Magnetic induction與Magnetic Resonance
透過線圈傳遞電力的技術主要分成兩類，其一為稱為Inductively Coupled、Magnetic induction、Electromagnetic induction這三種名稱指同一種技術，于業界簡稱為MI，另外同樣用線圈傳遞能量的Magnetic Resonance業界簡稱MR。其中MI無線充電技術已經大量應用于手持裝置于市面銷售，而采用MR技術的產品卻很罕見。MI與MR技術最大的差別在于Impedance Matching Network (IMN)配置，MI技術沒有配置IMN所以效率隨著感應距離加大后而下降，而配有IMN的MR技術可以在距離變化下透過IMN調節維持高效率，其MR技術也是有其極限，感應距離過大后效率也是會下降。
手機無線充電普及后，有更多人關注電動車充電是否也可以走向無線化，而相關技術已經有多家廠商投入開發多年，早期投入電動車用無線充電主要是采用MR技術為核心發展。電動車無線充電技術能難度高，主要有兩大困難點：感應距離遠，功率需求大；大部分的應用范例，手機無線充電感應距離在1cm之內，而車輛裝載無線充電感應距離要求在20cm上下，手機無線充電最小功率需求為5W，而電動車最小功率需求為3KW，從此可以看出無線充電于手機與電動車的應用在規格上有非常大的差距；所以過去為了區分技術，有小功率手機無線充電采用MI技術，大功率電動車就要用MR技術這樣的刻版印象。
線圈尺寸決定感應距離
實作上MI跟MR能傳送的距離跟最大功率都與線圈尺寸有關，為了方便理解先把線圈都設定成圓形，感應距離則用與圓形線圈直徑比例來評估。MI最佳的工作感應距離為直徑的1/8，MR于應距離加大后因MR技術有IMN補償技術可以維持效率，但超過線圈直徑1/2后也會因為效率過低而不實用。在相同的線圈尺寸下分別采用MI與MR技術，當感應距離在線圈直徑1/8~1/4的范圍內效率差異并不明顯，距離超過直徑1/4后采用MI技術會明顯效率變差。
高效率才能滿足電動車充電功率需求，手機無線充電一般效率70%，在接收功率5W下會產生約2W的損耗，其損耗大部分轉換成熱能發散；當功率提高到3KW，即使效率提高到90%也會產生約300W的損耗，這樣的損耗會產生很大的熱能，商品化需要額外的散熱方案成本。實作上MI與MR技術的理想工作條件都是線圈越大與感應距離越近為佳，目前大部分的實作線圈尺寸約60cm*80cm矩形尺寸，若設計距離為20cm，其感應距離約是邊長的1/4處，這樣的感應距離下沒有IMN補償技術的MI的傳送效率不會與MR有太多差距。IMN補償技術可以在感應距離較遠的狀況下維持較佳的傳輸效率，但其技術復雜、生產不易，配置有IMN的MR比MI在成本上高出許多。
MI生產容易、成本低，在線圈尺寸與感應距離優化后可以提供與MR相當的效率表現；最大傳輸功率是取決于效率與散熱系統的平衡，無線充電系統一定會因為損耗產生熱能，傳輸功率越高所發散的熱能也會越多，而散熱系統能處理多少廢熱就是系統最大傳輸功率的限制。
商用化必備安全機制
安全機制是無線充電于電動車應用商用化另一個關鍵，MI與MR技術都是透過線圈傳遞電磁能量，金屬物體吸收電磁能量都會發生加熱反應，安全機制為偵測到傳送線圈上有金屬異物就停止電力傳輸。技術困難在于如何偵測線圈上的金屬異物，于電力傳輸之前在線圈之上金屬異物檢測，于電力傳輸過程中于兩個線圈之間入侵金屬異物檢測。
無線充電于電動車應用使用線圈尺寸約60cm*80cm矩形相比手機無線充電使用線圈尺寸約5cm*5cm矩形于面積差距超過百倍，在手機無線充電量產品實作金屬異物檢測已相當困難，傳輸功率與感應距離加大，于更大的線圈表面上進行精確檢測金屬異物為需要解決技術難題。目前有廠商提出在大型線圈表面增加一層由復數小線圈數組進行檢測，此類設計可以有效檢測大面積范圍金屬異物，但無法在電力傳送過程中進行檢測，此設計也會增加額外的成本。金屬異物檢測技術于MI已經發展成熟，MI感應范圍較MR窄，此缺點卻有利于金屬異物防治，金屬異物需要很靠近線圈才會收到電磁能量而發熱；MI可以解析電力傳輸線圈上的訊號進行金屬異物檢測，不需要另外增加檢測硬件所以成本較低。
L-C 結構提升MI線圈性能
MI技術中發射端利用驅動器連接電容與線圈產生諧振發送電磁能量，接收端線圈接收電磁能量與連接電容諧振效應取得電能。線圈為一段導線繞制成為電感，成為電感的導線上各位置訊號都不同，最大諧振訊號振幅發生在線圈與電容接點上，遠離該接點訊號振幅逐漸變小。
參照圖1. Half Bridge C-L，單一驅動器連接電容與線圈，于電容與線圈連接端點上產生諧振訊號，而線圈另一端接地沒有諧振訊號。
圖1。 Half Bridge C-L
參照圖2. Full bridge C-L，與圖1.差別于線圈原本接地端改成驅動器，該驅動器與另一個驅動器為反相訊號，電容與線圈接點因有另一端反相驅動，等效于Half Bridge方式之 2倍的驅動力，故諧振訊號振幅也較大，驅動器直接連接線圈并不會發生諧振僅有驅動訊號，線圈僅有一端與電容連接處產生諧振訊號。
圖2。 Full bridge C-L
參照圖3. Full bridge C-L-C于線圈兩端都搭配諧振電容與驅動器，于線圈兩端都產生諧振訊號，該諧振訊號為反相，此結構使線圈兩端都產生最大諧振訊號振幅，使線圈可以發送最大電磁能量。
圖3。 Full bridge C-L-C
參照圖4. 圖5. 發射端與接收端都采用C-L-C結構，可以完全發揮線圈傳輸能力，發射線圈與接收線圈實體端點對應位置，為最大諧振訊號振幅發生處；實際測試5cm*5cm的線圈可以傳送500W之能量，其線圈之間的功率密度極高；在相同的功率密度下加大線圈就可以提高傳送功率，若把線圈尺寸放大到50cm*50cm就可以輕易傳送超過5KW的電能。所以用MI技術是可以滿足電動車充電功率之需求。
圖4。 發射端與接收端都采用C-L-C結構
圖5。 C-L-C結構于5cm*5cm的線圈可以傳輸500W功率 (測試平臺 EVB-WP300 )
高功率MI線圈制作技術
MI感應范圍較窄，能量僅在線圈導線周圍有較佳感應能力。于C-L-C結構中，線圈兩端與電容相接處有最大振幅故具有最大電磁能量接收與傳送能力；線圈兩端為反相訊號，在螺旋式線圈繞制方法中線圈最外圈與最內圈為反相訊號，而最外圈與最內圈之中間其訊號為最弱；若用傳統線圈繞制方法，線圈加大之后于線圈最外圈與最內圈之中間會有較大區段導線沒有感應能力且增加線圈阻抗，阻抗增加會使效率變差。
參考圖6. 發送器線圈制作范例，導線兩端于線圈之外側與內側為諧振振幅最大處，采用較窄間距繞制方式，提供最大電磁能量發送能力；在導線中點振幅訊號最小，采用較寬間距繞制方式，縮短線圈導線長度降低線圈阻抗。
圖6。 發送器線圈制作范例
兩個繞線完全相同的大型線圈于近距離感應時，會產生過度耦合的現象，即發送線圈驅動能量完全轉移到接收線圈無法產生諧振；為了解決此問題，參考圖7. 接收器線圈制作范例，為了防止大型線圈于感應距離較近的狀況下發生過度耦合現象，于接收線圈內較寬間距產生的間隙位置與發射線圈的間隙位置相互錯開，所得到的發射與接收線圈外觀尺寸都相同，但內部結構有所差異，即使線圈完全對齊緊貼，線圈內部因為間隙位置錯開而不會發生導線完全重合狀態。
圖7。 接收器線圈制作范例
MI技術中為了增加感應范圍加大線圈尺寸，而加大線圈尺寸后會因為線圈繞制圈數增加導致阻抗上升，使效率下降；加大線圈尺寸后發射線圈與接收線圈內的導線感應距離過近狀況下，會發生過度耦合導致諧振發生困難；前述兩個問題都可以使用變化間隙線圈繞制方法解決。
Magnetic induction具有低成本優點
MI技術線圈結構簡單、實作于線圈工作頻率約100KHz，電路設計使用泛用型零件采購容易且成本相對低。MI驅動器是用一般開關電源系統中常見的MOSFET組件，此類零件售取得容易、價格低廉；諧振電容MLCC , C0G/NP0近年來大量運用于手機無線充電應用之中，市面流通量大取得容易；在接收器上的整流組件采用Schottky diode也是電源系統常見組件，接收端搭配的MOSFET與諧振電容與發射端通用，零件取得容易成本就會較低。
市面銷售手機無線充電大多為MI技術，其內部使用線圈已經標準化，市面有現成品可以直接購買；因生產廠商眾多，標準化線圈取得成本也較低；電動車無線充電目前還在開發階段其線圈組件尚未標準化，目前大型線圈為訂制品，而MI技術使用線圈為導線所繞制搭配磁性材料所構成，構造簡單其生產技術門坎低。
圖8。 發射端電路上的驅動器、諧振電容(MLCC , C0G/NP0 )
圖9。 接收端電路上的整流器(Schottky diode, MOSFET)、諧振電容(MLCC , C0G/NP0 )
Magnetic induction并聯拓樸
為了提高傳送功率若選用高規格組件會有取得不易與成本高昂的問題，為了拓展傳輸功率，MI線圈可利用多條導線所并行繞制，制作低阻抗線圈以增加電流承載量，每一條導線個別連接驅動器與整流器，單一驅動器與整流器維持使用泛用規格組件，于拓展傳送功率后能維持低成本易取得優點。實作上每一條導線搭配驅動器與整流器能承載最大電流為10A，參考圖10. MI并聯線圈驅動與整流之拓樸，圖中有三組驅動器與三組整流器分別接于三條導線所構成線圈，其中發射端三組驅動器分別先連接諧振電容后再連接線圈，發射線圈三條線圈導線并聯以維持發射訊號一致性，此設計可以分散驅動器電流拓展功率輸出；接收端線圈實體為三條導線所并行繞所制成單一線圈，三組接收線圈分別連接三組整流器，整流器輸出再并聯輸出給后端負載使用，單一整流器維持使用泛用規格組件；此拓墣能擴展傳輸功率并維持低成本。
圖10。MI并聯線圈驅動與整流之拓樸
Magnetic induction無線充電于電動車應用
無線充電商品化最重要關鍵為售價，而售價取決于生產成本。MI技術構造簡單，組件取得容易，能傳送的最大功率與感應距離與MR技術并沒有太大差距。MI技術的安全機制完整，于電力傳送線圈上進行金屬異物檢測可精確判別，不需要額外增加檢測線圈；線圈制作簡易，透過導線間隙變化繞制方法可制作低阻抗高效率線圈，并于范圍內距離遠近都能正常工作；輸出功率拓展透過線圈并聯，使用低成本組件即可生產高功率無線充電模塊。過去電動車無線充電應用直接聯想到MR技術，近幾年MI技術量產技術成熟且在傳輸效率、最大傳送功率、感應范圍都有進步，MI技術的低成本優勢可望提升電動車無線充電普及化。
關于 Fu Da Tong Technology Co., Ltd
Fu Da Tong Technology于2007年在臺灣新北市成立，為早期投入無線電力傳送技術開發的公司，已經取得相關技術44張美國專利；專注于無線電力傳送核心技術開發，掌握技術有In-band communications、Power transfer control、Foreign Object Detection，提供可以立即量產的參考設計與IC方案銷售。
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