無(wú)線(xiàn)供電新方式：直流共振供電詳解

　　假設直流共振方式的電源和供電用共振裝置為小號，磁共振方式的電源和供電用共振裝置為吉他，感知聲音的耳朵為受電用共振裝置（圖8）。小號能高效向空氣中振動(dòng)，奏出比吉他更大更有力道的聲音。這是為什么呢？

　　圖8：與小號和吉他的差別類(lèi)似

　　直流共振方式WPT和現有眾多磁共振方式WPT的電力及電磁場(chǎng)轉換效率的差別與小號和吉他聲音大小不同的理由非常相似。

　　吉他等弦樂(lè )器的弦振動(dòng)傳遞到吉他的表板上，表板振動(dòng)，再通過(guò)共振箱將振動(dòng)傳遞到空氣中發(fā)聲。表板起到的是揚聲器的作用。通過(guò)采用箱構造，反射表板向后發(fā)出的聲音并放大，同時(shí)傳遞到表面。

　　此時(shí)重要的是，在通過(guò)弦的振動(dòng)使板振動(dòng)，再將弦的振動(dòng)傳遞到板上并進(jìn)行放大的過(guò)程中，聲能受到了損失。結果發(fā)出的聲音就變小。

　　這一點(diǎn)與磁共振方式一樣。原來(lái)的磁共振方式大多采用通過(guò)電力放大電路將高頻信號放大的高頻交流電源。共振器隨著(zhù)高頻交流電源的頻率激振，產(chǎn)生振動(dòng)的磁力線(xiàn)，共振器之間耦合。

　　此時(shí)，為放大高頻信號并傳輸能量，損失會(huì )增加。結果導致電力效率降低。

　　而小號等管樂(lè )器直接振動(dòng)空氣。銅管樂(lè )器小號的振動(dòng)源是演奏者的唇的振動(dòng)，木管樂(lè )器單簧管的振動(dòng)源是被稱(chēng)為簧片（Reed）的薄片的振動(dòng)。這些振動(dòng)源會(huì )控制空氣的流動(dòng)。然后選出符合共振管頻率的聲音成分放大，由此可以發(fā)出較大的聲音。與弦的振動(dòng)經(jīng)由板傳遞到空氣中不同，小號是直接向空氣中傳遞振動(dòng)，傳遞效率非常高。因此能發(fā)出強力的聲音。

　　直流共振方式與之非常相似。直流共振方式通過(guò)電力用半導體元件FET等形成振動(dòng)，控制電力的流動(dòng)。然后直接形成共振場(chǎng)、也就是通過(guò)共振頻率振動(dòng)的電磁場(chǎng)。因此，損失較少，在原理上能量傳輸效率出色。

　　采用GaN FET實(shí)施動(dòng)作實(shí)驗

　　作為直流共振方式的驗證實(shí)驗，下面來(lái)介紹一下采用GaN FET環(huán)路線(xiàn)圈的10MHz級共振電路的動(dòng)作實(shí)驗（圖9）。

　　圖9：通過(guò)采用GaN FET和環(huán)路線(xiàn)圈的系統進(jìn)行實(shí)驗

　　本圖為系統的電路構成（a）和測量結果（b）。環(huán)路線(xiàn)圈間的距離為3mm，線(xiàn)圈間的磁耦合系數為k＝0.567。電氣和電磁場(chǎng)間的轉換效率約為75％以上。這比MIT于2007年發(fā)布的系統的33％大幅提高。

　　在實(shí)驗中，共振電容器采用村田制作所制造的高頻特性出色的中高壓積層陶瓷電容器，開(kāi)關(guān)元件采用羅姆制造的試制品——脈沖為100V/20A、導通電阻為0.21Ω的常閉型GaN FET。上升、下降時(shí)間均為6ns，有望實(shí)現高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作。使半徑為5cm，線(xiàn)徑為1mm的兩個(gè)供受電環(huán)路線(xiàn)圈靠近，以輸入電壓Vi＝60V，負載Ro＝50Ω進(jìn)行了實(shí)驗。結果，開(kāi)關(guān)頻率fs＝8.2MHz時(shí)，傳輸電力達到74.9W，系統整體電力效率達到73.3％（圖9（b））。

　　另外，輸入電壓為50V時(shí)，輸出電壓達到51.0V，傳輸電力達到52.0W，最高系統電力效率達到74.0％3）。雖然線(xiàn)圈間距dx只有3mm，但由于是一重環(huán)路線(xiàn)圈，磁耦合系數k*比較小，為k＝