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無線功率傳輸

研究動機
擺脫有線的束縛,一直是無線科技界進化的動力。在現今電子產品中,所有功能皆已無線化,僅存傳輸電力需仰賴導線,實現此一目標,才是真正全無線設備。針對各式設備對無線功率傳輸的不同需求,包括近、中、長距離,大、中、小功率,低、中、高頻率,已完成符合規格的解決方案,並架構與實測應用在手機、電腦、照明、太陽能集電板、電動車與生醫電子感測器等無線功率傳輸系統。過去無線電力傳送的效率,僅有10%~20%的程度,到2013年,效率已可實現到70%的水準,有效充電距離也有所增長。

研究目標
對各式前瞻無線功率傳輸系統之發射、傳送與接收領域,建立如下四大核心技術並相互結合,以設計高效能及低成本的下一世代無線傳能系統。

研究方向
1. 電路模組
包括Power transmitting模組,設計適用於AC 110V 60Hz市電系統先行以實體模組的設計可以在現有的建築電力線基礎建置,提供無需另外配線的解決方案。Power transmission and receiving晶片,研究晶片設計的架構,採用TSMC CMOS技術T25HV製程完成傳送及接收晶片之設計。DC-DC converter晶片,針對不同負載,設計提供相對應的晶片以因應不同充電電壓和電流。
2. 收發天線
針對不同系統需求的傳輸距離、操作頻率與充電功率,採用加強電磁交互作用的人造週期性表面,完成磁力線集中軸向且不會外洩的迴路式天線,降低人體吸收率的手持式設備縮小型天線,與高增益且高指向性的可適性天線陣列,以增加所需距離與提升功率轉換效率。
3. 系統整合
考慮送受電力設備間的控制詢答所需的微控制電路單元(MCU),收發狀態因外界條件變動而減損的動態特性補償電路(Adaptive Compensation Circuit),以及設計便攜性佳的多變性機械組合的無線充電系統。
4. 電磁輻射量測與防範
在高功率無線功率傳輸情形下,人體暴露在各種不同頻段的電磁輻射危害依舊令人憂心,且人體吸收率相關的量測環境也仍未建置。故設計操作在無線功率傳輸頻段與功率下的人體組織液與電磁場探針,以達到International Commission onNon-Ionizing Radiation Protection等國際組織的規範,並提供自電路至系統等級的電磁輻射防範對策。