Обзор технологии беспроводной зарядки

Беспроводная зарядка - это процесс подзарядки электронных устройств с батарейным питанием без их прямого подключения с помощью проводов и кабелей к источнику питания. Этот процесс дает пользователям возможность заряжать телефон в пути без необходимости подключать его к розетке. Это означает, что смартфоны и другие устройства с беспроводной зарядкой можно заряжать, просто поместив их, например, на журнальный столик, или даже более сложные машины, такие как электромобили, можно заряжать, просто припарковав их в гараже или по дороге с беспроводной зарядкой. Это устраняет все проблемы безопасности, связанные с зарядкой через шнур, и открывает двери к новому виду свободы для пользователей.

Беспроводная зарядка восходит к концу 1800-х годов, когда Никола Тесла разработал катушку Тесла, которая должна была помочь передавать энергию по беспроводной сети, хотя эксперимент не смог достичь цели в то время, он вызвал интерес к этой области, и намного больше людей начали работать над идея. В 2006 году Массачусетский технологический институт начал тестирование использования резонансной связи для передачи большого количества энергии, и это проложило путь для некоторых из замечательных технологий беспроводной зарядки, существующих сегодня. Вы можете проверить этот эксперимент по созданию катушки Mini Tesla для беспроводной передачи энергии.

Как работает беспроводная передача энергии

Беспроводную зарядку иногда называют индуктивной зарядкой, потому что она основана на принципе электромагнитной индукции. Как и в системе беспроводной связи, беспроводная зарядка достигается за счет действия беспроводного передатчика и приемника энергии. Передатчик беспроводной зарядки, обычно называемый зарядной станцией, подключается к розетке и передает энергию, подаваемую через розетку, на приемник, который всегда прикреплен к заряжаемому устройству и размещен в непосредственной близости от станции беспроводной зарядки.

Ниже приведена блок-схема для описания компонентов системы беспроводной зарядки и процесса зарядки:

Как упоминалось ранее, в беспроводной зарядке используется принцип магнитной индукции, используемый в трансформаторах, генераторах и двигателях электроэнергии, так что прохождение электрического тока через катушку вызывает изменение магнитного поля вокруг этой катушки, которое индуцирует ток в другой связанной катушке. Это принцип передачи электроэнергии между первичной и вторичной обмотками электрического трансформатора, даже если они кажутся электрически изолированными. При беспроводной зарядке каждый из компонентов (передатчик и приемник), составляющих систему, имеет катушку. Катушку передатчика можно сравнить с первичной катушкой, а катушку приемника можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора электроэнергии. Когда зарядная станция подключена к источнику переменного тока,подаваемая мощность преобразуется в постоянный ток выпрямительной системой, после чего система переключения вступает во владение. Причина переключения заключается в том, чтобы иметь возможность генерировать изменяющийся магнитный поток, необходимый для наведения зарядов в катушке приемника.

Катушка приемника собирает входящую мощность и передает ее в схему приемника, которая преобразует входящую мощность в постоянный ток, а затем применяет полученную мощность для зарядки аккумулятора.

Как установлено выше, передача мощности происходит, когда магнитный поток, создаваемый путем создания переменного магнитного поля в катушке передатчика, преобразуется в электрический ток в катушке приемника. Количество генерируемого электрического тока зависит от количества потока, генерируемого передатчиком, и от того, сколько из этого потока катушка приемника смогла уловить. Величина потока, улавливаемого приемником, зависит от «коэффициента связи», который определяется размером, расстоянием и положением катушки приемника относительно катушки передатчика. Это означает, что более высокий коэффициент связи приведет к более высокой передаче энергии. Чтобы увеличить вероятность более высокого коэффициента связи, некоторые беспроводные зарядные станции разработаны с несколькими передающими катушками, как показано на изображении ниже.

Стандарты беспроводной зарядки

Стандарты беспроводной зарядки - это набор правил, регулирующих проектирование и разработку беспроводных устройств. В настоящее время существует два различных отраслевых стандарта беспроводной зарядки, которые продвигаются разными организациями.

1. Стандарт Rezence

2. Стандарт QI

Стандарт Rezence основан на резонансной индуктивной зарядке, так что зарядка происходит, когда катушки передатчика и приемника находятся в резонансе. С помощью этого стандарта устройства могут достигать большего расстояния между передатчиком и приемником для зарядки. Этот стандарт продвигается Альянсом беспроводного питания (A4WP).

Стандарт QI, с другой стороны, обеспечивает беспроводную передачу энергии с использованием плотной связи между катушками и в соответствии со стандартом Rezence , катушка передатчика и приемника всегда предназначены для работы на немного разных частотах, так как считается, что с помощью этой установки доставляется больше энергии. Стандарт QI продвигается консорциумом беспроводного питания, в который входят такие члены, как Apple inc, Qualcomm, HTC и многие другие.

Вы можете выбрать стандарт беспроводной связи, который лучше всего подходит для вашего приложения, учитывая компромисс между EMI, эффективностью и свободой согласования между двумя стандартами. Тем не менее, некоторые станции беспроводной зарядки предназначены для поддержки обоих стандартов, что обеспечивает высокую совместимость устройств.

Простая конструкция беспроводного зарядного устройства

Перед созданием системы беспроводной зарядки необходимо учесть следующее.

1. Стандарт: при оснащении устройства возможностью беспроводной зарядки первое, что нужно сделать, - это выбрать стандарт беспроводного питания, который соответствует устройству и вариантам его использования. Определенная система зарядки основана на нескольких стандартах.

2. Выбор катушки. Следующее, что нужно сделать, это выбрать правильный тип и геометрию катушки в соответствии с конкретным вариантом использования. Поставщики предоставляют эти катушки в стандартных калибрах, поэтому выбор подходящего должен основываться на рекомендациях, содержащихся в техническом описании ИС передатчика беспроводной зарядки, который будет использоваться.

3. Корпус. При проектировании беспроводных систем важно, чтобы корпуса устройств не были металлическими и имели относительно плоскую поверхность, чтобы обеспечить более высокий коэффициент связи между передатчиком и приемником. Металл эффективно предотвращает попадание передаваемой энергии на приемник, а пластиковый корпус должен быть ультратонким.

Конструкция передатчика

Как указано ранее, система беспроводной зарядки состоит из передатчика и приемника. Ниже представлена схема, показывающая конструкцию передатчика.

Передатчик состоит из трех основных компонентов; источник питания, катушка передатчика и схема коммутации. Источником питания обычно является постоянный ток от выпрямленного переменного тока. После выпрямления схема переключения используется для генерации переменного сигнала, используемого для создания изменяющегося магнитного поля, чтобы вызвать передачу тока от передатчика к приемнику через катушку передатчика.

Дизайн ресивера

Конструкция приемника аналогична конструкции передатчика, за исключением того, что действие происходит в обратном порядке. Приемник состоит из приемной катушки, резонансной сети, выпрямителя и зарядного устройства, использующего выход схемы выпрямителя для зарядки подключенной батареи. Пример схемы приемника показан на изображении ниже с выделенными функциональными частями. Этот пример основан на микросхеме зарядки LTC4120.

Приложения

Беспроводная зарядка в настоящее время используется во многих приложениях, включая:

1. Смартфоны и носимые устройства
2. Ноутбуки и планшеты
3. Электроинструменты и сервисные роботы, такие как пылесосы
4. Мультикоптеры и электрические игрушки
5. Медицинское оборудование
6. Зарядка в автомобиле

В дополнение к причудливым причинам, по которым вам следует использовать беспроводную зарядку, например, отсутствие необходимости подключать устройство и отсутствие проблем с совместимостью вилок, беспроводная зарядка обеспечивает безопасность от опасностей, связанных с подключением напрямую к сети. Кроме того, он надежен в суровых условиях, таких как бурение и добыча полезных ископаемых, и обеспечивает беспроблемную зарядку на ходу. Наконец, беспроводная зарядка исключает спутывание и другие беспорядки, создаваемые проводами. Мы только что поцарапали поверхность беспроводной зарядки с помощью нескольких новых приложений, каждый дизайн продукта, разрабатываемый с расчетом на будущее, должен включать беспроводную зарядку, поскольку это, безусловно, один из способов, которым мы будем заряжать устройства с батарейным питанием в ближайшем будущем.