充电市场主要推力,连带拉高充电板出货。

图一、全球无线充电产品出货量,数据源:IHS

随着市售无线充电机种愈来愈多,充电产品版本是否向下兼容、产品间的互操作性是否影响用户体验或是无法供电等潜在问题成为技术上需克服的困难点。一套完整的无线充电产品验证方案,除了互操作性测试,亦包含标准认证、充电效能与效率验证。

标准认证旨在确认产品是否符合协会制定的测试规格,以确保产品在一定的质量标准范围内,为厂商最基本的质量检测门坎;无线充电效能与效率验证则是进一步确认产品质量在不同产品规格下应有的表现能力与相对应之满意度,包括安全机制确认、充电效能、充电效率等,旨在创造产品差异化以提升市场竞争力。透过百佳泰观察,目前全球知名在线购物网站贩卖的无线产品项目中,仅有少数的无线产品通过认证,其余大多数皆属于未认证产品;相对于技术发展成熟度较高的USB、HDMI产品,足以显示无线充电产品在标准认证上仍有一段距离需迈进。

无线充电测试重点(Wireless Charging Test Focus)

目前无线充电技术根据使用者习惯大致可应用在以下常见环境:公共场所、车用、办公室及家用。由于各场域特性不同,故使用方式也不同,注重的测试特点亦不相同。现在,就让我们看看三大领域的测试重点吧!

图二、三大领域无线充电测试重点

 1. 公共领域方面 ,例如人来人往的咖啡店、机场,消费者的各类型手机是否能够和公共场所提供的充电板正常配对并充电为首要考虑因素,故互操作性测试为主要测试重点。

 2. 车用领域方面 ,由于天气变化及空气流通问题,使得厂商需特别注意温升安全机制,另外一般驾驶者常会顺手把铜板随意放置在驾驶座旁的凹槽,当使用者沿用旧有习惯,任意将铜板放置在车内通电的充电板上时,可能会导致铜板不当地加热,故异物侦测(Foreign Object Detection: FOD)功能验证同时为车用无线充电重点之一(注一)

3. 家用与办公室方面,两种室内环境的使用方式和情境相互交错重迭,我们将两者归纳在同一领域。首先,我们观察到两者都是非常注重充电效率表现的,随着未来中功率家用电器在需求上不断提升,而上班族希望以最短的时间充饱电力以快速处理大小会议、外出拜访客户等公事,无线充电的快充技术是否满足以上需求将为厂商考虑因素,因此充电效能与效率验证也就格外重要。最后,我们亦发现使用者情境分析可协助模拟多元化的真实家用及办公室使用情况,将情况加以分析以降低潜在风险并改进。

三大场域各有其重视的测试特点,然兼容性问题并不局限在某一特殊领域,是现在普遍存在的现象。百佳泰将透过本篇文章深入浅出解析互操作性测试结果,将其测试结果量化以评估每项产品的表现能力及潜在风险,加以归纳结论,作为消费者选用之参考以及厂商掌握互操作性潜在风险之依据。

注一:异物侦测(foreign Object Detection: FOD)为当充电板侦测到任何异物接触时会立即停止供电,避免发生危险。

百佳泰无线充电互操作性测试剖析 (Wireless Charging Interoperability Test Analysis)

目前市场上是由Wireless Power Consortium(WPC)以及 AirFuel Alliance 两个协会主导无线充电技术市场,前者主推磁感应技术(Magnetic Induction);后者则是并行磁感应(Magnetic Induction)及磁共振(Magnetic Resonance

)技术推广。百佳泰参考两者制定的无线充电互操作性测试规范,加以改良规划成为更严谨测试流程及准则,并于近日执行了小规模的手机与无线充电板交叉验证研究测试。本次测试样本为市面上随机购买的10台手机(Rx)及8个充电板(Tx),包含认证产品以及未认证产品,因市面上采用AirFuel Alliance标准的产品并不多,测试样本中认证产品主要以WPC无线充电规格Qi为主。

Qi的规格演进已从最早版本的V1.0、V1.1至V 1.2,从V1.1版本开始导入异物侦测(Foreign Object Detection: FOD)功能,从V1.2版本始定义BPP (Baseline Power Profile)低功率5W以及EPP (Extended Power Profile) 中功率15W。WPC虽已不再接受厂商申请V1.0及V1.1认证,然市面上依然充斥着不少 V1.0、V1.1 的装置;同时,因应市场对于快充的需求,业界亦推出自有的无线快充规格,例如三星闪充10W,故当消费者将不同规格充电板及手机配对时,相对而言互操作性的风险也会提升。

图三、WPC无线充电规格Qi的演进

 测试结果解析

首先请读者参考图四,直列为Tx充电板,横排为Rx手机,藉由不同颜色标示,可清楚看出产品所支持的规格以及所属认证/非认证产品。每一格数值是一次Tx和Rx配对测试结果,共五种等级,分别为0分、0.5分、0.75分、0.9分及1分(注二)。衡量一个Tx或Rx产品的互操作性表现,需将每格数值加总起来,首先以排名第一U牌Tx为例,该机种和10种Rx的互操作性结果总积分为10分;S牌Tx总积分为9.9,名列第二,总积分得分越高者,表现能力愈佳;反之则表现能力较差,以此类推。

在整个测试过程中,有诸多需要注意的准则,一次完整的Tx和Rx测试,除了需成功完成充电,亦不能中断充电动作,测试者须全程监控,以确认没有任何问题产生与充电中断。

图四、无线充电互操作性测试结果,Tx代表充电板,Rx代表手机

注二:测试结果数值说明

1 分 : Tx可和Rx可正常运作,无任何异常现象发生

0.9分 : Rx可以充电,然启动充电的时间略微超过3秒钟,并不影响使用者观感

0.75分: Rx可以充电,然启动充电的时间超过3秒钟,已影响到使用者观感

0.5分 : 追踪Log发现Tx和Rx在沟通上发生问题,不影响充电,若严重时会影响产品性能表现

0 分 : Rx和Tx无法沟通,无法启动充电模式

从研究分析,我们可归纳出以下结论:

 1. 不同认证版本产品间存在互操作性问题 

同属早期规格Qi V1.0的N牌和M牌Tx充电板(分别排列第六名和第八名),与和相对较新规格Qi V1.1/Qi V1.2的Rx手机有明显互操作性问题,我们亦观察到M牌充电板甚至和认证过的两种型号S牌手机无法沟通,导致无法充电情况发生。从手机端切入,同为Qi V1.1规格、分别排名第八及第十的两种M牌手机亦和多数充电板产生互通问题,其中包含未认证充电板,以及V1.0、V1.1版本的充电板。

从以上结果可得知,属于早期V1.0规格互操作性较差,即便产品通过最基本的标准认证门坎,在不同Qi版本认证下的产品确实会产生互操作性问题。我们针对这个结论,对厂商提出以下两点建议:1.在产品认证上最好导入最新规格以提升互操作性质量。2.除了标准认证之外,须采用更完整的测试方案以全方位检视产品不同面向。而消费者亦尽量选择版本较新的无线充电产品。

 2.不同产品组件导致互操作性表现不一 

本次测试选择了两款未经认证的充电板,而两种品牌在互操作性测试中表现不一。排名第四的M牌充电板在和十种手机交叉验证之后,获得了总积分9分;排名第七的A牌充电板仅得到7.5分,甚至和排名第十名的M牌手机无法沟通,完全无法充电。

影响无线充电产品质量有三大因素,分别为产品规格,芯片以及线圈,经由实际拆解两个未认证的充电板,我们发现A牌及M牌虽使用同款芯片,然在互操作性上却产生不同结果,会导致此结果有多种可能,包含线路设计及搭配的线圈等,需要抽丝剥茧方才得知,百佳泰可针对不同疑点,进而提供更深层的验证,以协助厂商发掘问题症结点。

 3. 加强测试规格以改善同品牌TxRx互操作性问题 

同为Qi V1.1版本的I牌的充电板和I牌手机充电套竟然在测试过程发生沟通上的问题,我们推测Rx与Tx源自于不同供货商之故。同品牌发生互操作性问题和一般消费者认知差异极大,消费者总是认为选择同品牌的配对产品最为安心,为了建立产品可信度,厂商除了在出货前需要严格把关,另更须做好供货商管理以及制订更严谨的测试规格以维持质量。

总结

随着苹果导入无线充电技术,加上使用者对于快充的需求日益俱增,连带着无线充电中功率(15W)产品的询问度增加,然快充技术因提供较大电流将导致产品过热现象发生,易衍伸出更多问题。目前市场机制及秩序尚未建立,故一套完整的无线充电产品验证方案,包含互操作性测试,标准认证、充电效能与效率验证是必要的。藉由不同品牌装置间的优劣程度及特性比较分析,厂商可明确订定出产品的市场定位,进一步透过合适的营销策略以提高产品的竞争力,以满足消费者对充电市场的期望。