Огляд технології бездротової зарядки

Бездротова зарядка - це процес перезарядки електронних пристроїв, що живляться від акумулятора, без безпосереднього прив’язки їх за допомогою проводів і кабелів до джерела живлення. Процес надає користувачам свободу заряджати телефон у дорозі, не потребуючи підключення до розетки. Це означає, що смартфони та інші пристрої з можливістю бездротової зарядки можна заряджати, просто розмістивши їх на журнальному столику, наприклад, або навіть більш складні машини, такі як електромобілі, можна зарядити, просто поставивши їх у гараж або за допомогою бездротової зарядки на дорозі. Це усуває всі проблеми безпеки, пов'язані із заряджанням на основі кабелю, і відкриває двері для нового виду свободи для користувачів.

Бездротова зарядка бере свій початок з кінця 1800-х років, коли Нікола Тесла розробив котушку tesla, яка повинна була допомогти передавати потужність бездротовим шляхом, хоча експеримент не вдалося досягти мети на той час, це викликало інтерес до галузі, і набагато більше людей почали працювати Ідея. У 2006 році MIT розпочав випробування використання резонансного зв'язку для передачі великої кількості енергії, і це відкрило шлях деяким великим технологіям бездротової зарядки, які існують сьогодні. Ви можете перевірити цей експеримент, щоб побудувати котушку Mini Tesla для бездротової передачі потужності.

Як працює бездротова передача енергії

Бездротову зарядку іноді називають індуктивною зарядкою, оскільки вона заснована на принципі електромагнітної індукції. Як і система бездротового зв'язку, бездротова зарядка досягається дією бездротового передавача та приймача енергії. Бездротовий передавальний зарядний пристрій, який зазвичай називають зарядною станцією, приєднується до розетки та передає енергію, що подається через розетку, до приймача, який завжди приєднаний до пристрою для зарядки та розміщений у безпосередній близькості від бездротової зарядної станції.

Нижче наведена блок-схема для опису компонентів бездротової системи зарядки та процесу зарядки:

Як вже згадувалося раніше, бездротова зарядка використовує принцип магнітної індукції, що використовується в трансформаторах електроенергії, генераторах і двигунах, так що проходження електричного струму через котушку викликає змінне магнітне поле навколо цієї котушки, що індукує струм в іншій пов'язаній котушці. Це є принципом передачі електричної енергії між первинною та вторинною котушкою в електричному трансформаторі, навіть якщо вони здаються електрично ізольованими. При бездротовій зарядці кожен із компонентів (передавач і приймач), що входять до складу системи, має котушку. Котушку передавача можна уподібнити первинній котушці, тоді як приймальну котушку можна порівняти з вторинною котушкою трансформатора електроенергії. Коли зарядну станцію підключено до джерела змінного струму,подане живлення випрямляльною системою випрямляється на постійний струм, після чого перемикається система комутації. Причиною перемикання є можливість генерувати мінливий магнітний потік, необхідний для індукції зарядів в котушці приймача.

Котушка приймача збирає вхідну потужність і передає її в схему приймача, яка перетворює вхідну потужність в постійний, а потім подає отриману потужність для зарядки акумулятора.

Як встановлено вище, передача потужності відбувається, коли магнітний потік, створений шляхом встановлення змінного магнітного поля в котушці передавача, перетворюється в електричний струм в котушці приймача. Величина електричного струму, що генерується, залежить від величини потоку, що генерується передавачем, і від того, яку частину потоку змогла вловити котушка приймача. Величина потоку, яку вловлює приймач, залежить від “коефіцієнта зв’язку”, який визначається розміром, відстанню та розташуванням котушки приймача щодо котушки передавача. Це означає, що більш високий коефіцієнт зв’язку призведе до вищої передачі енергії. Щоб збільшити шанси на вищий коефіцієнт зв'язку, певні бездротові зарядні станції розроблені з кількома котушками передавача, як показано на малюнку нижче.

Стандарти бездротової зарядки

Стандарти бездротової зарядки посилаються на набір правил, що регулюють розробку та розробку бездротових пристроїв. В даний час існують два різні галузеві стандарти бездротової зарядки, які просуваються різними органами.

1. Rezence Standard

2. Стандарт QI

Стандарт Rezence базується на резонансній індуктивній зарядці, така що зарядка відбувається, коли і котушки передавача, і приймача знаходяться в резонансі. За допомогою цього стандарту пристрої можуть досягти більшої відстані між передавачем і приймачем для зарядки. Цей стандарт просувається Альянсом з бездротового живлення (A4WP).

З іншого боку, стандарт QI забезпечує бездротову передачу енергії за допомогою щільного зчеплення між котушками, а в порівнянні зі стандартом Rezence котушка передавача та приймача завжди розроблена для роботи на дещо інших частотах, оскільки вважається, що за допомогою цієї установки забезпечується більша потужність. Стандарт QI просувається консорціумом бездротового живлення, до складу якого входять такі члени, як Apple inc, Qualcomm, HTC.

Ви можете вибрати стандарт бездротової мережі, який найкраще відповідає вашому застосуванню, врахувавши компроміси між EMI, ефективністю та свободою узгодження цих двох стандартів. Тим не менше, певні бездротові зарядні станції розроблені для підтримки обох стандартів, вони забезпечують високу взаємодію між пристроями.

Простий бездротовий зарядний пристрій

Перш ніж будувати систему бездротової зарядки, слід врахувати наступне.

1. Стандарт. Оснащуючи пристрій можливостями бездротової зарядки, першим ділом потрібно вибрати стандарт бездротового живлення, який відповідає пристрою та його випадкам використання. Деякі зарядні системи базуються на багатьох стандартах.

2. Вибір котушки: Наступна річ - вибір правильного типу котушки та геометрії котушки відповідно до випадку використання. Постачальники постачають ці котушки у стандартних датчиках, тому вибір відповідних повинен ґрунтуватися на рекомендаціях таблиці даних бездротового зарядного передавача IC, який буде використовуватися.

3. Корпус: При проектуванні бездротових систем важливо, щоб корпус пристроїв не був металевим і мав відносно рівну поверхню, щоб досягти більш високого коефіцієнта зв'язку між передавачем і приймачем. Метал ефективно запобігає надходженню енергії, яка передається до приймача, і пластиковий корпус повинен бути спроектований ультратонким.

Дизайн передавача

Система бездротової зарядки включає як передавач, так і приймач, як було зазначено раніше. Нижче наведена схема, що демонструє конструкцію передавача.

Є три основні компоненти, що складають передавач; джерело живлення, котушка передавача і схема комутації. Зазвичай джерелом живлення є постійний струм від випрямленого змінного струму. Після випрямлення комутаційна схема використовується для генерації змінного сигналу, що використовується при створенні мінливого магнітного поля для індукції передачі струму від передавача до приймача через котушку передавача.

Дизайн приймача

Конструкція приймача подібна до конструкції передавача, за винятком того, що дія відбувається в зворотному порядку. Приймач складається з котушки приймача, резонансної мережі та випрямляча та зарядної мікросхеми, яка використовує вихідний сигнал випрямної схеми для зарядки підключеної батареї. Приклад схеми приймача показано на малюнку нижче із виділеними функціональними частинами. Цей приклад заснований на зарядній мікросхемі LTC4120.

Програми

В даний час бездротова зарядка використовується в багатьох додатках, включаючи:

1. Смартфони та носяться
2. Зошити та планшети
3. Електричні інструменти та робочі роботи, такі як пилососи
4. Мультикоптери та електричні іграшки
5. Медичні вироби
6. Автомобільна зарядка

На додаток до вигадливих причин, чому вам слід використовувати бездротову зарядку, як-от відсутність необхідності підключати пристрій та проблеми зі сумісністю штекерів, бездротова зарядка забезпечує захист від небезпек, пов’язаних із безпосереднім підключенням до електромережі. Крім того, він надійний у суворих умовах, таких як буріння та видобуток корисних копалин, і забезпечує безперебійну зарядку в дорозі. Нарешті, бездротова зарядка усуває заплутаність та інший безлад, що створюється дротами. Ми лише щойно подряпали обличчя бездротової зарядки кількома новими програмами, кожен дизайн продукту, який робиться з урахуванням майбутнього, повинен прагнути включити бездротову зарядку, як це, безумовно, один із способів заряджати пристрої від акумулятора найближчим часом.