Eggtronic 为电动汽车提供基于 GaN 的无线交流传输技术

Eggtronic 宣布推出 E 2 WATT，这是一种新的专利交流无线电力混合技术，旨在提高家用电器甚至汽车无线充电应用的功率和效率。Eggtronic 首席执行官兼创始人 Igor Spinella 在接受《电力电子报》采访时指出，该技术由 GaN 半桥和 dsPIC33 微控制器支持，并融合了传统电源适配器和 Qi 无线发射器，确保提高效率以克服齐标准的难点。  

传统 Qi 无线电源受距离（通常为 5 毫米）和最大功率（通常高达 30 W）的限制。Qi 标准要考虑的另一个方面是过热：在快速充电一段时间后，热保护被激活，从而停止充电。“我们的解决方案以正确的方式引导磁场，不仅避免了 Qi 标准的过热问题，而且还提供了与未经 Qi 认证的新 Apple 12 的兼容性，从而不仅为汽车、也适用于消费者应用，”Igor Spinella 说。

Spinella 指出，带有 AC 输入的新混合技术不需要 AC/DC 适配器，可在高达 300 W 的功率和 40 毫米的距离下实现高达 95% 的效率，同时由于 GaN 技术的支持而减小了整体尺寸。“功率可以按比例放大，再现电动汽车充电等大规模应用的适用性。在 10 毫米的距离内实现了 95%，这是我们使用 Qi 标准所能实现的两倍，而 Qi 标准在 5 毫米处的效率通常不超过 70%，代表了电感标准的真正突破，”Spinella 说。

齐标准

用于无线电力传输的 Qi 系统由两个基本模块组成，即基站和移动设备，如图 1 所示。基站包括一个或多个能够提供无线电力传输的功率发射器，原则上由电源转换单元和控制和通信单元。各个子系统具有模拟功能，负责驱动一个称为初级线圈的线圈；和数字功能，负责控制电力传输过程并与系统的其他部分进行通信。 

图 1：典型的无线充电系统使用发射器中的初级线圈和接收器中的次级线圈之间的磁耦合来传输电力和交换数据（来源：意法半导体）

移动设备包括单个功率接收器，该功率接收器又由功率收集单元和控制和通信单元组成。在与变送器相同的级别上，我们有一个模拟性质的子系统和另一个用于过程优化的数字子系统。从基站到移动设备的实际功率传输显然是通过两个初级和次级线圈之间的电感耦合实现的：一旦靠近，这些线圈就会在空气中产生一个谐振变压器，谐振频率约为 100 kHz . 这种电力传输还由系统逻辑持续监控和控制，以根据设备自身的当前状态（例如，电池充电过程的完成）施加不同的电力需求。

该技术目前支持高达 30 W 的无线电力传输，工作频率为 100-200 kHz，距离最远为 5 mm。

E 2 WATT技术

Eggtronic 成立于 2012 年，拥有约 200 项专利，专注于能量转换和无线电能。多年来，它已经能够通过电感和电容解决方案将其专业知识用于各种消费类解决方案：Eggtronic 已经从风险投资公司筹集了超过 2000 万美元，并且几周前欧洲投资银行 (EIB) 成为新闻正在考虑向 Eggtronic 提供 1500 万美元的贷款。“在Qi标准的基础上，我们已经服务于很多汽车企业。最近，我们决定提高解决方案的集成度，以推出能够提高性能和功能的专有标准。因此，我们开发了自己的 ASIC，完全由我们设计并由台积电制造，”Spinella 说。

E 2 WATT 是 Eggtronic 的最新无线技术（图 2）；它直接由交流电源供电，无需外部电源。它是一种混合无线交流电源解决方案，既是电源又是无线充电器。“我们的目标是获得一种比同等有线电源装置更好的产品。从排放和安全的角度来看，它被认证为电源，当然它是一种无线电力传输技术，”Spinella 说。

Ë 2WATT 专注于 Navitas 的 GaN 技术，从而突出了硅要达到一定水平的困难。硅的问题在于开关频率：你被限制在 100 kHz 左右，如果你试图更努力地驱动它，你会得到热量、复杂性和无法管理的成本。然后还有低频磁场的问题，它不够快，当你试图以这种速度驾驶时，它们会变得太慢。许多人使用会引入大量开关损耗的“硬开关”拓扑，当您增加频率时，由于寄生电感增加，效率会下降。此外，旧拓扑和传统控制 IC 的运行速度不够快。所以，第一步是解决开关问题——通过GaN技术。Navitas 的 GaNFast 解决方案包括一个 GaN 开关——一种场效应晶体管 (FET)——以及与 GaN 功率器件集成在同一芯片上的单片集成模拟驱动电路和数字逻辑电路。GaNFast 电源 IC 的额定频率为 2 MHz。高速运行显着降低了快速充电系统的功率转换的尺寸和成本。

除了 GaN 技术，Microchip Technology 的 dsPIC33 微控制器带有 u 核 DSP、高速 ADC 和高分辨率 PWM，使 E 2 WATT 系统的数字架构能够提供传输的反馈控制，同时优化充电距离。Spinella 指出，由于其专有的接收器技术，该平台能够显着降低接收器温度。 

图 2：E 2 WATT 效率（来源：Eggtronic）

图 3：E 2 WATT 技术框图（来源：Eggtronic）

“图 3 显示了 E 2瓦。在发射器中，逻辑功能是将来自电网的交流电转换为另一种交流频率以激活线圈。底座则是 Navitas 的半桥电路，用于刺激 LC 槽，这与 Qi 标准相同。专有架构允许直接高输入电压，无需串联 AC/DC 转换器，并在不使用谐振 LC 槽的情况下实现零电压开关 (ZVS)，确保在各种负载条件下实现 ZVS ，允许从轻载到满载的连续控制，而无需使用突发模式，”Spinella 说。ZVS 可显着降低关断时的电容性开关损耗并降低导通时的开关损耗。它消除了电容导通损耗。适用于高频操作。

在次级侧，Spinella 强调接收器既可以作为整流器，也可以作为非耗散调节器；这是通过控制输送到负载的有功功率与反射到初级侧的无功功率之间的比率来实现的。“无线系统（发射器和接收器）中的无功功率被最小化，这要归功于第二个控制回路，确保系统中的无功能量最小，”Spinella 说。

无可否认，无线充电比有线充电更快、更容易、更方便。但是，不仅要考虑效率，还要考虑热性能，大多数开发人员将其视为次要设计考虑因素，以便将他们的产品更快地推向市场。电动汽车是大型能源存储，能够以更少的充电频率提供更多电力是支持电动汽车出现的短期目标。电池尺寸越大，电流和产生热量的速率就越高。将技术集成到电动汽车中，并在城市周围和车主家中战略性地安装充电平台，可以在一定程度上消除连接车辆充电的需要。

审核编辑 黄昊宇