無(wú)線(xiàn)供電新方式：直流共振供電詳解

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

　　統一分析共振耦合電路

　　設計新WPT系統需要新的設計理論。構建新概念時(shí)，需要能對其進(jìn)行合理的說(shuō)明和設計的新技術(shù)。具備了新技術(shù)才能創(chuàng )新。

　　為了設計和分析WPT系統，這里將介紹三種無(wú)線(xiàn)共振耦合的統一解析法（圖10）。利用這些技術(shù)，WPT系統不僅是數學(xué)理論，還能進(jìn)行具體設計。

　　圖10：統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系統通過(guò)線(xiàn)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(lái)分析電壓和電流的時(shí)間變化。

　　系統設計所需的多諧振電路的電路常數通過(guò)用有限元法等對供受電器件進(jìn)行電磁場(chǎng)解析來(lái)計算，用磁耦合系數k表示。

　　第二，“諧波共振解析”（HRA：harmonic resonance analysis）。HRA解析將交互開(kāi)關(guān)FET獲得的梯形電壓進(jìn)行傅里葉級數展開(kāi)，根據各頻率成分來(lái)分析多諧振電路的特性。用該方法分析了構成提案的無(wú)線(xiàn)供電系統的多諧振電路頻率特性。

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

　　圖11：采用F參數的多諧振電路解析

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

　　通過(guò)這些方法可以探明WPT系統的動(dòng)作和特性，使WPT系統的設計變得容易而且現實(shí)。驗證這些設計的方法一般采用電路模擬器和實(shí)際實(shí)驗。這是WPT的基本設計過(guò)程。具體的設計方法請參考文獻等 1～2）。

　　共振型WPT如果能通過(guò)電磁場(chǎng)解析等獲得供受電器件的耦合系數，就可以設計供電系統。能夠分析輸出電壓、傳輸電力和系統的整體電力效率。在采用基于設計理論的GaN FET的10MHz動(dòng)作實(shí)驗中，系統的整體電力效率成功實(shí)現了74.0％，傳輸電力達到74.9W。這是前所未有的劃時(shí)代成果。

　　WPT擁有開(kāi)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(xiàn)技術(shù)及無(wú)線(xiàn)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(guò)技術(shù)融合和乘積效應，有望實(shí)現飛躍性的技術(shù)進(jìn)步?？鐚?zhuān)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象，