DIY 手機無線充電：不破保固千元改機、步驟講解、充電效率實測

還在用 USB 充電嗎？古早的 PHS J88 都能無線充電，智慧型手機還用線材傳輸會不會太遜？其實花點小錢買個 TouchStone 套件，智慧型手機也能大玩隔空充電。我們先從無線充電的原理講起，然後告訴大家要準備那些材料與工具，並動手進行實做與充電效率測試。

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無線充電技術介紹 / 無線供電優勢與全球共通標準 Qi
改造材料、施工工具介紹
改造實作 Step by Step：以 Samsung Galaxy S3 做示範
無線充電效率實測

智慧型手機人手一支已經非常普遍，隨著技術的進步，智慧型手機的軟硬體也不停地進步。過去的雙核心到現在的四核心，處理器時脈也逐步提高到1GHz，甚至到1.7GHz以上，另外還有高容量記憶體、上千萬畫素的內建相機與衛星導航也都漸漸成為標準配備，那還有什麼新技術是少見又正夯的呢？是的，還有我們現在要談的無線充電。

無線充電10年前就有

嚴格說起來無線充電並不是什麼新技術，大概早在10年前就出現在 PHS 手機上。好吧講PHS可能有點小眾，只有筆者這類科技宅比較清楚，若不說 PHS 手機，那電動牙刷總聽過吧！幾乎市面上所有中高階的充電型電動牙刷，就是應用了無線充電的技術。既然連牙刷都能無線充電，為什麼手機普遍做不到？在大改我們的手機之前，先了解無線充電是怎麼辦到。

談到無線充電，就一定會談到這行的先驅者尼古拉．特斯拉（Nikola Tesla），這位後世被稱為與愛迪生一樣偉大的美籍塞爾維亞裔科學家（ 2006 年電影頂尖對決也就是在講尼古拉．特斯拉），他在1891年發明特斯拉線圈，並通過電磁共振原理實現了人類最早的無線能量傳輸，同時奠定未來無線充電技術的基礎理論。甚至在1900 年，特斯拉也嘗試籌建 29 公尺高的沃登克裡佛廣播塔（Wardenclyffe Tower），來實現遠距離的無線電力傳輸。當時因為技術不成熟和其他組織的阻擾因此試驗失敗，不過這也為了未來無線充電埋下了夢想的種子。

▲當年PHS經典機種J88，也支援無線充電技術。

3種主流無線供電技術

進入二十一世紀，無線充電技術逐漸成熟，並從理論中獲得幾種實作的可能性。無線充電（或稱為無線供電）技術簡單地說是電與電之間的無線連接，目前的技術大多會讓電力透過二次轉換，像是電力轉磁力、磁力轉電力，以達到「無接觸」供電的目的。

也因為二次轉換的關係，供電效率自然會受到影響，這也是目前需要克服的困境。目前來看成熟的無線電力傳輸技術有3種主要方式，分別是電磁感應式、電磁共振式與無線電波式，接下來看這些技術的差異在哪裡。

1.電磁感應式：

電磁感應是最為常見的無線電力傳輸方式，通過發射端和接收端的線圈相互感應産生電流，從而實現電力傳輸的技術。簡單來說就是國中物理課本中就有提到的法拉第電磁感應定律，而我們這次土砲的套件，也是透過電磁感應式的原理運作。運作方式也很容易，首先從電力端（充電器）的線圈提供電力，充電器的線圈因此產生磁力，而接收電力端（如手機、行動電源）線圈感應到磁力，進而將磁力轉換成電力。

使用時2個線圈不需要接觸就能透過電磁感應達到傳導的目的，當然設計上沒這麼簡單，還要考慮雙方線圈的尺寸、接觸距離等因素，這些變因都會影響到充電效率。目前電磁感應式傳輸，可用範圍大約在30mm以內，屬於短距離傳輸。

▲這是1800年代用於解釋電磁感應的教材，讀者更為熟悉的應該是線圈、磁鐵與指南針，從中可看出電磁轉換機制。（圖片來源：Wikipedia）

▲Intel在2010年CES曾展示無線供電技術，透過2個巨大線圈，傳輸的電量可供60W燈泡使用。

2.電磁共振式：

電磁共振是正在研究中的無線電力傳輸方式，利用將能量發送和接收裝置調整到相同的頻率或者特定的頻率，可讓對應的電器產生共振現象，進而實現能量交換的目的。電磁共振的距離比起電磁感應遠一些，最多約可到3m左右。除了距離增加之外，功率可達數千瓦以上，功率比電磁感應式更高也是它的特點。

共振是相當有效率的傳輸方式，單就技術層面來說，只要能設計出共振頻率相同的電源與電力捕捉裝置，就能達到Resonant Magnetic Coupling（磁共振偶合）。共振存在於相當多的物理環境，舉例來說，歌手（或音響）的歌聲將遠端的玻璃震破，就是因為玻璃的頻率與歌手的頻率達到一致，使得玻璃獲得歌手能量，導致玻璃碎裂。

3.無線電波式：

此種無線電力傳輸方式，利用與早期礦石收音機相似的原理，即利用微型高效接收電路捕捉從障礙物反射回來的無線電波，並轉化為穩定的直流電壓。在實作上，只要將發射器安裝在插頭上，產品即可捕捉從牆壁反彈的無線電波能量，並隨著負載調整的同時保持穩定的直流電壓。如此一來就能將電能傳遞置範圍內的裝置，有效範圍約為1m左右。像是PowerCast就是使用該技術，接收器尺寸約只有硬幣大小，而且成本只有5美元（折合新台幣約150元）。不過這技術喊了多年，仍未有重大突破，離成熟仍有很長的路要走。

此篇中提到的應用面，幾乎都是採用電磁感應原理。當然以目前的技術，無線傳送的距離、功率與成本還是受到非常大的限制，但已經進步到可以輕鬆應用到一般資訊產品如智慧型手機、行動電源等產品上，讓消費者可以馬上享受到無線充電的優點與帶來的方便性。

▲這是 PowerCast 無線充電的關鍵晶片，有P1110與P2110版本，前者用於短距離、高功率，後者則是長距離傳輸。

無線供電優勢與陣營

既然無線充電原理簡單也應用了這麼多年，那本篇是騙稿費的嗎？當然不是，實際上受到技術限制，以前無線充電僅適用於耗電量較低的設備上，前面提到的電動牙刷與PHS手機都是這樣的例子。

隨著技術進步，近年來開始在特殊需求領域，如日系防水手機上應用，後來也有不少手機支援，像是Palm Pre 系列手機（不過此系列已停產），Sony、Samsung、 Nokia 等廠牌智慧型手機上出現。無線充電應用可以帶來什麼優點？當然，高科技的酷炫感是一定有的，但是除了這種 Geek 科技狂熱者所愛好的理由之外，無線充電還有一些優勢。

隨放即充更便利

無線充電器通常是以盤狀、碟狀的方式設計，或以磁力吸附做為固定方式，和一般 USB 等有線充電纜線不同，並沒有方向性限制。回家後只要將手機放在充電器，就能夠自動充電，操作起來更加方便與直覺。智慧型手機若搭配無線充電，舊沒有一條尾巴的限制，要接聽手機或使用直接拿起來即可，沒有了線的束縛更加自由、更加人性，正是所謂的科技始終來自於惰性。

安全、耐用還強化結構

由於無線充電沒有傳統纜線方向性的限制，同時也少了插入這個動作，自然也就沒有介面故障損壞的問題，可降低設備故障與出錯的可能性。同時若無線充電應用於防水手機上，由於手機可減少使用的傳輸介面，間接強化手機的結構性，防水效果與設計可以做更好，提供更出色的防水、防塵或防潮效果。

▲Nokia Lumia 920 支援Qi 無線充電技術，也是首款內建Qi技術標準的智慧型手機。

▲日本高階手機常見防水功能，Docomo ARROWS Kiss F-03D就是主打無線充電並具備防水性能的Android智慧型手機。

無線充電陣營 Qi

如同 Wi-Fi是無線網路的標準，藍牙（Bluetooth）是近距離交換數據標準，無線充電也有全球共通的標準Qi。早期無線充電技術較為複雜，雖然大多都是相同基於電池感應模式，但是大多各自為政，設備、電池與技術大多不能共通或相容，不同廠牌的無線充電手機，充電器與電池都不能交替互換使用。

2008年12月17日，全球首個無線充電技術標準化聯盟 WPC（Wireless Power Consortium）正式成立，並在 2010 年制定並發表無線充電的全球標準 Qi。只需將支援Qi 的移動設備放在Qi充電器上即可充電。從此設備能共通使用，也不需事先做任何配對或是設定。目前 WPC 無線充電聯盟已經有超過 100 家的企業加入，包含Samsung、Nokia、Motorola、LG、Panasonic、Sony、Philips 等消費電子產品大廠，並且各家也陸續推出支援 Qi 標準的智慧型手機、行動電源等產品。

位置對準才能用

不管是何種無線充電的標準包含Qi在內，都必須在線圈在對準的情況下，電池才能獲得最佳的充電效果。通常無線充電產品在商品化時，為了達到充電的最佳效率，都會使用一些小手法讓使用者不經意放對位置。例如Palm TouchStone是利用磁鐵輔助手機自動固定至正確位置，Pansonic Qi充電板則利用偵測技術，透過機械結構將充電線圈移動到正確的位置，並依照擺放順序充電（如果充電設備有一個以上的情況）。理論搞懂了，接下來我們試試如何讓一般智慧型手機也能無線充電。