无线充电，有望走向200瓦

许多人热切期待有一天他们可以不再在一堆旧充电电缆中筛选以找到他们需要的那一天。但是，尽管目前在为手机等小型设备无线充电方面取得了成功，但在我们实现完全无线化之前，还需要解决一些技术挑战——尤其是涉及到更耗电的电子产品时。

在1 月 23 日发表在IEEE 电力电子新兴和精选主题杂志上的一项研究中，该领域的专家概述了克服这些障碍的一些方法，其中包括以更高的频率传输更多能量以及优化充电效率而不会使电池过热。

南洋理工大学电气与电子工程学院教授Shu-Yuen Ron Hui参与了这项研究，他几十年来一直致力于无线电力传输 (WPT) 技术的标准化。Hui 表示，2010 年发布的最初 WPT 标准只是专注于确保一家公司的发射机与另一家公司的接收机兼容。“然而，最高效率和最短充电时间等最佳性能并不是首要任务，”他指出。

使用 WPT 实现高效率的一个主要障碍是电池的热限制。通常，电池需要恒定的电压和电流输入才能充电，但这会使电池升温至危险水平。出于安全原因，商用电池充电器会在电池表面温度达到上限（通常为 45°C）时降低甚至停止充电电流。

为了解决这个问题，Hui 和他的同事开发了一种新的温度调节电流控制技术，可以减少充电时间而不会使电池过热。如果这项技术被 WPT 电子产品制造商广泛采用，它可能有助于提高该技术的充电效率。

第二个挑战是一次传输更多的电力。WPT 技术使用电磁场传输功率，使用更高的电磁频率可以在给定的时间范围内传输更多的功率。然而，这需要能够以极高速度控制功率传输的硬件。

现有的栅极驱动器具有大约 100 纳秒的延迟，而 Hui 开发了一种延迟仅为 6 纳秒的驱动器。与 Hui在曼彻斯特大学的同事Cheng Zhang共同开发的新栅极驱动器也实现了软开关。这是一种减少功率开关中的开关损耗和应力的技术，允许在更高的频率下使用栅极驱动器。目前，大多数 WPT 功率逆变器的工作频率低于 1 兆赫兹，但该团队最近的发明可以达到数十兆赫兹。

在他们的论文中，研究人员强调了优化 WPT 技术的另一种关键方法。他们呼吁发射器制造商采用有助于优化充电过程的效率跟踪技术。Hui 团队最近开发的一种方法可以控制发射机在电池充电时动态地遵循 WPT 系统的最大效率工作点。因此，WPT 系统效率针对整个充电过程进行了优化。

这些新技术共同开启了 WPT 技术的新纪元。目前，为需要 15 瓦或更低功率的小型设备（例如手机）充电制定了标准，并且正在计划为需要大约 200 瓦的中等功率设备（例如便携式工具、电动自行车和笔记本电脑。

但仍然需要为更大、更耗电的电子产品奠定基础，Hui 和他的同事们计划继续前进。

Hui 说：“我们目前正在寻找工业合作伙伴来开发和评估 [我们开发的] 超快栅极驱动电路，这些电路允许逆变器以至少 20 MHz 的频率运行，”并指出他的团队还申请了一项专利工作频率在 1 兆赫兹到数十兆赫兹范围内的印刷 WPT 谐振器，可以帮助电子设备传输数百瓦的无线电力。