無線充電在技術行業中變得越來越普遍，提供了一種更方便的設備充電方式，而無需使用電纜或插頭。隨著技術的進步，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

無線充電主要有兩種類型：磁感應和磁共振。磁感應涉及使用線圈，該線圈產生電磁場，在位于設備內的另一個線圈中感應電流，從而提供電力。另一方面，磁共振使用多個線圈來產生共振電磁場，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備。無線充電背后的技術被稱為電磁感應。充電板或充電站包含一個線圈，當電流流過它時會產生磁場。當配備無線充電接收器的設備進入磁場范圍時，它會在設備內部的線圈中感應電流。然后可以使用該電流為設備的電池充電。

當設備放置在充電板或充電站上時，充電墊和設備之間的磁場會產生從充電板傳輸到設備的電磁場。然后將該電磁能轉換為電能，為設備中的電池充電。

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

基于氮化鎵的無線充電解決方案

GaN是一種寬帶隙（WBG）半導體，由于其獨特的電氣特性，在電力電子行業中越來越受歡迎。GaN功率器件在更高的電壓、更高的開關頻率和更高的溫度下工作，與傳統的硅基器件相比，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備和充電板本身。

與傳統的硅基器件相比，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，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備充電的用戶的理想選擇。

雖然這些無線充電技術主要用于智能手機、智能手表和筆記本電腦等消費電子產品，但它們也以無線充電板的形式用于汽車行業的電動汽車 （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。

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

氮化鎵熱化鎵提高效率

傳統的 Qi 無線充電在中等功率應用中使用 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）的有效性與發射和接收線圈的質量因數（Q1，Q2）呈負相關。

這些因素取決于頻率，最大Q因數在5-15 MHz范圍內達到。GaN HEMT的高頻開關功能使這種高效的高頻WPT成為可能，它具有許多優點，包括：

與傳統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天線和發射/接收組件（重量越輕，有利于電動汽車應用，如照明、電動座椅等車內充電），

較大的z軸分離可以將發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的充電盒內為電動工具充電，以及

它不加熱金屬物體。

更高效的氮化鎵WPT可以簡化現有應用，并啟用新應用。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WPT充電器相比，這些更高的功率可以大大減少充電時間。預計到100年，無人機電子交付市場以及專業或個人使用的機器人市場將超過2030億美元。基于GaN的WPT有望在該應用中發揮重要作用。

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，傳統的無線充電技術（尤其是基于 Qi 標準的技術）實際上僅適用于智能手機、可穿戴設備、醫療植入物和物聯網 （IoT） 設備等小型設備。此外，這些技術不僅會產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保。

目前可用的大多數無線充電也是笨重、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設計的復雜性，整個轉換過程需要五個階段。應該指出的是，效率在不能滿負荷運轉的情況下迅速下降。

例如，Eggtronic創建了E2WAT無線電力傳輸架構，以解決傳統方法的缺點。E2WATT結合了電源和無線充電器，基于專利感應技術，是一種基于GaN的解決方案。該技術依靠獲得專利的拓撲結構來實現零電壓開關和零電流開關無線電力傳輸，從而將轉換級的數量減少到兩個。

審核編輯 黃宇