ワイヤレス充電アプリケーションの電源設計要件

WPTは、多くのアプリケーションにおいて一般的な選択肢です。その人気はスマートフォンや電動歯ブラシといった、民生用電子機器にまで及びます。さらに 医療分野では、WPTはペースメーカーやインスリンポンプなどの埋め込み型デバイスに電力を供給する上で重要な役割を果たしています。産業部門もWPT技術の恩恵を受けており、電動工具や無人搬送車（AGV）などに内蔵されています。

WPTには、図1に示すように、送信コイルと受信コイルが必要です。電力は、送信機と受信機の間の磁場を使用してワイヤレスで転送されます。

送信側では、DC入力電源は通常、ハーフブリッジまたはフルブリッジトポロジに供給され、DC-ACパワーインバータに電力を供給します。インバータは、LC直列共振タンクを使用して交流磁場を生成し、受信機に電力を送信します。受信側では、直列共振コンポーネントが入力磁場を電流に変換し、ハイパワー整流器がAC電流をDC電圧に変換します。出力レギュレータは、負荷に安定したDC電圧を供給するために使用されます。

コイルの構成は、アプリケーションや電力結合のタイプによって大きく異なり、共振型および非共振型の誘導結合が一般的に使用されます。

コンシューマー向けWPT技術は、誘導充電に関する関連業界標準に準拠しています。ワイヤレスパワーコンソーシアム（WPC）のQi（「チー」と発音）システムは高効率ですが、送信コイルと受信コイルの位置合わせが必要です。競合するAirFuel Alliance規格では、調整済みコイルを使用した磁気共鳴電力伝送が採用されており、位置ずれの影響を受けにくく、数メートルまでの長距離をサポートします。

QiシステムとAirFuelシステムには他にも大きな違いがあります。例えば、Qiワイヤレス充電規格の周波数帯は、低電力アプリケーション（5W）では110～205kHz、中電力アプリケーション（最大120W）では80～300kHzです。AirFuel仕様では、6.78MHzというより高い周波数が使用されます。

送信コイルと受信コイルの設計、距離、配置は、WPT設計の効率において重要な役割を果たします。電動歯ブラシなどの最も単純な低電力WPTアプリケーションでは、送信コイルと受信コイルの相対位置は厳密に制御されますが、高電力システムではより大きなばらつきが生じます。

図2は、送信コイルと受信コイルの間のさまざまな位置ずれが効率に与える影響を示しています。