無(wú)線(xiàn)供電新方式：直流共振供電詳解

　　如此之多的電力轉換裝置對于提高電力利用效率來(lái)說(shuō)是致命傷。例如，如果供受電器件的傳輸效率為80％，五個(gè)電力傳輸裝置的電力效率也為80％，則供電系統整體的電力效率根據（0.8）6＝0.262來(lái)計算約為26％。即使各裝置的效率為85％，根據（0.85）6＝0.377來(lái)計算，整體的電力效率也只有約38％。整個(gè)系統的電力效率非常低4）。

　　直流共振方式的系統構造非常簡(jiǎn)單，可在直流電壓電源和開(kāi)關(guān)電路上直接連接共振器件（圖4）。由此，電力傳輸損失變得非常小，如（3）所述，與原方式相比，將電源電力轉換為共振場(chǎng)能量的轉換效率升高。而且，由于從電源電力轉換為共振場(chǎng)的轉換效率高，還容易用于利用大量共振器件的新無(wú)線(xiàn)電力傳輸（圖1）。

　　圖4：與原方式的不同在于電力傳輸方式

　　直流共振方式WPT（a）與原來(lái)的磁共振方式WPT（b）的不同。差別在于電源和共振器的驅動(dòng)方法。

　開(kāi)關(guān)頻率至關(guān)重要

　　直流共振方式的開(kāi)關(guān)電路采用了“最佳ZVS（Zero Voltage Switching）動(dòng)作”等高級電路技術(shù)，對在高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作中開(kāi)關(guān)損失等電力損失非常小的D級逆變器（放大電路）等比較有效（圖5）5）。采用該電路構成的話(huà)，輸出阻抗幾乎為0Ω。除等效內部電阻以外幾乎都不消耗能量，也基本不消耗電磁能。

　　圖5：通過(guò)最佳ZVS動(dòng)作的開(kāi)關(guān)電源降低損失

　　ZVS（zero volt switching）之一——最佳ZVS動(dòng)作開(kāi)關(guān)電源的電路構成（a）、基本動(dòng)作波形（b）、晶體管（FET）的硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)動(dòng)作的差異。

　　不過(guò)，直流共振方式的WPT與只是單純地將0Ω的D級放大電路和E級放大電路用于WPT的方式不同。D級放大電路和E級放大電路將供電器件的負載認定為基本固定的50Ω純電阻。也就是說(shuō)僅在負載為50Ω時(shí)可發(fā)生適當的共振，并向負載供給電力。

　　而WPT系統的供電器件負載并不確定。也就是說(shuō)，等效負載會(huì )隨著(zhù)耦合狀態(tài)發(fā)生變化。另外，負載的耗電量也會(huì )變化。

　　因此，直流共振方式通過(guò)以供電器件負載阻抗的電抗（虛部）為0的開(kāi)關(guān)頻率運行，利用直流電力引發(fā)共振。由此無(wú)需進(jìn)行阻抗匹配。

　　換言之，這意味著(zhù)即使是一個(gè)或多個(gè)等任意負載，即便配置了多個(gè)共振線(xiàn)圈，也能準確地形成共振場(chǎng)。

　　此前學(xué)會(huì )上報告的共振型WPT系統的電源電路大部分都采用了50Ω類(lèi)通信技術(shù)。采用50Ω類(lèi)電源的WPT系統從電源來(lái)看對供電部和輸出負載部進(jìn)行了分壓。結果，整體電力效率最大只能有50％。

　　即使想將50Ω降至0Ω，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，能為變化的負載供電，并獲得MHz以上的高頻正弦波電壓源是很難找到的。

　　另外，原技術(shù)還需要設計使得供電器件和受電器件各共振器的自共振頻率與高頻交流電源的頻率一致，或者與之匹配。而且，在高頻交流電源的頻率中，無(wú)法獲得阻抗匹配的電力會(huì )被反射回來(lái)，通過(guò)50Ω輸出阻抗轉化為熱能被消耗掉。