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基于 ST 宽禁带（WBG）器件（GaN/SiC）的高压无线供电（WPT）方案，以 LCC-S 拓扑为核心，结合 MasterGaN 模块与 STM32G474 控制器，实现输入最高 400V、输出 100V/3A+、传输距离达 15cm 的 300W + 级无线供电，峰值效率超 96%，适配电动汽车、工业设备、无人机等高压高功率场景，解决传统无线供电功率低、距离近、电压受限的痛点。
资料获取：基于ST宽禁带器件的高压无线供电方案介绍
1. 核心定位：高压高功率无线供电的突破方案
该方案的核心价值在于 “高压适配 + 高功率传输 + 高空间自由度”，填补传统无线供电在中高压场景的空白：
- 电压突破：输入电压最高 400V DC，输出可达 100V DC，适配工业高压设备与 800V 车载平台；
- 功率升级：支持 300W~2.2kW 功率范围，满足从无人机充电到工业设备供电的多功率需求；
- 灵活传输：最长传输距离 15cm（Z 轴），空间自由度高，对耦合条件与负载变化敏感度低；
- 效率优势：宽负载区间效率保持 85%~96%，125kHz 频率下 300W 功率效率超 94%。
2. 核心方案组成：硬件架构与拓扑设计
2.1 高压无线发射器：LCC-S 拓扑 + 模块化设计
- 核心拓扑：采用 LCC-S 补偿网络，具备恒压输出特性，抗负载波动能力强，适配高压场景；
- 关键参数：输入电压≤400V DC，工作频率 110~150kHz，支持 DC-DC + 全桥 DC-AC 两级转换；
- 核心器件：
2.2 高压无线接收器：LC 串联谐振 + 同步降压
3. 宽禁带器件：方案高效的核心支撑
方案采用 GaN（氮化镓）与 SiC（碳化硅）宽禁带器件，相比传统硅器件优势显著：
3.1 器件选型与优势
- GaN 器件（MasterGaN 模块）：高频性能优异，导通电阻低，开关损耗小，适配 110~360kHz 高频工况，是 300W~500W 场景首选；
- SiC 器件（SCTL35N65G2V）：耐压性强（650V），热稳定性好，损耗比硅器件低 30% 以上，适配 1kW + 高功率场景；
- 对比优势：在 125kHz 频率下，GaN 方案效率比 SiC 方案高 2%~3%；360kHz 高频场景下，GaN 仍能保持 85% 以上效率，硅器件已无法稳定工作。
3.2 模块化设计优势
ST 提供 MasterGaN、SiC、超结 MOSFET 三种功率级子板，均为 37mm 标准尺寸，可快速替换适配不同功率场景：
- MasterGaN 子板（37x37mm）：集成 2 颗 GaN FET 与驱动，适配 300W~500W；
- SiC 子板（37x55mm）：2 颗 SiC MOSFET+STGAP2SICSN 驱动器，适配 1kW+；
- 超结 MOSFET 子板（37x37mm）：2 颗 STL33N60DM6+L6498LD 驱动器，适配中低压场景。
4. 软件与控制：STM32G474 的核心赋能
STM32G474 MCU 为方案提供高精准控制与丰富外设支持，简化系统设计：
4.1 硬件外设优势
- 模拟外设：5 个 ADC（4MSPS 采样率）、6 个运算放大器、7 个比较器，支持谐振电流、电压的快速采样与保护；
- 数字外设：12 通道高分辨率定时器（184ps 精度），适配高频 PWM 生成；DMA 缓冲采样数据，降低 CPU 负载；
- 通信支持：集成 BLE 接口，实现发射器与接收器的无线协商（如功率调节、状态反馈）。
4.2 软件架构设计
- 核心功能：包含 WPT 协议（ASK/FSK 调制解调）、功率控制策略、充电管理、FOD（异物检测）与 OV/OC/OT 保护；
- 分层设计：应用层→中间件→驱动器→STM32 HAL/LL 库，支持固件升级与参数配置，适配不同应用场景定制。
5. 性能表现与应用场景
5.1 关键测试结果
- 效率：400V 输入、100V 输出、8cm 传输距离下，300W 功率效率达 94%，500W 功率效率超 92%；
- 频率适配：110~150kHz 主流频率区间稳定工作，360kHz 高频下 300W 功率效率仍达 85%；
- 传输距离：Z 轴最长 15cm，满足工业设备、无人机等场景的非接触供电需求。
5.2 核心应用场景
- 工业设备：高压电机、传感器、工业机器人的无线供电，避免线缆磨损；
- 电动汽车：车载设备、充电桩的无线充电，适配 400V/800V 高压平台；
- 无人机：300W + 大功率无线充电，支持远距离快速补能；
- 特种场景：医疗设备、高压仪器的无接触供电，提升安全性。
6. ST 方案的核心优势
- 全器件生态：覆盖 GaN/SiC 功率器件、MCU、驱动器、辅助电源，一站式采购降低 BOM 成本；
- 成熟参考设计：提供 PE.SMW0038.23（200W + 发射器）、STEVAL-KiTXCBN（2.2kW 发射器）等评估套件，含硬件、固件与文档；
- 技术支持：经验丰富的 WPT 团队提供定制化服务，从方案选型到量产全链路赋能。
7. ST 高压无线供电（WPT）方案核心参数速查表
下表基于 ST 工业峰会文档，从拓扑选型、核心器件配置、关键电气参数、性能指标、适配场景五大维度，提炼 300W + 高压无线供电方案的关键参数与规则，所有数据均来自文档原文，助力快速匹配项目需求。
| 设计维度 | 关键参数 / 规则 | 具体值 / 配置示例 |
|---|---|---|
| 拓扑选型 | 1. LCC-S 拓扑（高压首选） 2. S-S 拓扑（中低压） 3. LCC-LCC 拓扑（超高功率） |
1. 特性：恒压输出（CV）、空间自由度高（Z≤15cm）、抗负载波动；参数：k=0.01~0.1、频率 110~150kHz 2. 特性：成本低、结构简单；参数：Z≤5cm、k=0.3~0.8、功率 5~300W 3. 特性：恒流输出（CC）、高功率；参数：功率 7~22kW、电压≤800V |
| 核心器件配置 | 发射器（Tx） 1. 功率器件 2. 控制器 3. 驱动器 / 辅助器件 接收器（Rx） 1. 功率器件 2. 控制器 3. 驱动器 / 辅助器件 |
发射器 1. MasterGaN1（集成 GaN FET + 驱动）、SCTL35N65G2V（SiC MOSFET） 2. STM32G474（170MHz Cortex-M4，184ps PWM） 3. LMV321 运放、BlueNRG-355 BLE、VIPER27HD 辅助电源 接收器 1. STB40NF20/STN4NF20L（MOSFET） 2. STM32G474（与 Tx 同源） 3. L6498D 驱动器、L7983 LDO、VIPER06XS 辅助电源 |
| 关键电气参数 | 1. 输入电压（Tx） 2. 输出电压（Rx） 3. 额定功率 4. 工作频率 5. 最大传输距离（Z 轴） 6. 模块尺寸 |
1. ≤400V DC（适配高压平台） 2. ≤100V DC（输出电流≥3A） 3. 300W~2.2kW（单模块） 4. 110~150kHz（主流）、360kHz（高频适配） 5. 15cm（LCC-S 拓扑）、5cm（S-S 拓扑） 6. 功率级子板：37×37mm（GaN / 超结 MOSFET）、37×55mm（SiC） |
| 性能指标 | 1. 峰值效率（400V 输入 / 100V 输出） 2. 不同功率下效率（125kHz） 3. 高频效率（360kHz） 4. 保护功能 |
1. >96%（Z=8cm，300W） 2. 500W：92%、300W：94%、100W：95% 3. 300W：85%（GaN 方案） 4. 过压（OV）、过流（OC）、过温（OT）、异物检测（FOD） |
| 适配场景 | 1. LCC-S 拓扑 2. S-S 拓扑 3. LCC-LCC 拓扑 4. 器件场景匹配 |
1. 电动汽车（车载供电）、工业设备（高压电机）、无人机（300W + 充电） 2. 中低压设备（5~300W）、消费电子3. 超高功率场景（7~22kW，如大型无人机、快充桩）4. GaN：300~500W 高频；SiC：1kW + 高压；超结 MOSFET：中低压替代 |
关键说明
- 拓扑选型优先级：高压高功率场景（≥300W、电压≥400V）优先选 LCC-S 拓扑，中低压小功率（≤300W）可选 S-S 拓扑，超高功率（≥1kW）可扩展 LCC-LCC 拓扑。
- 器件替换规则：功率级子板尺寸统一（37mm 基准），GaN/SiC/ 超结 MOSFET 模块可直接替换，仅需匹配对应驱动器（如 SiC 配 STGAP2SICSN，GaN 用 MasterGaN 集成驱动）。
- 效率优化建议：125kHz 为效率最优频率，360kHz 高频场景需选用 GaN 器件，避免硅器件损耗过高。
ST 基于宽禁带器件的高压无线供电方案，以 LCC-S 拓扑为核心，通过 GaN/SiC 器件与 STM32G474 的深度协同，实现了高压、高功率、高自由度的无线传输，效率与可靠性处于行业领先水平。其模块化设计与成熟生态，大幅降低了高压无线供电的开发门槛，是工业、车载、特种设备无线化升级的优选方案。
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