无线供电新方式：直流共振供电详解

　　假设直流共振方式的电源和供电用共振装置为小号，磁共振方式的电源和供电用共振装置为吉他，感知声音的耳朵为受电用共振装置（图8）。小号能高效向空气中振动，奏出比吉他更大更有力道的声音。这是为什么呢？

　　图8：与小号和吉他的差别类似

　　直流共振方式WPT和现有众多磁共振方式WPT的电力及电磁场转换效率的差别与小号和吉他声音大小不同的理由非常相似。

　　吉他等弦乐器的弦振动传递到吉他的表板上，表板振动，再通过共振箱将振动传递到空气中发声。表板起到的是扬声器的作用。通过采用箱构造，反射表板向后发出的声音并放大，同时传递到表面。

　　此时重要的是，在通过弦的振动使板振动，再将弦的振动传递到板上并进行放大的过程中，声能受到了损失。结果发出的声音就变小。

　　这一点与磁共振方式一样。原来的磁共振方式大多采用通过电力放大电路将高频信号放大的高频交流电源。共振器随着高频交流电源的频率激振，产生振动的磁力线，共振器之间耦合。

　　此时，为放大高频信号并传输能量，损失会增加。结果导致电力效率降低。

　　而小号等管乐器直接振动空气。铜管乐器小号的振动源是演奏者的唇的振动，木管乐器单簧管的振动源是被称为簧片（Reed）的薄片的振动。这些振动源会控制空气的流动。然后选出符合共振管频率的声音成分放大，由此可以发出较大的声音。与弦的振动经由板传递到空气中不同，小号是直接向空气中传递振动，传递效率非常高。因此能发出强力的声音。

　　直流共振方式与之非常相似。直流共振方式通过电力用半导体元件FET等形成振动，控制电力的流动。然后直接形成共振场、也就是通过共振频率振动的电磁场。因此，损失较少，在原理上能量传输效率出色。

　　采用GaN FET实施动作实验

　　作为直流共振方式的验证实验，下面来介绍一下采用GaN FET环路线圈的10MHz级共振电路的动作实验（图9）。

　　图9：通过采用GaN FET和环路线圈的系统进行实验

　　本图为系统的电路构成（a）和测量结果（b）。环路线圈间的距离为3mm，线圈间的磁耦合系数为k＝0.567。电气和电磁场间的转换效率约为75％以上。这比MIT于2007年发布的系统的33％大幅提高。

　　在实验中，共振电容器采用村田制作所制造的高频特性出色的中高压积层陶瓷电容器，开关元件采用罗姆制造的试制品——脉冲为100V/20A、导通电阻为0.21Ω的常闭型GaN FET。上升、下降时间均为6ns，有望实现高速开关动作。使半径为5cm，线径为1mm的两个供受电环路线圈靠近，以输入电压Vi＝60V，负载Ro＝50Ω进行了实验。结果，开关频率fs＝8.2MHz时，传输电力达到74.9W，系统整体电力效率达到73.3％（图9（b））。

　　另外，输入电压为50V时，输出电压达到51.0V，传输电力达到52.0W，最高系统电力效率达到74.0％3）。虽然线圈间距dx只有3mm，但由于是一重环路线圈，磁耦合系数k*比较小，为k＝