無線供電新方式：直流共振供電詳解

　　作為直流共振方式無線供電的具體示例，我們提出了“電磁共振型多共振式ZVS”WPT系統(tǒng)的電路方案（圖6）2）。

　　圖6：利用直流（矩形波）直接驅(qū)動(dòng)共振器

　　本圖為采用直流共振方式的電磁共振型多共振式ZVS無線供電系統(tǒng)的等效電路。

　　提案的供電系統(tǒng)中，供電側(cè)把對(duì)商用交流電源進(jìn)行整流濾波的電壓作為輸入電源電壓直接供電。受電側(cè)可控制電力，以使整流濾波后的電壓變?yōu)樗璧闹绷麟妷骸?/P>

　　提案系統(tǒng)與以往的磁共振方式相比，通過大幅削減電力轉(zhuǎn)換和傳輸機(jī)構(gòu)，可大幅提高電力效率。

　　圖6表示了在供受電器件間等效形成的互感、互電容，漏感以及分布電容等寄生要素。提案將這些要素作為電路參數(shù)用到了電力傳輸之中。

　　在供受電器件的距離較為接近的近距離情況下，互電容的影響比較大。而距離較遠(yuǎn)時(shí)，互電容的影響減小。這些系統(tǒng)在供電側(cè)和受電側(cè)雙方構(gòu)成LC共振電路，通過采用反射電力不會(huì)轉(zhuǎn)化為電力損失的構(gòu)成，可提高電力效率。

　　還可實(shí)現(xiàn)雙向電力傳輸

　　從本系統(tǒng)的電路拓?fù)淇梢钥闯?，供電?cè)和受電側(cè)能夠采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。受電側(cè)電路的兩個(gè)FET作為整流電路工作，這兩個(gè)FET還可以直接作為開關(guān)電路的振蕩元件使用。也就是說，可進(jìn)行雙向電力傳輸。另外，能將受電側(cè)的電路塊直接作為中繼設(shè)備使用，延長(zhǎng)無線傳輸距離，或者分流。也就是說，該電路塊能作為供電、中繼和受電任意一種電路使用，可單元化。

　　根據(jù)中繼點(diǎn)設(shè)置這種單元化的電路模塊，還可以在其他時(shí)間將充電后存儲(chǔ)的電力用于供電用途，或者通過其他能源補(bǔ)給電力后供電（圖7）。

　　圖7：各種器件形成共振場(chǎng)

　　本圖為供電器件、共振（中繼）裝置和受電器件共享共振場(chǎng)的示意圖和模擬示例。

　　我們利用村田軟件開發(fā)的有限元法解析軟件“Femtet”分析了由大量共振線圈形成的電磁共振場(chǎng)的磁場(chǎng)（圖7（b））。通過分析發(fā)現(xiàn)，線圈附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，電磁共振場(chǎng)擴(kuò)大到了空間中。

　　另外，圖1的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)將太陽(yáng)能電池發(fā)電的直流電壓進(jìn)行了電力傳輸，通過直流電流點(diǎn)亮了多個(gè)LED。驗(yàn)證了（1）直流-直流電力傳輸、（2）多負(fù)載供電、（3）電磁共振場(chǎng)的擴(kuò)大以及（4）多方向供電等多項(xiàng)有用的技術(shù)。還有望實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電等利用自然能源的環(huán)保供電系統(tǒng)。

　　效果同“小號(hào)”

　　直流共振方式與以往的磁共振方式