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与无线充电的同行者发掘全新的机遇

与无线充电的同行者发掘全新的机遇 芯华舍
2017-07-14
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导读:近年来,配备无线充电功能的消费产品推动了无线充电的快速发展。无线充电的普及要求器件可以在6.78 MHz和1

近年来,配备无线充电功能的消费产品推动了无线充电的快速发展。无线充电的普及要求器件可以在6.78MHz和13.56MHz的更高频率ISM频段工作。共振系统在该频段允许高效率和高空间自由度。在这些高频率下,传统的硅基技术已经接近其性能极限。


作为硅基功率MOSFET的替代器件--增强型eGaN FET的开关转换速度在亚纳秒范围内,并且可以在高频、高压下工作,因此成为无线电源应用的理想器件。


氮化镓(GaN)器件是硅基MOSFET和功率集成电路的替代器件,这个共识最近获得多个业界竞争对手的认同。例如在PCIM Europe 2017研讨会上,松下在Bodo杂志的文章中提出了“功率晶体管宝座的新竞争者——GaN如何威胁了MOSFET称皇”。而GaN Systems公司的首席执行官在其演讲中也表示,GaN技术将接管MOSFET世界。


共振无线电源系统使用松散耦合并且高度共振的线圈,可调谐到高频率(6.78MHz或13.56MHz)。AirFuel Alliance已开发了一个针对共振无线电源应用的标准。该标准满足了方便使用的各种要求,例如发射器到设备的距离、设备的方向、单个发射器对多个设备同时充电,以及各种需要不同功率的设备。随着技术变得成熟和用户要求更好的无线充电体验,包括更高功率和更大的充电面积(例如办公桌面的面积),新的挑战正在出现。这些要求导致了更大的电流、更高的电压和在放大器中会产生更多的热量。


以上都是工程师们谈论的热门议题。


Michael de Rooij博士在2017年6月28日于上海世博展览馆举行的亚太区PCIM 2017研讨会上,与工程师们分享了用于大功率、高度共振无线功率传输应用并在6.78 MHz频率下工作,采用各种放大器拓扑结构的比较。


Michael de Rooij博士在PCIM现场演讲


De Rooij博士在根据AirFuel Class 4标准、可对负载提供最大33 W的功率的高度共振无线电源系统中、工作在6.78 MHz频率下,采用不同的差分模式Class E和ZVS Class D放大器拓扑结构,取得不同的实验验证结果,可让工程师作出比较。


以下是Michael与《电子工程专辑》总分析师于上海举行的PCIM 2017研讨会后的对话。


分析师:你们有没有进一步开发基于氮化镓技术的集成电路?
Michael de Rooij:有的。我们的全新集成电路系列加入了新成员-- EPC2111氮化镓半桥功率晶体管,它可以帮助工程师提高整个负载点系统应用的效率,在14A、12V转到1.8V、5MHz开关时实现超过85%效率,以及在10MHz开关时实现超过80%效率。



分析师:氮化镓技术是否主要应用于射频、电源供电的领域?

Michael de Rooij:不是的。氮化镓可以应用于其它很多的领域,例如由于氮化镓技术大大提升分辨率(resolution),从而推动了近来热门的激光雷达(LiDAR)系统的发展。



分析师:氮化镓场效应晶体管( GaN FET)替代MOSFET的优势是什么? 在性能及成本上的比较如何?
Michael de Rooij:与MOSFET相比,氮化镓场效应晶体管可以使得转换器在更高的频率下工作和实现更高的效率。结果是实现小型化转换器,从而可以提高性能及降低成本。



分析师:基于氮化镓技术的无线充电产品的下一步发展路线图是什么?
Michael de Rooij:氮化镓技术已经被证实为可以在高度共振无线充电应用中比MOSFET的性能更优越。氮化镓晶体管可以提高无线功率转换器的功率,从而实现从无线充电到无线供电。这样,无线电源可以覆盖更大的面积,例如办公室的桌面可以对笔记本电脑、电脑显示器、桌灯及手机进行无线充电/供电。



分析师:你认为氮化镓基的无线充电系统何时会真正普及化?为什么会普及化?业界有不同的意见认为无线充电还有很多障碍需要跨越。
Michael de Rooij:无线充电的普及是一个过程,而在这个过程中,我们需要跨越很多在技术和条例限制方面所遇到的障碍。由于无线充电非常方便,它的发展是必然的。要待更多制造商制造更多使用无线充电的产品后,普及化会加速。正如我们已经看到,Dell在2017年1月宣布他们将于7月推出配备无线充电功能的笔记本电脑。此外,多间公司正在生产信用卡大小的无线电源接受器,可安装于 你的手机上。

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