由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）獨(dú)立出來(lái)的WiTricity現(xiàn)任總裁EricGiler，曾在2009年曾于TED發(fā)表題為「無(wú)線電力技術(shù)示范」的精彩演說(shuō)，展示了如何利用無(wú)線電源傳輸技術(shù)啟動(dòng)一部小型電視機(jī)──而那是2009年，該技術(shù)從那之后持續(xù)演進(jìn)，以下讓我們來(lái)看看這個(gè)令人驚嘆的技術(shù)領(lǐng)域，能為設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)什麼樣的新機(jī)會(huì)。

最近，我與宜普電源轉(zhuǎn)換公司（EPC）應(yīng)用工程副總裁Michael de Rooij討論關(guān)于無(wú)線電源在2017年的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)；我選擇與de Rooij討論這個(gè)議題，除了因?yàn)镋PC是氮化鎵（GaN）功率元件的領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商，該公司也能為設(shè)計(jì)工程師們提供包括開(kāi)發(fā)板、參考設(shè)計(jì)以及教育性的支援，包括de Rooij撰寫(xiě)的《無(wú)線電源手冊(cè)（Handbook for Wireless Power）》。

EPC在1月初舉行的年度國(guó)際消費(fèi)性電子展（CES 2017）上，展示了一部43吋平面HDTV，那臺(tái)電視能隔著一道石膏板牆，藉由無(wú)線電源取得電力；在2017年，你將會(huì)看到EPC為業(yè)界帶來(lái)更先進(jìn)的無(wú)線電源相關(guān)解決方案，超越2009年Giler所展示的技術(shù)。

支援更長(zhǎng)傳輸距離的無(wú)線電源

我詢(xún)問(wèn)de Rooij有關(guān)目前無(wú)線充電方案支援更長(zhǎng)傳輸距離、更高效率時(shí)會(huì)遭遇的限制，以及其可能性；我們?nèi)绾巫屵@種電力傳輸技術(shù)的效率達(dá)到所有消費(fèi)者都能接受的水準(zhǔn)？氮化鎵功率元件（如EPC的eGaN技術(shù)）如何能繼續(xù)協(xié)助推動(dòng)無(wú)線電源技術(shù)的進(jìn)展？

de Rooij首先提到在線圈（coil）設(shè)計(jì)方面的限制；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，目前若線圈是7吋以上的直徑，性能就會(huì)下降；此外每一組線圈的品質(zhì)因數(shù)（Q）和線圈之間的藕合系數(shù)（k）都會(huì)影響長(zhǎng)距離的無(wú)線充電效率，發(fā)射與接收線圈的尺寸和幾何形狀各自都會(huì)大幅影響Q和k的數(shù)值。圖1是無(wú)線電源傳輸?shù)幕驹怼?/p>

圖1 無(wú)線電源傳輸?shù)幕驹怼＃▓D片來(lái)源：Würth Elektronik）

de Rooij提到，無(wú)線電源傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)（E-field）方法雖然有技術(shù)上的問(wèn)題，但是可以長(zhǎng)距離傳輸電力──這方面可能還有部份一般會(huì)顧慮到的問(wèn)題，包括產(chǎn)生臭氧（ozone）還有與生物性等其他物質(zhì)產(chǎn)生交互作用）；這種充電方法可能更適用能懸浮在充電板上的裝置，如無(wú)人機(jī)。

電場(chǎng)藕合技術(shù)最直接的展現(xiàn)，是在源極（source）和負(fù)載（load）之間採(cǎi)用平行板電容器（parallel plate capacitor），輸入阻抗需與之匹配，才能實(shí)現(xiàn)高效率電源傳輸；也就是說(shuō)，有一片板子是放在待充電的無(wú)人機(jī)底部，另一片就是在充電板上（如圖2）。

圖2 （a）無(wú)線電源傳輸電場(chǎng)藕合架構(gòu)；（b）電路模型。（圖片來(lái)源：https://goo.gl/HRZf11）

以磁共振藕合（magnetic resonant coupling）技術(shù)對(duì)空中懸浮的無(wú)人機(jī)進(jìn)行充電也是不錯(cuò)的替代方案，如圖 3所示，該充電板的線圈採(cǎi)用方形設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)上的接收線圈調(diào)整為適合支援著陸（landing），使發(fā)射和接收線圈之間的距離縮至最短，約只有幾公釐（mm），因此使線圈之間的藕合因數(shù)得以最大化。

圖3 以磁共振藕合線圈為懸浮的無(wú)人機(jī)進(jìn)行無(wú)線充電。（圖片來(lái)源：https://goo.gl/HRZf11）

無(wú)線電源傳輸線圈技術(shù)的現(xiàn)在與未來(lái)發(fā)展

de Rooij表示，無(wú)線充電解決方案供應(yīng)商N(yùn)uCurrent目前正在開(kāi)發(fā)效率更高的無(wú)線充電線圈；Nucurrent號(hào)稱(chēng)該公司目前的無(wú)線電源「天線」效率高于市面上任何印刷天線/線圈/共振器，其採(cǎi)用Qi/PMA頻率（~200KHz）的設(shè)計(jì)通常可達(dá)到高20%以上的效率，採(cǎi)用A4WP頻率（6.78MHz）或NFC頻率（13.56MHz）的設(shè)計(jì)則可達(dá)到高60%的效率。

若將無(wú)線電源傳輸線圈嵌入地磚中，有助于電場(chǎng)的分佈，并可能因此略為拉長(zhǎng)電源傳輸距離；但更重要的是，這樣就可以大幅擴(kuò)增收集電力的范圍──相較于單一線圈的設(shè)計(jì)，在相同的覆蓋范圍下，這是一個(gè)效率更高的解決方案。

而EPC在CES 2017展示的那臺(tái)無(wú)線供電HDTV，是我到目前為止見(jiàn)過(guò)最厲害的無(wú)線電源傳輸應(yīng)用；此外咖啡連鎖店Starbucks現(xiàn)在也有某些門(mén)市在店內(nèi)座位提供無(wú)線充電裝置，讓顧客能為智慧型手機(jī)充電，如果你的手機(jī)沒(méi)有內(nèi)建無(wú)線充電功能，他們還可以賣(mài)轉(zhuǎn)接器給你（如圖4）。

圖4 Powermat的無(wú)線充電解決方案已經(jīng)獲得Starbucks等業(yè)者採(cǎi)用。（圖片來(lái)源：Powermat）