E 2 WATT 是 Eggtronic 創(chuàng)造的一項新的專利交流無線電源混合技術(shù)，旨在提高家用電器和汽車領(lǐng)域無線充電應(yīng)用的功率和效率。

Eggtronic 首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Igor Spinella 在接受 EE Times 采訪時指出，該技術(shù)由 GaN 半橋和 dsPIC33 微控制器支持，并融合了傳統(tǒng)的電源適配器和 Qi 無線發(fā)射器，確保提高效率以克服困難齊標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng) Qi 無線功率受限于距離（通常為 5 毫米）和最大功率（通常高達(dá) 30 W）。Qi 標(biāo)準(zhǔn)要考慮的另一個方面是過熱：在快速充電一段時間后，熱保護(hù)被激活，從而停止充電。“我們的解決方案以正確的方式引導(dǎo)磁場，不僅避免了 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的過熱問題，而且還提供了與未經(jīng) Qi 認(rèn)證的新 Apple 12 的兼容性，從而不僅為汽車，而且為汽車鋪平了道路。也適用于消費(fèi)者應(yīng)用，”Igor Spinella 說。

Spinella 指出，具有 AC 輸入的新混合技術(shù)不需要 AC/DC 適配器，在功率高達(dá) 300 W 和 40 mm 距離的情況下可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 95% 的效率，同時由于 GaN 技術(shù)的支持而減小了整體尺寸。“功率可以擴(kuò)大，再現(xiàn)電動汽車充電等大規(guī)模應(yīng)用的適用性。95% 是在 10 毫米的距離處實(shí)現(xiàn)的，這是我們使用 Qi 標(biāo)準(zhǔn)所能達(dá)到的兩倍，而 Qi 標(biāo)準(zhǔn)在 5 毫米處的效率通常不超過 70%，代表了感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的真正突破，”斯皮內(nèi)拉說。

齊標(biāo)準(zhǔn)

無線電力傳輸Qi系統(tǒng)由基站和移動設(shè)備兩個基本模塊組成，如圖1所示。基站包括一個或多個能夠提供無線電力傳輸?shù)碾娏Πl(fā)射器，原理上由一個電源組成。轉(zhuǎn)換單元和控制和通信單元。各種子系統(tǒng)具有模擬功能，負(fù)責(zé)驅(qū)動稱為初級線圈的線圈；負(fù)責(zé)控制電力傳輸過程并與系統(tǒng)其他部分通信的數(shù)字功能。

圖 1：典型的無線充電系統(tǒng)使用發(fā)射器中的初級線圈和接收器中的次級線圈之間的磁耦合來傳輸電力和交換數(shù)據(jù)（來源：意法半導(dǎo)體）

該移動設(shè)備包括單個功率接收器，該功率接收器又由功率收集單元和控制和通信單元組成。在與變送器相同的級別上，我們有一個模擬子系統(tǒng)和另一個用于過程優(yōu)化的數(shù)字子系統(tǒng)。從基站到移動設(shè)備的實(shí)際功率傳輸顯然是通過兩個初級線圈和次級線圈之間的電感耦合實(shí)現(xiàn)的：一旦放置得很近，這些線圈就會在空氣中產(chǎn)生一個諧振變壓器，諧振頻率約為 100 kHz . 這種電力傳輸還由系統(tǒng)邏輯持續(xù)監(jiān)控和控制，以根據(jù)設(shè)備本身的當(dāng)前狀態(tài)（例如，電池充電過程的完成）施加不同的電力需求。

該技術(shù)目前可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 30 W 的無線電力傳輸，工作頻率為 100-200 kHz，距離可達(dá) 5 mm。

E 2瓦技術(shù)

Eggtronic 擁有約 200 項專利，成立于 2012 年，專注于能量轉(zhuǎn)換和無線電力。多年來，它已經(jīng)能夠通過電感和電容解決方案將其專業(yè)知識應(yīng)用于各種消費(fèi)者解決方案：Eggtronic 已經(jīng)從 VC 籌集了超過 2000 萬美元，幾周前的新聞中提到了歐洲投資銀行 (EIB)正在考慮向 Eggtronic 提供 1500 萬美元的貸款。“在Qi標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，我們已經(jīng)服務(wù)于多家汽車企業(yè)。最近，我們決定提高解決方案的集成度，以便推出能夠提高性能和功能的專有標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們開發(fā)了自己的 ASIC，完全由我們設(shè)計并由臺積電制造，”Spinella 說。

E 2 WATT 是 Eggtronic 的最新無線技術(shù)（圖 2）；它直接由交流電源供電，無需外部電源。它是一種混合無線交流電源解決方案，既是電源又是無線充電器。“我們的目標(biāo)是獲得比同等有線電源裝置更好的產(chǎn)品。從排放和安全的角度來看，它被認(rèn)證為電源，當(dāng)然它是一種無線電力傳輸技術(shù)，”Spinella 說。

E 2WATT 專注于 Navitas 的 GaN 技術(shù)，從而突出了硅達(dá)到一定水平的難度。硅的問題在于開關(guān)頻率：你被限制在 100 kHz 左右，如果你試圖更努力地驅(qū)動它，你會得到熱量、復(fù)雜性和無法控制的成本。然后是低頻磁體的問題，它不夠快，當(dāng)你試圖以那個速度開車時，它們變得太慢了。許多人使用會引入大量開關(guān)損耗的“硬開關(guān)”拓?fù)洌?dāng)您提高頻率時，由于寄生電感增加，效率會下降。此外，舊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)控制 IC 的運(yùn)行速度也不夠快。因此，第一步是通過 GaN 技術(shù)解決開關(guān)問題。Navitas 的 GaNFast 解決方案包括一個 GaN 開關(guān)——一種場效應(yīng)晶體管 (FET)——在與 GaN 功率器件相同的芯片上集成了單片集成的模擬驅(qū)動電路和數(shù)字邏輯電路。GaNFast 電源 IC 的額定頻率為 2 MHz。高速運(yùn)行可顯著降低快速充電系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換尺寸和成本。

除了 GaN 技術(shù)，Microchip Technology 的 dsPIC33 微控制器具有 u 核 DSP、高速 ADC 和高分辨率 PWM，使 E 2 WATT 系統(tǒng)的數(shù)字架構(gòu)能夠在優(yōu)化充電距離的同時提供傳輸反饋控制。Spinella 指出，由于其專有的接收器技術(shù)，該平臺可以顯著降低接收器溫度。

圖 2：E2WATT 效率（來源：Eggtronic）

圖 3：E2WATT 技術(shù)框圖（來源：Eggtronic）

“圖 3 顯示了 E 2的框圖瓦。在發(fā)射器中，邏輯功能是將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為另一個交流頻率以激活線圈。然后，基極是 Navitas 的半橋電路，用于刺激 LC 槽，這與 Qi 標(biāo)準(zhǔn)相同。專有架構(gòu)允許直接高輸入電壓，無需串聯(lián) AC/DC 轉(zhuǎn)換器，并且無需使用諧振 LC 槽即可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān) (ZVS)，從而確保在每種負(fù)載條件下都能實(shí)現(xiàn) ZVS ，允許從輕負(fù)載到滿負(fù)載的連續(xù)控制，無需使用突發(fā)模式，”Spinella 說。ZVS 顯著降低了關(guān)斷時的容性開關(guān)損耗，并降低了導(dǎo)通時的開關(guān)損耗。它消除了電容性導(dǎo)通損耗。它適用于高頻操作。

在次級方面，Spinella 強(qiáng)調(diào)接收器既可以用作整流器，也可以用作非耗散調(diào)節(jié)器。這是通過控制傳遞到負(fù)載的有功功率與反射到初級側(cè)的無功功率之間的比率來實(shí)現(xiàn)的。“無線系統(tǒng)（發(fā)射器和接收器）中的無功功率被最小化，這要?dú)w功于確保系統(tǒng)中最小無功能量的第二個控制回路，”斯皮內(nèi)拉說。

不可否認(rèn)，無線充電比有線充電更快、更容易、更方便。然而，值得考慮的不僅是效率，還有熱性能，大多數(shù)開發(fā)人員將其視為次要設(shè)計考慮因素，以便更快地將其產(chǎn)品推向市場。電動汽車是大型能源儲存器，以更少的充電頻率提供更多電力的能力是支持電動汽車出現(xiàn)的短期目標(biāo)。電池尺寸越大，電流流動率和發(fā)熱率越高。將技術(shù)集成到電動汽車中，并在城市周圍和車主家中戰(zhàn)略性地安裝充電平臺，可以在一定程度上消除連接車輛充電的需要。

審核編輯：湯梓紅