无线电力传输的直观创新，第 1 部分

每当一项新技术开始起飞时，都会不可避免地围绕它展开一系列活动——就像今天的无线电力传输 (WPT) 一样。它可以同时令人鼓舞、有趣和有趣。大大小小的公司争相参与新的淘金热。

大多数第一波求财者最终都会被淘汰。他们将追随施乐(以太网、鼠标和激光打印机的发明者)、Commodore(家用电脑)、Olivetti(有史以来第一台个人电脑)、Atari(视频游戏机)、Palm(便携式无线设备)和 IBM(个人电脑)进入落日。这些公司尽管规模和资源曾经令人生畏，但未能适应或理解创新的本质。历史将再次重演——再次提醒培育新技术：这与投资规模无关，或“走紧船”;这与外包、削减成本、裁员、最低报价、14 纳米晶圆、“智囊团”、“作战室”、物流甚至传统规划无关。这是关于创新: 纯粹而简单。不幸的是，它 并没有整齐地包装在一个棕色纸板箱中，由 OnTrac 送货上门。否则我们都会变得富有，哈!

史蒂夫乔布斯正确地宣称：“创新与你拥有多少研发资金无关。当苹果推出 Mac 时，IBM在研发上的支出至少增加了 100 倍…… 这是关于 你拥有的人，你是如何被领导的，以及你得到了多少”。再加上爱因斯坦令人难忘的话：“逻辑将带你从 A 到 B。想象力将带你到任何地方”。而据被认为是逻辑大师的爱因斯坦所说，发展想象力的关键不是逻辑。他一直坚持：“唯一真正有价值的是直觉”。这就是我们今天所需要的，以提升到 WPT 的下一步。这场比赛的获胜者，最终将主宰 WPT 的人，将是用乔布斯的话来说，最终“得到它”的少数人——而且足够早。当然不是那些创建筒仓网络的人，他们相信它以某种方式体现了企业效率，并不可避免地会打开通往创新、繁荣和不朽的闪亮之门。没有那么快的克星!

对于试图在 WPT 中取得快速进展的潜在创新者来说，最好的前进方式之一似乎是将来自类似或“相关”技术领域的现有概念应用于新成熟的领域。诚然，这有时可能会 奏效。至少过了一半!

例如，精明但不一定经验丰富的系统工程师可能会认识到，LLC 拓扑中的大多数概念都可以轻松应用于无线电力传输。它们实际上是相同的 拓扑。你只需要(理性地)连接这些点来解决这个问题。这位作者早在 2013 年 10 月就通过电子邮件报告了这种一对一的等价关系，这可能是有史以来的第一次。然后，在 2014 年年中，再次通过公司技术讲座。最后在今年年初的 ISSCC 2015 上。但有人真的在听吗?

这有助于强调一个事实，即相关领域的“先前经验”可能对我们有利，也可能对 我们不利!它可以产生一种奇怪的直觉反应——一种条件反射、不假思索、毫无疑问的反应。这不仅可以来自我们内部，也可以来自我们周围的其他人。但最终还是一样的结果!从长远来看，我们都需要一定的文化心态才能真正促进和培育创新。

我们需要面对的基本问题是：像WPT这样的新领域真的没有经验丰富的工程师! 当 WPT 本身只有几年的历史时，你不能到处寻找具有 4-6 年 WPT 经验的人!但有些人正是这样做的，相当令人惊讶。嗯!

无论如何，当这些中坚分子最终加入时，你可能会开始很快意识到，他们的标题“经验年限”越多，他们就越不可能像乔布斯深情假设或希望的那样“得到它”。确实是有条件的反应——现在只是更多的条件反射，完全没有反应：没有任何脉搏!当基于数十年的经典电源管理经验时，这一点变得越来越明显，该公司的关键工程领导几乎不言自明地提出：“在 WPT 中，整体系统效率随着开关频率的增加而降低”，大概是由于更高的开关/交叉/过渡损失。是的，在传统的电源转换中确实如此。但我们很快就会看到，在 WPT 中情况正好相反!

营销团队可以预见地完成这一切。很快，您可能会开始看到“令人兴奋的”WPT 芯片路线图随处可见，并指出：“到 2017 年，我们新的 WPT 接收器芯片将消除开关损耗，这要归功于台积电的新亚微米工艺”。是的，直接从 +0 到 -0!极好的!

不过，情况并非完全没有希望。例如，如果工程主管至少在一天内坚持做工程师，并戴上合适的帽子并前往实验室进行更改，他们可能很快就会发现：在 WPT 中，效率随着开关频率的增加而降低减少!

原因是我们现在处于一个奇怪的谐振系统新世界 ，其本质上具有微不足道的交叉损耗——利用软转换概念，如 ZCS(零电流开关)和 ZVS(零电压开关)——如果执行得当当然。因此，在较低频率下，我们有更高的循环电流——仅仅是因为导通时间更长，并且允许磁化电流分量在每个周期进一步上升——从而获得更高的 RMS 值。因此，在低频下会有更高的 I 2 R(欧姆)损耗，而不是像飘逸的白胡子如此令人信服地宣称的那样。这几乎就像一个反向开关损耗，具有反向频率依赖性，但令人惊讶的是，它基于传导损耗，我们一直认为它与频率无关。有趣的!

我们过去的经验或由此产生的任何直觉都无法让我们为此做好准备。谁会本能地认为我们实际上可以达到更高的频率并提高效率?这似乎违背了“常识”，对吧?嗯，这是 LLC 和 WPT 的勇敢新世界。爱它或离开它!

爱因斯坦显然诙谐地喊道：“如果事实不符合理论，那就改变事实”。

那么，我们现在是否应该方便地说：初级应用程序的家伙很烂?仔细想想，他的数据总是很可疑!下一次，请让我们雇用更有 经验的人!我们可以对视的人!哎呀!

拼命追逐耦合

在世界的另一个地方，一位“经验丰富的系统设计师”可能正在努力工作，他的任务是让 WPT 系统效率超过 90%。整整一年过去了，在此期间，他一直在巧妙地创造出可以最好地描述为带有线圈的铁氧体车把。是的，要放在每一部手机里面!哦真的吗?它将如何适应?但显然，这家伙 100% 致力于增加 WPT 发射器和接收器之间的耦合。他的后天直觉告诉他，糟糕的耦合是WPT效率仍然很低的原因。嗯!事实上，这实际上是一个普遍的误解。不能只怪他!

健全性检查怎么样?确凿的事实如下：典型的 AC-DC 反激式使用具有 99% 耦合(1% 泄漏)的变压器，效率大致达到 78%。LLC 变压器具有 10-30% 的泄漏(耦合低至 60%)，并且通常立即获得超过 90% 的效率。那么，耦合是真正的问题吗? 逻辑?

回到我们高中的物理课上，我们了解到能量永远不会在纯电抗中丢失。它只能存储。是的，如果我们不知道如何使用该能量，或者如何回收它，我们将自愿或非自愿地将其耗散在寄生电阻中，这肯定会影响效率。

现在，我们不要忘记漏感也是电抗，因此，根据定义，我们也不能在其中损失能量。因此，耦合本身不是问题。不是直接的。事实上，在 LLC/WPT 等谐振系统中，我们实际上利用漏电感来发挥我们的优势，将未使用的存储能量推回直流电源轨。那么，对我们有用的东西怎么会同时对我们不利呢?好吧，理论上，我们恢复了泄漏中存在的所有能量!在实践中，由于没有完美的回收过程，我们确实会在寄生电阻(包括二极管压降等)中损失一小部分存储的能量。但这要怪基尔霍夫。它不应该掩盖我们真正的 需要做的是提高效率。