如果諧振無線電力傳輸 (WPT) 系統(tǒng)要實現(xiàn)其為電動汽車和其他大功率應(yīng)用充電的承諾，則必須首先圓滿解決工程問題。
    優(yōu)化諧振 WPT 系統(tǒng)性能的挑戰(zhàn)之一是確保始終為發(fā)射機電力電子設(shè)備提供相對恒定的負(fù)載阻抗。例如，當(dāng)接收器到發(fā)射器的距離發(fā)生變化時，或者當(dāng)信號路徑中出現(xiàn)障礙物時，就會發(fā)生阻抗變化。
    已經(jīng)開發(fā)出技術(shù)來解決這個問題，包括大的直流/偏置電源要求、復(fù)雜的偏置電路和大尺寸。一種新方法在阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中使用微機電系統(tǒng) (MEMS) 接觸開關(guān)，與這些方法相比具有優(yōu)勢且沒有局限性。
    有多種方法可以將能量從發(fā)射器無線傳輸?shù)浇邮掌?，選擇使用哪一種在很大程度上取決于應(yīng)用程序的需求。下面是對無線供電的一些不同方法的快速概覽，以及對基于 MEMS 的技術(shù)的討論。
    非常遠(yuǎn)距離的傳輸通常通過使用輻射電磁傳輸以電方式實現(xiàn)，或者通過使用激光以光學(xué)方式實現(xiàn)。雖然這些技術(shù)可以提供高效率，但它們需要復(fù)雜的接收器跟蹤以及發(fā)射器和接收器之間的暢通路徑。
    為了限度地提高諧振 WPT 系統(tǒng)的位置自由度，需要進行動態(tài)阻抗匹配。對于在高頻 (HF) 頻段運行的 WPT 解決方案，應(yīng)對可變阻抗控制挑戰(zhàn)的一些選項包括 PIN 二極管、變?nèi)荻O管和簧片繼電器。然而，這些技術(shù)具有不同的缺點，從復(fù)雜的偏置要求到低射頻 (RF) 功率處理。

    在這里，我們描述了一種用于 WPT 應(yīng)用的 MEMS 高功率六通道開關(guān)，它提供高通道密度、超低寄生效應(yīng)和極高的功率處理能力，避免了一些阻礙其他 WPT 解決方案的缺點。

    加工能力和冶金技術(shù)的進步使得能夠制造出將金屬觸點的導(dǎo)通導(dǎo)電性和穩(wěn)定的機械性能相結(jié)合的新器件，有效地消除了阻礙 MEMS 開關(guān)進入市場的長期存在的大規(guī)模生產(chǎn)性和長期可靠性問題市場。Menlo Microsystems將這些設(shè)備稱為數(shù)字微動開關(guān) (DMS)；我們在此討論的特定 DMS 是MM3100。
    這種 MEMS 開關(guān)的驅(qū)動機制類似于機電繼電器，因為它打開和關(guān)閉以建立接觸，但處于微觀水平。與機電繼電器相比，這些設(shè)備的開關(guān)速度快 1,000 倍（不到 10 ?s），而且尺寸只是其一小部分。
    它具有極低的插入損耗（導(dǎo)通電阻可配置為從 0.4Ω 低至小??于 0.1Ω），即使非常小，也可以處理數(shù)百瓦的射頻功率和數(shù)百伏的電壓。該器件還使用靜電開關(guān)控制，具有非常低的直流電源要求，并且在穩(wěn)態(tài)保持操作中需要偏置且無電流消耗。
    為了評估此開關(guān)在 WPT 阻抗匹配應(yīng)用中的性能，Menlo Microsystems 和Solace Power創(chuàng)建了與 Solace 的 Equus 系統(tǒng)電氣相似的電路和環(huán)境。Solace WPT 方法采用獲得的諧振電容耦合技術(shù)，可在固定或可變距離場景中以 13.56 MHz 傳輸高達 150 W 的射頻功率。
    圖 2典型的 Equus 系統(tǒng)顯示了 MEMS 開關(guān)的位置。
    通過將諧振器定位在所需的間隔，然后改變可變電容器分支 1 和 2，并在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量得到的輸入阻抗，為每個諧振器位移和相應(yīng)的負(fù)載阻抗找到阻抗匹配（反射系數(shù)）直到獲得匹配。
    在測試工作范圍內(nèi)驗證良好的阻抗匹配后，執(zhí)行功率測試以通過向網(wǎng)絡(luò)注入 75 W 射頻功率來評估 MM3100 開關(guān)的功率處理能力。由于這些分支上的電壓必須保持在 MEMS 開關(guān)的額定電壓以下，因此使用示波器測量兩個可變電容器分支上的電壓，并將結(jié)果與??通過建模獲得的結(jié)果進行比較。對于每個諧振器位移，應(yīng)用可變電容器組合，并通過測量輸入電壓和電流來監(jiān)控輸入 RF 功率。事實證明，所有諧振器分離的實際結(jié)果與模型結(jié)果幾乎相同。
    任何 WPT 系統(tǒng)中的一個重要考慮因素是獲得的端到端效率，原因從監(jiān)管要求到熱管理不等。因此，還測量了所提出的阻抗匹配解決方案的效率，并將其與建模結(jié)果進行了比較。匹配網(wǎng)絡(luò)中的主要損耗源是網(wǎng)絡(luò)電感器的有效串聯(lián)電阻 (ESR)。每個電感器的損耗取決于 ESR 和流經(jīng)電感器的電流。
    總而言之，應(yīng)用于簡單阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的 MEMS 開關(guān)證明了其能夠在 100 至 200 毫米的諧振器對之間的距離上轉(zhuǎn)換 Solace Equus 諧振電容耦合 WPT 系統(tǒng)中典型的寬而變化的阻抗范圍. MM3100 可承受 75 W 的發(fā)射功率水平和 141 Vrms 的電壓，因為開關(guān)本身可以承受高功率和電壓水平。對阻抗匹配精度、器件支路電壓和射頻效率進行了測量，結(jié)果與根據(jù)模型計算得出的結(jié)果非常吻合。該解決方案在壞情況下測得的 RF 效率超過 95%，而在條件下則超過 97%。