無線供電新方式：直流共振供電詳解

　　*磁耦合系數(shù)k＝在通過供電器件形成的磁力線中，與受電器件交鏈的磁力線比例。

　　統(tǒng)一分析共振耦合電路

　　設(shè)計(jì)新WPT系統(tǒng)需要新的設(shè)計(jì)理論。構(gòu)建新概念時(shí)，需要能對(duì)其進(jìn)行合理的說明和設(shè)計(jì)的新技術(shù)。具備了新技術(shù)才能創(chuàng)新。

　　為了設(shè)計(jì)和分析WPT系統(tǒng)，這里將介紹三種無線共振耦合的統(tǒng)一解析法（圖10）。利用這些技術(shù)，WPT系統(tǒng)不僅是數(shù)學(xué)理論，還能進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

　　圖10：統(tǒng)一分析共振耦合電路

　　本圖為三種分析共振耦合的方法。

　　第一，“多諧振電路解析法”（MRA：multi-resonance analysis）。WPT系統(tǒng)通過線圈等供電器件和受電器件進(jìn)行電磁能的電力傳輸。多諧振電路解析（MRA）利用將四維空間電磁場(chǎng)的動(dòng)作制成二維平面模型的多諧振電路（multi-resonant circuit），來分析電壓和電流的時(shí)間變化。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的多諧振電路的電路常數(shù)通過用有限元法等對(duì)供受電器件進(jìn)行電磁場(chǎng)解析來計(jì)算，用磁耦合系數(shù)k表示。

　　第二，“諧波共振解析”（HRA：harmonic resonance analysis）。HRA解析將交互開關(guān)FET獲得的梯形電壓進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開，根據(jù)各頻率成分來分析多諧振電路的特性。用該方法分析了構(gòu)成提案的無線供電系統(tǒng)的多諧振電路頻率特性。

　　第三，“F參數(shù)共振解析”（FRA：F-parameter resonance analysis）（圖11）。FRA方法可以通過F參數(shù)簡(jiǎn)單分析由多個(gè)LC共振電路構(gòu)成的復(fù)雜多諧振電路。各阻抗用F矩陣表示，通過F矩陣的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)地分析輸入阻抗和電壓增益。

　　圖11：采用F參數(shù)的多諧振電路解析

　　在采用F參數(shù)的解析中，可以通過各電路的F矩陣獲得整體的F矩陣。

　　通過這些方法可以探明WPT系統(tǒng)的動(dòng)作和特性，使WPT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得容易而且現(xiàn)實(shí)。驗(yàn)證這些設(shè)計(jì)的方法一般采用電路模擬器和實(shí)際實(shí)驗(yàn)。這是WPT的基本設(shè)計(jì)過程。具體的設(shè)計(jì)方法請(qǐng)參考文獻(xiàn)等 1～2）。

　　共振型WPT如果能通過電磁場(chǎng)解析等獲得供受電器件的耦合系數(shù)，就可以設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)。能夠分析輸出電壓、傳輸電力和系統(tǒng)的整體電力效率。在采用基于設(shè)計(jì)理論的GaN FET的10MHz動(dòng)作實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)的整體電力效率成功實(shí)現(xiàn)了74.0％，傳輸電力達(dá)到74.9W。這是前所未有的劃時(shí)代成果。

　　WPT擁有開拓新市場(chǎng)的巨大潛力?？梢远ㄎ粸榕c功率電子、高頻技術(shù)、天線技術(shù)及無線通信技術(shù)等眾多技術(shù)息息相關(guān)的“高頻功率電子”這種新的跨學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域之一1）。通過技術(shù)融合和乘積效應(yīng)，有望實(shí)現(xiàn)飛躍性的技術(shù)進(jìn)步。跨專業(yè)領(lǐng)域的討論變得更加重要。

　　WPT目前還有很多尚不清楚的現(xiàn)象，