氮化鎵推動無線充電應(yīng)用

無線充電在技術(shù)行業(yè)中變得越來越普遍，提供了一種更方便的設(shè)備充電方式，而無需使用電纜或插頭。隨著技術(shù)的進步，由于氮化鎵（GaN）功率器件的使用，無線充電變得越來越高效和快速。

無線充電技術(shù)

無線充電主要有兩種類型：磁感應(yīng)和磁共振。磁感應(yīng)涉及使用線圈，該線圈產(chǎn)生電磁場，在位于設(shè)備內(nèi)的另一個線圈中感應(yīng)電流，從而提供電力。另一方面，磁共振使用多個線圈來產(chǎn)生共振電磁場，允許在更遠的距離上通過某些表面（例如桌子或背包）充電。

無線充電使用電磁場在兩個物體之間傳輸能量：充電板或充電站以及無線充電的設(shè)備。無線充電背后的技術(shù)被稱為電磁感應(yīng)。充電板或充電站包含一個線圈，當電流流過它時會產(chǎn)生磁場。當配備無線充電接收器的設(shè)備進入磁場范圍時，它會在設(shè)備內(nèi)部的線圈中感應(yīng)電流。然后可以使用該電流為設(shè)備的電池充電。

當設(shè)備放置在充電板或充電站上時，充電墊和設(shè)備之間的磁場會產(chǎn)生從充電板傳輸?shù)皆O(shè)備的電磁場。然后將該電磁能轉(zhuǎn)換為電能，為設(shè)備中的電池充電。

無線充電使用一種稱為Qi的標準，該標準由無線充電聯(lián)盟開發(fā)。該標準被許多制造商使用，并且在智能手機和其他設(shè)備中越來越受歡迎。

基于氮化鎵的無線充電解決方案

GaN是一種寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體，由于其獨特的電氣特性，在電力電子行業(yè)中越來越受歡迎。GaN功率器件在更高的電壓、更高的開關(guān)頻率和更高的溫度下工作，與傳統(tǒng)的硅基器件相比，它們成為更高效的解決方案。

在無線充電中使用GaN功率器件有很多好處。首先，GaN功率器件可以處理更高的功率密度，從而實現(xiàn)更快的充電時間。其次，GaN功率器件在更高的頻率下工作，減少了對更大電容器和電感器的需求，這可以使無線充電板更小，更便攜。

此外，GaN功率器件將更少的能量轉(zhuǎn)化為熱量，從而降低了功耗和充電過程中的散熱量。散熱是無線充電的主要問題，因為它會損壞正在充電的設(shè)備和充電板本身。

與傳統(tǒng)的硅基器件相比，GaN功率器件的制造成本也更具成本效益，使其成為無線充電制造商的有吸引力的選擇。GaN也比硅基器件更可靠，降低了維修和更換的頻率。

如今，GaN功率器件被用于各種無線充電技術(shù)，包括Qi無線充電，這是最廣泛的無線充電標準。支持 Qi 的無線充電中的 GaN 功率器件提供更快的充電時間和更高效的功率傳輸，使其成為想要快速為設(shè)備充電的用戶的理想選擇。

雖然這些無線充電技術(shù)主要用于智能手機、智能手表和筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品，但它們也以無線充電板的形式用于汽車行業(yè)的電動汽車 （EV）。這提供了一種更有效、更方便的車輛充電方式，因為無需將車輛物理插入充電站。

無線充電也正在醫(yī)療保健行業(yè)實施，特別是對于植入式起搏器和胰島素泵等醫(yī)療設(shè)備，這些設(shè)備可以更容易、更頻繁地充電。

氮化鎵熱化鎵提高效率

傳統(tǒng)的 Qi 無線充電在中等功率應(yīng)用中使用 80 kHz 和 300 kHz 之間的頻率，對于低功率水平（高達 110 W），使用 205 kHz 和 5 kHz 之間的頻率。在一定間隔距離下，無線電力傳輸（WPT）的有效性與發(fā)射和接收線圈的質(zhì)量因數(shù)（Q1，Q2）呈負相關(guān)。

這些因素取決于頻率，最大Q因數(shù)在5-15 MHz范圍內(nèi)達到。GaN HEMT的高頻開關(guān)功能使這種高效的高頻WPT成為可能，它具有許多優(yōu)點，包括：

與傳統(tǒng)kHz頻率下的1000 W相比，可以傳輸更高的功率電平（> 15 W），

所有三個軸的空間自由度更高，

更薄的PCB天線和發(fā)射/接收組件（重量越輕，有利于電動汽車應(yīng)用，如照明、電動座椅等車內(nèi)充電），

較大的z軸分離可以將發(fā)射器放置在表面和墻壁后面，使外部安全攝像頭的安裝更加簡單，或者可以在放置在汽車內(nèi)的充電盒內(nèi)為電動工具充電，以及

它不加熱金屬物體。

更高效的氮化鎵WPT可以簡化現(xiàn)有應(yīng)用，并啟用新應(yīng)用。一些例子包括電動滑板車的200 W充電，其中滑板車在墊上的方向靈活性簡化了實施。

7kW EV WPT充電器展示了大功率端，充電板和車輛上的接收天線之間可以使用11厘米的間隙。與85 kHz的傳統(tǒng)WPT充電器相比，這些更高的功率可以大大減少充電時間。預(yù)計到100年，無人機電子交付市場以及專業(yè)或個人使用的機器人市場將超過2030億美元。基于GaN的WPT有望在該應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

擴展功率范圍

由于在較低功率水平下運行時效率低下且存在局限性，傳統(tǒng)的無線充電技術(shù)（尤其是基于 Qi 標準的技術(shù)）實際上僅適用于智能手機、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療植入物和物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備等小型設(shè)備。此外，這些技術(shù)不僅會產(chǎn)生減慢充電速度的熱量，而且還需要耗散，使它們在碳排放方面不太環(huán)保。

目前可用的大多數(shù)無線充電也是笨重、昂貴且不是特別方便，這通常需要對被充電的設(shè)備進行極其精確的定位以確保有效耦合。

降低效率的一個重要問題是Qi設(shè)計的復(fù)雜性，整個轉(zhuǎn)換過程需要五個階段。應(yīng)該指出的是，效率在不能滿負荷運轉(zhuǎn)的情況下迅速下降。

例如，Eggtronic創(chuàng)建了E2WAT無線電力傳輸架構(gòu)，以解決傳統(tǒng)方法的缺點。E2WATT結(jié)合了電源和無線充電器，基于專利感應(yīng)技術(shù)，是一種基于GaN的解決方案。該技術(shù)依靠獲得專利的拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)無線電力傳輸，從而將轉(zhuǎn)換級的數(shù)量減少到兩個。

審核編輯 黃宇