O prezentare generală a tehnologiei de încărcare fără fir

Încărcarea fără fir este procesul de reîncărcare a dispozitivelor electronice alimentate de la baterii fără a le lega direct folosind fire și cabluri la o sursă de alimentare. Procesul oferă utilizatorilor libertatea de a-și încărca telefonul din mers fără a fi nevoie să se conecteze la priza de curent. Aceasta înseamnă că smartphone-urile și alte dispozitive cu încărcare fără fir ar putea fi încărcate prin simpla plasare a acestora pe o măsuță de cafea, de exemplu, sau chiar și mașinile mai complexe, cum ar fi mașinile electrice, pot fi încărcate prin parcarea lor în garaj sau prin încărcarea fără fir a drumului. Elimină toate problemele de siguranță asociate cu încărcarea pe cablu și deschide ușa către un nou tip de libertate pentru utilizatori.

Încărcarea fără fir datează de la sfârșitul anilor 1800, când Nikola Tesla a dezvoltat bobina tesla care trebuia să ajute la transmiterea energiei fără fir, în timp ce experimentul nu a reușit să atingă scopul în acel moment, a stârnit interesul în domeniu și mult mai mulți oameni au început să lucreze la ideea. În 2006, MIT a început să testeze utilizarea cuplajelor rezonante pentru a transmite o cantitate mare de energie și acest lucru a deschis calea pentru unele dintre marile tehnologii de încărcare fără fir care există astăzi. Puteți verifica acest experiment pentru a construi o bobină Mini Tesla pentru a transmite puterea fără fir.

Cum funcționează transmisia wireless de energie

Încărcarea fără fir este uneori denumită încărcare inductivă, deoarece se bazează pe principiul inducției electromagnetice. La fel ca sistemul de comunicații fără fir, încărcarea fără fir se realizează prin acțiunea unui emițător și receptor wireless de energie. Transmițătorul de încărcare fără fir denumit de obicei stația de încărcare este atașat la o priză și transmite energia furnizată prin priză către receptor, care este întotdeauna atașat la dispozitivul de încărcat și plasat în imediata apropiere a stației de încărcare fără fir.

Mai jos este o diagramă bloc pentru a descrie componentele unui sistem de încărcare fără fir și procesul de încărcare:

După cum s-a menționat mai devreme, încărcarea fără fir se bazează pe principiul inducției magnetice utilizat în transformatoarele de energie electrică, generatoare și motoare, astfel încât trecerea curentului electric printr-o bobină provoacă un câmp magnetic în schimbare în jurul acelei bobine care induce un curent într-o altă bobină cuplată. Acesta este principiul din spatele transferului de energie electrică între bobina primară și secundară într-un transformator electric, chiar dacă acestea par izolate electric. În încărcarea fără fir, fiecare dintre componentele (emițătorul și receptorul) care alcătuiesc sistemul posedă o bobină. Bobina transmițătorului poate fi asemănată cu bobina primară, în timp ce bobina receptorului poate fi asemănată cu bobina secundară a unui transformator de putere electrică. Când o stație de încărcare este conectată la sursa de alimentare CA,puterea furnizată este rectificată la curent continuu de către sistemul redresor, după care sistemul de comutare preia. Motivul comutării este acela de a putea genera fluxul magnetic în schimbare necesar pentru a induce sarcini în bobina receptorului.

Bobina receptorului colectează puterea de intrare și o transmite circuitului receptorului, care convertește puterea de intrare în CC și apoi aplică puterea primită pentru a încărca bateria.

După cum sa stabilit mai sus, transferul de putere are loc atunci când fluxul magnetic, creat prin stabilirea unui câmp magnetic alternativ în bobina emițătorului, este transformat într-un curent electric în bobina receptorului. Cantitatea de curent electric generată depinde de cantitatea de flux generată de emițător și de cât din fluxul respectiv a putut capta bobina receptorului. Cantitatea de flux captată de receptor depinde de „factorul de cuplare” care este determinat de dimensiunea, distanța și poziționarea bobinei receptorului în raport cu bobina emițătorului. Aceasta înseamnă că un factor de cuplare mai mare va duce la un transfer mai mare de energie. Pentru a crește șansele unui factor de cuplare mai mare, anumite stații de încărcare fără fir sunt proiectate cu mai multe bobine ale emițătorului, așa cum se arată în imaginea de mai jos.

Standarde de încărcare wireless

Standardele de încărcare fără fir se referă la setul de reguli care guvernează proiectarea și dezvoltarea dispozitivelor fără fir. În prezent, există două standarde industriale diferite pentru încărcarea fără fir, promovate de către diferite organisme.

1. Rezence Standard

2. Standard QI

Standardul Rezence se bazează pe o încărcare inductivă rezonantă, astfel încât încărcarea are loc atunci când atât bobinele emițătorului, cât și receptorul sunt în rezonanță. Cu acest standard, dispozitivele pot atinge o distanță mai mare între emițător și receptor pentru încărcare. Acest standard este promovat de Alianța pentru energie fără fir (A4WP).

Standardul QI, pe de altă parte, realizează transferul de energie fără fir utilizând cuplarea strânsă între bobine și în raport cu standardul Rezence , transmițătorul și bobina receptorului sunt întotdeauna proiectate să funcționeze la frecvențe ușor diferite, deoarece se crede că este furnizată mai multă putere folosind această configurare. QI Standard este promovat de consorțiul de energie fără fir, care include membri precum Apple inc, Qualcomm, HTC pentru a menționa câțiva.

Puteți selecta standardul wireless care se potrivește cel mai bine aplicației dvs., luând în considerare compromisurile dintre EMI, eficiență și libertatea de aliniere între cele două standarde. Cu toate acestea, anumite stații de încărcare fără fir sunt proiectate să susțină ambele standarde, acestea asigurând o interoperabilitate ridicată între dispozitive.

Design simplu de set de încărcătoare wireless

Înainte de a construi un sistem de încărcare fără fir, trebuie luate în considerare următoarele.

1. Standard: Când echipați un dispozitiv cu abilități de încărcare fără fir, primul lucru de făcut este să selectați standardul de alimentare fără fir care se potrivește dispozitivului și cazurilor sale de utilizare. Anumite sisteme de încărcare se bazează pe mai multe standarde.

2. Selectarea bobinei: Următorul lucru este selectarea tipului de bobină și a geometriei bobinei potrivite pentru cazul de utilizare. Furnizorii furnizează aceste bobine în indicatoare standard, astfel încât selectarea corespunzătoare ar trebui să se bazeze pe recomandarea fișei tehnice a IC-ului transmițătorului de încărcare fără fir care urmează să fie utilizat.

3. Carcasă: la proiectarea sistemelor fără fir, este important ca carcasa dispozitivelor să nu fie metalică și să aibă o suprafață relativ plană pentru a obține un factor de cuplare mai mare între emițător și receptor. Metalul împiedică efectiv transmiterea energiei să ajungă la receptor, iar carcasa din plastic trebuie să fie proiectată pentru a fi ultra-subțire.

Proiectarea emițătorului

Sistemul de încărcare fără fir cuprinde atât emițătorul, cât și receptorul, așa cum am menționat anterior. Mai jos este schema care arată proiectarea unui emițător.

Există trei componente principale care alcătuiesc emițătorul; sursa de alimentare, bobina emițător și circuitul de comutare. Sursa de alimentare este de obicei DC de la un CA rectificat. După rectificare, circuitul de comutare este utilizat pentru a genera semnalul alternativ utilizat la crearea câmpului magnetic în schimbare pentru a induce transferul de curent de la transmițător la receptor prin intermediul bobinei transmițătorului.

Proiectarea receptorului

Designul receptorului este similar cu cel al emițătorului, cu excepția faptului că acțiunea are loc în ordine inversă. Receptorul este format dintr-o bobină a receptorului, o rețea de rezonanță și un redresor și un încărcător IC care utilizează ieșirea circuitului redresor pentru a încărca bateria conectată. Un exemplu al circuitului receptorului este prezentat în imaginea de mai jos cu piesele funcționale Evidențiate. Acest exemplu se bazează pe IC-ul de încărcare LTC4120.

Aplicații

Încărcarea fără fir este utilizată în prezent în multe aplicații, inclusiv:

1. Smartphone-uri și portabile
2. Caiete și tablete
3. Unelte electrice și roboți de service, cum ar fi aspiratoarele
4. Multicoptere și jucării electrice
5. Dispozitive medicale
6. Încărcare în mașină

În plus față de motivele fanteziste pentru care ar trebui să utilizați încărcarea fără fir, cum ar fi necesitatea conectării unui dispozitiv și fără probleme de compatibilitate, încărcarea fără fir oferă siguranță împotriva pericolelor legate de conectarea directă la rețea. În plus, este fiabil în medii mai dure, cum ar fi forarea și exploatarea și permite o încărcare continuă fără probleme. În cele din urmă, încărcarea fără fir elimină încurcăturile și alte mizerie create de fire. Tocmai am zgâriat fața încărcării fără fir cu mai multe aplicații noi, fiecare design al produsului realizat cu viitorul în minte ar trebui să caute să încorporeze încărcarea fără fir, fiind cu siguranță unul dintre modurile în care vom încărca dispozitivele alimentate cu baterii în viitorul apropiat.