【導(dǎo)讀】村田制作所開(kāi)發(fā)出了可大幅提高整個(gè)系統(tǒng)電力傳輸效率(以下稱電力效率)的無(wú)線供電技術(shù)。由直流電源經(jīng)無(wú)線區(qū)間到達(dá)負(fù)載的電力效率比原來(lái)的技術(shù)提高了20~30個(gè)百分點(diǎn)。例如,從直流電源將功率約為75W的直流電供應(yīng)到幾十厘米遠(yuǎn)的負(fù)載時(shí),最高能以70%以上的電力效率傳輸。
以前的系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線供電時(shí)使用的是高頻交流電,在將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電時(shí)會(huì)損失很大一部分電力,因此整個(gè)系統(tǒng)的電力效率只有15~30%左右。村田制作所設(shè)想將直流無(wú)線供電技術(shù)應(yīng)用于小型電子電路、便攜終端乃至EV等大功率用途。
村田制作所將此次開(kāi)發(fā)的技術(shù)稱為“直流共振方式”。通過(guò)相對(duì)線圈間的電磁共振來(lái)供電的概念與其他廠商提出的方法相近。不同之處在于不使用高頻交流源,而直接由直流電壓傳輸電力。原來(lái)的方式一般要先將電力源轉(zhuǎn)換成高頻交流源,然后供給線圈。此時(shí),轉(zhuǎn)換成高頻交流電時(shí)的電力損失較大。另外,共振電路匹配用整合電路的電力損失也很大。村田制作所此次提出的方式采用直流電壓開(kāi)關(guān)技術(shù),直接形成隨著共振頻率變化的電磁場(chǎng),從而使供電電路和受電電路耦合。開(kāi)關(guān)頻率為10MHz左右。
圖題:用來(lái)驗(yàn)證“直流共振方式”的試制系統(tǒng)。在線圈間傳輸電力,點(diǎn)亮LED
這樣一來(lái),就不再需要高頻交流轉(zhuǎn)換電路和整合電路部分,因此可以大幅提高整個(gè)系統(tǒng)的電力效率。但在該技術(shù)中,作為開(kāi)關(guān)元件的、要求支持一定電力且能快速工作的FET必不可少。此次,村田制作所之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這一系統(tǒng),是因?yàn)镚aN半導(dǎo)體等用作開(kāi)關(guān)元件的功率半導(dǎo)體性能提高,達(dá)到了實(shí)用水平。
負(fù)責(zé)此次開(kāi)發(fā)的是村田制作所技術(shù)與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)本部的細(xì)谷達(dá)也(同志社大學(xué)研究生院客座教授)。細(xì)谷指出,與美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)2007年公布的磁共振方式無(wú)線供電技術(shù)相比,使用此次開(kāi)發(fā)的技術(shù)可降低整個(gè)系統(tǒng)的電力損失。他介紹說(shuō):“采用MIT當(dāng)時(shí)的方法,投入400W電力,傳輸2m之后,直接以高頻交流電點(diǎn)亮60W的燈泡。而使用我們的技術(shù),投入400W電力,系統(tǒng)效率為70%,可向負(fù)載供應(yīng)280W左右的直流電。不過(guò),因?yàn)楸仨氁先毡尽峨姴ǚ雷o(hù)準(zhǔn)則》等法規(guī),利用無(wú)線傳輸?shù)碾娏τ邢拗?,傳輸距離也受限。按目前的規(guī)定,只能傳輸至幾十cm遠(yuǎn)。現(xiàn)在的問(wèn)題是要放寬這些限制。”
細(xì)谷試制的系統(tǒng)之一是開(kāi)關(guān)元件使用常閉型GaN FET、共振電容器使用村田制作所的中高壓積層陶瓷電容器的系統(tǒng)。將線徑為1mm、半徑為5cm的環(huán)形線圈相對(duì)設(shè)置,以8.2MHz的開(kāi)關(guān)頻率、50Ω負(fù)載進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。輸入電壓為60V、最大傳輸電力為74.9W時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的電力效率為73.3%。