無(wú)線充電在技術(shù)行業(yè)中變得越來(lái)越普遍，提供了一種更方便的設(shè)備充電方式，而無(wú)需使用電纜或插頭。隨著技術(shù)的進(jìn)步，由于氮化鎵（GaN）功率器件的使用，無(wú)線充電變得越來(lái)越高效和快速。

無(wú)線充電技術(shù)

無(wú)線充電主要有兩種類(lèi)型：磁感應(yīng)和磁共振。磁感應(yīng)涉及使用線圈，該線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，在位于設(shè)備內(nèi)的另一個(gè)線圈中感應(yīng)電流，從而提供電力。另一方面，磁共振使用多個(gè)線圈來(lái)產(chǎn)生共振電磁場(chǎng)，允許在更遠(yuǎn)的距離上通過(guò)某些表面（例如桌子或背包）充電。

無(wú)線充電使用電磁場(chǎng)在兩個(gè)物體之間傳輸能量：充電板或充電站以及無(wú)線充電的設(shè)備。無(wú)線充電背后的技術(shù)被稱(chēng)為電磁感應(yīng)。充電板或充電站包含一個(gè)線圈，當(dāng)電流流過(guò)它時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)配備無(wú)線充電接收器的設(shè)備進(jìn)入磁場(chǎng)范圍時(shí)，它會(huì)在設(shè)備內(nèi)部的線圈中感應(yīng)電流。然后可以使用該電流為設(shè)備的電池充電。

當(dāng)設(shè)備放置在充電板或充電站上時(shí)，充電墊和設(shè)備之間的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生從充電板傳輸?shù)皆O(shè)備的電磁場(chǎng)。然后將該電磁能轉(zhuǎn)換為電能，為設(shè)備中的電池充電。

無(wú)線充電使用一種稱(chēng)為Qi的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由無(wú)線充電聯(lián)盟開(kāi)發(fā)。該標(biāo)準(zhǔn)被許多制造商使用，并且在智能手機(jī)和其他設(shè)備中越來(lái)越受歡迎。

基于氮化鎵的無(wú)線充電解決方案

GaN是一種寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體，由于其獨(dú)特的電氣特性，在電力電子行業(yè)中越來(lái)越受歡迎。GaN功率器件在更高的電壓、更高的開(kāi)關(guān)頻率和更高的溫度下工作，與傳統(tǒng)的硅基器件相比，它們成為更高效的解決方案。

在無(wú)線充電中使用GaN功率器件有很多好處。首先，GaN功率器件可以處理更高的功率密度，從而實(shí)現(xiàn)更快的充電時(shí)間。其次，GaN功率器件在更高的頻率下工作，減少了對(duì)更大電容器和電感器的需求，這可以使無(wú)線充電板更小，更便攜。

此外，GaN功率器件將更少的能量轉(zhuǎn)化為熱量，從而降低了功耗和充電過(guò)程中的散熱量。散熱是無(wú)線充電的主要問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)損壞正在充電的設(shè)備和充電板本身。

與傳統(tǒng)的硅基器件相比，GaN功率器件的制造成本也更具成本效益，使其成為無(wú)線充電制造商的有吸引力的選擇。GaN也比硅基器件更可靠，降低了維修和更換的頻率。

如今，GaN功率器件被用于各種無(wú)線充電技術(shù)，包括Qi無(wú)線充電，這是最廣泛的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)。支持 Qi 的無(wú)線充電中的 GaN 功率器件提供更快的充電時(shí)間和更高效的功率傳輸，使其成為想要快速為設(shè)備充電的用戶的理想選擇。

雖然這些無(wú)線充電技術(shù)主要用于智能手機(jī)、智能手表和筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品，但它們也以無(wú)線充電板的形式用于汽車(chē)行業(yè)的電動(dòng)汽車(chē) （EV）。這提供了一種更有效、更方便的車(chē)輛充電方式，因?yàn)闊o(wú)需將車(chē)輛物理插入充電站。

無(wú)線充電也正在醫(yī)療保健行業(yè)實(shí)施，特別是對(duì)于植入式起搏器和胰島素泵等醫(yī)療設(shè)備，這些設(shè)備可以更容易、更頻繁地充電。

氮化鎵熱化鎵提高效率

傳統(tǒng)的 Qi 無(wú)線充電在中等功率應(yīng)用中使用 80 kHz 和 300 kHz 之間的頻率，對(duì)于低功率水平（高達(dá) 110 W），使用 205 kHz 和 5 kHz 之間的頻率。在一定間隔距離下，無(wú)線電力傳輸（WPT）的有效性與發(fā)射和接收線圈的質(zhì)量因數(shù)（Q1，Q2）呈負(fù)相關(guān)。

這些因素取決于頻率，最大Q因數(shù)在5-15 MHz范圍內(nèi)達(dá)到。GaN HEMT的高頻開(kāi)關(guān)功能使這種高效的高頻WPT成為可能，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：

與傳統(tǒng)kHz頻率下的1000 W相比，可以傳輸更高的功率電平（> 15 W），

所有三個(gè)軸的空間自由度更高，

更薄的PCB天線和發(fā)射/接收組件（重量越輕，有利于電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用，如照明、電動(dòng)座椅等車(chē)內(nèi)充電），

較大的z軸分離可以將發(fā)射器放置在表面和墻壁后面，使外部安全攝像頭的安裝更加簡(jiǎn)單，或者可以在放置在汽車(chē)內(nèi)的充電盒內(nèi)為電動(dòng)工具充電，以及

它不加熱金屬物體。

更高效的氮化鎵WPT可以簡(jiǎn)化現(xiàn)有應(yīng)用，并啟用新應(yīng)用。一些例子包括電動(dòng)滑板車(chē)的200 W充電，其中滑板車(chē)在墊上的方向靈活性簡(jiǎn)化了實(shí)施。

7kW EV WPT充電器展示了大功率端，充電板和車(chē)輛上的接收天線之間可以使用11厘米的間隙。與85 kHz的傳統(tǒng)WPT充電器相比，這些更高的功率可以大大減少充電時(shí)間。預(yù)計(jì)到100年，無(wú)人機(jī)電子交付市場(chǎng)以及專(zhuān)業(yè)或個(gè)人使用的機(jī)器人市場(chǎng)將超過(guò)2030億美元?；贕aN的WPT有望在該應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

擴(kuò)展功率范圍

由于在較低功率水平下運(yùn)行時(shí)效率低下且存在局限性，傳統(tǒng)的無(wú)線充電技術(shù)（尤其是基于 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)）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) （IoT） 設(shè)備等小型設(shè)備。此外，這些技術(shù)不僅會(huì)產(chǎn)生減慢充電速度的熱量，而且還需要耗散，使它們?cè)谔寂欧欧矫娌惶h(huán)保。

目前可用的大多數(shù)無(wú)線充電也是笨重、昂貴且不是特別方便，這通常需要對(duì)被充電的設(shè)備進(jìn)行極其精確的定位以確保有效耦合。

降低效率的一個(gè)重要問(wèn)題是Qi設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程需要五個(gè)階段。應(yīng)該指出的是，效率在不能滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下迅速下降。

例如，Eggtronic創(chuàng)建了E2WAT無(wú)線電力傳輸架構(gòu)，以解決傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)。E2WATT結(jié)合了電源和無(wú)線充電器，基于專(zhuān)利感應(yīng)技術(shù)，是一種基于GaN的解決方案。該技術(shù)依靠獲得專(zhuān)利的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)無(wú)線電力傳輸，從而將轉(zhuǎn)換級(jí)的數(shù)量減少到兩個(gè)。

審核編輯 黃宇