日廠商村田制作所開發(fā)出直流無線供電技術(shù)

    村田制作所開發(fā)出了可大幅提高整個系統(tǒng)電力傳輸效率（以下稱電力效率）的無線供電技術(shù)。由直流電源經(jīng)無線區(qū)間到達負載的電力效率比原來的技術(shù)提高了20～30個百分點。例如，從直流電源將功率約為75W的直流電供應(yīng)到幾十cm遠的負載時，最高能以70％以上的電力效率傳輸。

用來驗證“直流共振方式”的試制系統(tǒng)。在線圈間傳輸電力，點亮LED。

    以前的系統(tǒng)進行無線供電時使用的是高頻交流電，在將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電時會損失很大一部分電力，因此整個系統(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發(fā)的技術(shù)稱為“直流共振方式”。通過相對線圈間的電磁共振來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，轉(zhuǎn)換成高頻交流電時的電力損失較大。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關(guān)技術(shù)，直接形成隨著共振頻率變化的電磁場，從而使供電電路和受電電路耦合。開關(guān)頻率為10MHz左右。

    這樣一來，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系統(tǒng)的電力效率。但在該技術(shù)中，作為開關(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)，是因為GaN半導(dǎo)體等用作開關(guān)元件的功率半導(dǎo)體性能提高，達到了實用水平。

    負責(zé)此次開發(fā)的是村田制作所技術(shù)與業(yè)務(wù)開發(fā)本部的細谷達也（同志社大學(xué)研究生院客座教授）。細谷指出，與美國麻省理工學(xué)院（MIT）2007年公布的磁共振方式無線供電技術(shù)相比，使用此次開發(fā)的技術(shù)可降低整個系統(tǒng)的電力損失。他介紹說：“采用MIT當(dāng)時的方法，投入400W電力，傳輸2m之后，直接以高頻交流電點亮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％，可向負載供應(yīng)280W左右的直流電。不過，因為必須要符合日本《電波防護準則》等法規(guī)，利用無線傳輸?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�，F(xiàn)在的問題是要放寬這些限制。”

    細谷試制的系統(tǒng)之一是開關(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)形線圈相對設(shè)置，以8.2MHz的開關(guān)頻率、50Ω負載進行了實驗。輸入電壓為60V、最大傳輸電力為74.9W時，整個系統(tǒng)的電力效率為73.3％。

    關(guān)于此次的研究成果，細谷已在2012年11月8日舉行的電子信息通信學(xué)會（與電子通信能源技術(shù)研究會和無線電力傳輸研究會共同舉辦的研究會）上發(fā)表了題為“ZVS（Zero Voltage Switching，零電壓開關(guān)）共振型無線供電”的特別演講。該公司今后的目標是，以此次開發(fā)的技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高效無線供電系統(tǒng)的商品化與實用化。<