將無(wú)線充電提升到新水平

傳統(tǒng)的無(wú)線充電技術(shù)，包括基于 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，由于效率低下且只能在較低功率水平下運(yùn)行，因此實(shí)際上僅適用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療植入物和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品等小型設(shè)備。它們的低效率意味著它們?cè)谔寂欧欧矫鎸?duì)環(huán)境不友好，而且它們產(chǎn)生的熱量會(huì)減慢充電速度，因此必須進(jìn)行散熱。

目前，由于需要非常地定位被充電設(shè)備以確保有效耦合，因此大多數(shù)無(wú)線充電體積龐大、價(jià)格昂貴且不是特別方便。

Qi 設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜（影響效率的一個(gè)重要因素），整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程需要五個(gè)階段，如圖 1 所示。還值得注意的是，當(dāng)未滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)，效率會(huì)迅速下降。

下一代無(wú)線充電

為了解決傳統(tǒng)方法的局限性，Eggtronic開(kāi)發(fā)了E 2 WATT無(wú)線電力傳輸架構(gòu)。E 2 WATT通常是基于 GaN 的解決方案，結(jié)合了電源和無(wú)線充電器，并圍繞獲得的感應(yīng)技術(shù)構(gòu)建。該方法將轉(zhuǎn)換階段的數(shù)量減少到兩個(gè)（見(jiàn)圖 2），它基于提供零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS)、零電流開(kāi)關(guān) (ZCS) 無(wú)線電力傳輸?shù)膶?zhuān)有拓?fù)洹?/p>

在初級(jí)（發(fā)射器）中，ZVS-ZCS 拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了在任何負(fù)載條件下都可以忽略不計(jì)的開(kāi)關(guān)功率損耗，這是可能的，因?yàn)闆](méi)有使用諧振操作。這提供了非常平坦的效率曲線（圖 3），并允許在較低溫度下運(yùn)行——在 30 W 設(shè)計(jì)中溫度多可降低 30°C。

E 2 WATT 接收器在 ZVS 下運(yùn)行，并采用了控制傳輸?shù)截?fù)載的有功功率與反射到初級(jí)的無(wú)功功率之間比率的技術(shù)。此外，快速控制回路可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的輸出調(diào)節(jié)，無(wú)需通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換器或 LDO 進(jìn)行額外的轉(zhuǎn)換/調(diào)節(jié)。第二個(gè)控制回路進(jìn)一步化總無(wú)功功率，從而進(jìn)一步提高效率。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，E 2 WATT的另一個(gè)好處是增加了 z 軸充電：早期測(cè)試表明這一重要參數(shù)增加了八倍，極大地方便了用戶(hù)。

獨(dú)特的是，E 2 WATT 還提供低延遲數(shù)據(jù)傳輸，這為增值功能以及快速無(wú)線充電的基本功能開(kāi)辟了許多機(jī)會(huì)。

E 2 WATT 向后兼容 Qi 等傳統(tǒng)技術(shù)，為用戶(hù)提供便利和低功率充電的遷移路徑。今天，高達(dá) 300 W 的無(wú)線充電器已經(jīng)建立在 E 2瓦特的基礎(chǔ)上，但該技術(shù)可以提供 10 kW 的功率。這一點(diǎn)，以及與有線充電相媲美的效率水平，為未來(lái)開(kāi)辟了廣泛的可能性和新的應(yīng)用。

應(yīng)用和功率水平

需要充電的設(shè)備并不新鮮；許多已經(jīng)存在多年。然而，現(xiàn)有無(wú)線充電的局限性（主要是材料成本高和熱/效率問(wèn)題）阻礙了廣泛采用，因此目前，這些應(yīng)用繼續(xù)依賴(lài)有線充電。

隨著其他技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步產(chǎn)生了全新類(lèi)別的設(shè)備（通常在機(jī)器人領(lǐng)域），E 2 瓦特帶來(lái)的無(wú)線充電進(jìn)步可能意味著這些新設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)通過(guò)電線充電。

1 瓦至 30 瓦

在功率級(jí)別，大多數(shù)應(yīng)用都是使用 Qi 等無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。這包括可穿戴設(shè)備（健身監(jiān)視器、智能眼鏡）和所謂的“可聽(tīng)設(shè)備”——復(fù)雜的助聽(tīng)器和基于藍(lán)牙的音頻設(shè)備。智能手機(jī)和平板電腦等大量移動(dòng)/便攜式設(shè)備也屬于這一類(lèi)。

在工業(yè)領(lǐng)域，部署了數(shù)十億的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由于其功耗非常低，可以從無(wú)線充電中受益。

在此功率水平下，E 2 WATT的更高效率減少了充電器中的熱量產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)了更大的小型化，因?yàn)椴恍枰崞鞯葻峁芾碓O(shè)備。這反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了完全密封的設(shè)計(jì)，可用于可能存在液體的地方——廚房、雜物間、戶(hù)外區(qū)域和工業(yè)設(shè)施。

并且可靠性得到增強(qiáng)，因?yàn)椴恍枰娋€/插頭進(jìn)行充電，因此沒(méi)有觸點(diǎn)磨損。

30 瓦至 500 瓦

隨著功率水平的提高，應(yīng)用發(fā)生變化，在這個(gè)水平上，基于 Qi 的解決方案不再能夠充電。許多類(lèi)型的家用電器以及電動(dòng)交通應(yīng)用都屬于這一類(lèi)，包括電動(dòng)自行車(chē)、踏板車(chē)和電動(dòng)輕便摩托車(chē)。機(jī)器人在家庭環(huán)境中的使用越來(lái)越普遍，因此清潔機(jī)器人、游泳池機(jī)器人和其他服務(wù)機(jī)器人也出現(xiàn)在這個(gè)功率級(jí)別，而增長(zhǎng)快的應(yīng)用之一是無(wú)人機(jī)等無(wú)人駕駛飛行器。

同樣，由于不再需要插頭，許多這些應(yīng)用程序都受益于增加的便利性和可靠性。由于現(xiàn)在可以以與有線充電相似的效率水平進(jìn)行無(wú)線充電，因此無(wú)線選項(xiàng)沒(méi)有任何缺點(diǎn)，并且低功耗/空載操作得到增強(qiáng)。更重要的是，這些應(yīng)用程序中的許多應(yīng)用程序至少部分地在室外或在它們將暴露于液體的環(huán)境中使用。這意味著任何用于有線充電的裸露觸點(diǎn)都可能會(huì)迅速退化——尤其是在高濕度、含鹽或腐蝕性環(huán)境中——并阻礙充電。同樣，無(wú)線解決方案消除了這些問(wèn)題，而移除充電線是一項(xiàng)重要的安全功能，尤其是對(duì)于電器而言，因?yàn)樗粫?huì)被切斷或絆倒。

E 2 WATT 再次允許緊湊型解決方案，因?yàn)橹苯咏涣鬏斎胂送獠?PSU，并且電源管理已經(jīng)集成。

500 瓦至 1 千瓦

這個(gè)更高功率的領(lǐng)域與 30-W 至 500-W 領(lǐng)域有類(lèi)似的應(yīng)用——主要是機(jī)器人和家用電器——但現(xiàn)在包括更高功率的家用電器和更高功率的機(jī)器人，如割草機(jī)和用于小包裹的物流/送貨機(jī)器人城市環(huán)境。

因此，20-W 至 300-W 領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)也適用于此，尤其是與安全和戶(hù)外使用相關(guān)的優(yōu)勢(shì)。

1千瓦及以上

在功率的領(lǐng)域，應(yīng)用主要集中在車(chē)輛周?chē)＿@包括用于倉(cāng)儲(chǔ)/工廠的自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (AGV)，以及遙控車(chē)和軌道導(dǎo)引車(chē)。這里還包括乘用電動(dòng)車(chē)?？紤]到高功率水平，效率對(duì)于熱管理和延長(zhǎng)充電時(shí)間仍然很重要，但現(xiàn)在，E 2 WATT 可以提供的更高效率也對(duì)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用產(chǎn)生了積極影響。

延長(zhǎng)充電距離也是一個(gè)顯著的好處，因?yàn)閷?EV 停在充電板上并不方便，其精度與智能手機(jī)放在充電板上的精度相同。

雖然將電動(dòng)汽車(chē)從空充電到充滿(mǎn)總是需要時(shí)間，但無(wú)線充電對(duì)于遵循規(guī)定路線并經(jīng)常停車(chē)的車(chē)輛（例如城市公交車(chē)）具有顯著優(yōu)勢(shì)。在這里，可以在沿線的公交車(chē)站放置一個(gè)充電板，以便在預(yù)定的?？空窘邮湛焖佟俺渲怠背潆?，從而使公交車(chē)可以全天運(yùn)行，而無(wú)需返回車(chē)站充電。

概括

無(wú)線充電已經(jīng)到來(lái)，但由于傳統(tǒng)方法面臨的挑戰(zhàn)，包括效率低下、架構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和 BoM 成本高，它尚未成熟。

無(wú)線充電聯(lián)盟認(rèn)識(shí)到無(wú)線充電的潛力超出了 Qi 提供的當(dāng)前水平，因此正在制定新的標(biāo)準(zhǔn)，例如用于高達(dá) 2,200 W 的無(wú)繩廚房電器的 Ki、用于輕型電動(dòng)汽車(chē)的 LEV 標(biāo)準(zhǔn)和用于機(jī)器人充電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、AGV等工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械。

E 2 WATT憑借其專(zhuān)有的磁性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決了效率和外形尺寸方面的挑戰(zhàn)，使設(shè)計(jì)人員能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有低功率無(wú)線充電應(yīng)用的需求，并擴(kuò)展到更高的功率。這種可擴(kuò)展性可確保在高達(dá) 1 kW 及以上的充電設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)效率更高、尺寸更小、成本更低和范圍更廣的優(yōu)勢(shì)，其解決方案與傳統(tǒng)有線電源轉(zhuǎn)換器一樣高效且具有成本效益。