分析讨论新型供电技术

图3 典型的无接触电磁感应式推挽谐振电能传输电路原理图

4 电磁共振（Resonance technology）方式电能传输

4.1 电磁共振式电能传输系统的基本工作原理

磁共振传送方式由美国麻省理工学院（MIT）于2007年研制成功，主要是利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量，如共振引起的桥面坍塌、雪崩等事例。当电源发送端的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，实现能量的无线传输。简单的说，就是利用共振来传送电能，这里的关键就是要实现“强共振磁耦合”（Highly Resonant Magnetic Coupling）。

4.2 电磁共振式电能传输的关键技术

在这项技术中，发送端和接收端的线圈被调校成了一个磁共振系统，通电后能够以固定的频率振动。能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响，与电磁感应式比较，传输距离远、传输效率较高。由此可以看到，传输效率与发送、接收能量单元的直径相关，传送面积越大，传输效率越高；传输效果与频率及天线尺寸关系密切。目前发射线圈的直径大且笨重。

图4 电磁共振式无线电能传输示意图

4.3 典型的电磁共振式电能传输系统[8]

图5是一款电磁共振式笔记本电脑无线电能传输系统，是利用明天科技公司生产的芯片VOX330MP05S和VOX20K3A做的无线供电系统。

图5 电磁共振式无线电能传输发射电路

图6 电磁共振式无线电能传输接收电路

图5中C4、T1和C3组成滤波网络，串联于电网与发射电路之间，用来吸收发射电路中的谐波反馈到电网上，也可以防止电网上的浪涌电压对发射电路的影响。4个二极管和C2为整流、滤波电路，直接将220V的市交流电整流得到一个约300V的直流电压。这个电压经L1和C1组成的并联谐振回路加到VOX330MP05S的输出端， DC为一个12V/100mA的电源转换模块，为IC1提供工作电压。

VOX20K3A是一块5脚厚膜封装电路，内部集中了电磁共振所需要的相位检测、电压检测、电流检测、功率校正等功能。VOX20K3A需要提供一个5V的工作电压，工作电流约30mA，可由LM78L05提供。2脚上的硅稳压管决定了整个电源的输出电压，其值为：Vout=DW+1.2V。因此，不同的稳压管将得到不同的输出电压，但稳压管必须在9～24V之间选择。

图6A1和A2分别为补偿输入和输出端，C1为输入电容，L1和L2为两个串联的接收线圈，也可以用一个线圈代替，VD1和VD2为整流管，L3、L4及C4～C9为滤波电路，用于减少纹波，稳定电压。

5 电磁辐射方式电能传输

电磁辐射式无线电能传输，主要采用微波进行电能传输。微波的波长介于无线电波和红外线之间的电磁波。由于频率较高，能顺利通过电离层而不被反射。微波输电利用电磁辐射原理，由电源送出电力，通过微波转换器将交流电变换成微波，再通过发射站的微波发射天线送到空间，然后传输到地面微波接收站，接收到的微波通过转换器将微波变换成交流电，供用户使用。其有效传输距离为几km，属于远程传输。电磁辐射方式电能传输，主要有无线电波、微波、激光和超声波等方式。

5.1 无线电波方式电能传输
电能传输原理类似于矿石收音机，主要由微波发射装置和微波接收装置组成。接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载做出调整的同时保持稳定的直流电压。

图7 无线电波式无线电能传输示意图

电波接收型的最大发送距离长达10m, 但是由于磁通向空间全方位辐射，能够接收的功率很小，只有几mW至100mW。因此, 其主要用途是在便携式终端中提供待机时消耗的功率。

5.2 微波方式电能传输

微波方式电能传输的主要应用领域是太阳能卫星，即太阳能卫星发电站。该系统主要由四部分组成： ① 将太阳能、风能和交流电等转变成直流电；② 将直流变成微波，即微波功率发生器；③ 发射天线，它将微波能量以聚焦的方式高效地发射出去；④ 通过高效的接收整流天线将微波能量转换成直流或工业用电。

图8 微波方式无线电能传输示意图

先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量转换为电能。微波方式电能传输距离远，频率越高，传播的能量越大。在大气中能量传递损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响，但容易对通信造成干扰、能量散射损耗大，定向性差，传输效率低。

目前三菱重工开发的微波式非接触充电系统，将一组共48个硅整流二极管作为接收天线，每个硅整流二极管可产生20V的电压和一定的直流电，能够将电压提升至充电所需的指标，并可实现1kW的功率输出。

5.3 超声波方式供电

超声波可通过压电材料的逆压电效应, 方便的转化成电能。基于压电材料的超声波无线电能传输系统, 如图9所示。