Pregled tehnologije bežičnog punjenja

Bežično punjenje postupak je punjenja elektroničkih uređaja na baterije bez izravnog povezivanja pomoću žica i kabela s izvorom napajanja. Postupak daje korisnicima slobodu punjenja telefona u pokretu, bez potrebe za uključivanjem u električnu utičnicu. To znači da se pametni telefoni i drugi uređaji s omogućenim bežičnim punjenjem mogu puniti jednostavnim postavljanjem na stolić, na primjer, ili čak i složeniji strojevi poput električnih automobila, punjenjem jednostavnim parkiranjem u garaži ili putem s bežičnim punjenjem. Eliminira sve sigurnosne probleme povezane s punjenjem putem kabela i korisnicima otvara vrata prema novoj vrsti slobode.

Bežično punjenje datira iz kasnih 1800-ih kada je Nikola Tesla razvio tesla zavojnicu koja je trebala pomoći bežičnom prijenosu snage, dok eksperiment nije uspio postići tadašnji cilj, izazvao je zanimanje na terenu i puno više ljudi počelo je raditi na tome ideja. 2006. godine MIT je počeo testirati upotrebu rezonantnih sprega za prijenos velike količine energije, što je otvorilo put nekim od sjajnih tehnologija bežičnog punjenja koje danas postoje. Možete pogledati ovaj eksperiment za izgradnju zavojnice Mini Tesla za bežični prijenos snage.

Kako radi bežični prijenos snage

Bežično punjenje ponekad se naziva i induktivno punjenje jer se temelji na principu elektromagnetske indukcije. Baš kao i bežični komunikacijski sustav, bežično punjenje postiže se djelovanjem bežičnog odašiljača i prijemnika energije. Bežični odašiljač punjenja koji se obično naziva stanica za punjenje priključen je na utičnicu i prenosi energiju koja se isporučuje preko utičnice na prijemnik koji je uvijek pričvršćen na uređaj za punjenje i smješten u neposrednoj blizini bežične stanice za punjenje.

Ispod je blok dijagram koji opisuje komponente bežičnog sustava punjenja i postupak punjenja:

Kao što je ranije spomenuto, bežično punjenje koristi se principom magnetske indukcije koji se koristi u elektroenergetskim transformatorima, generatorima i motorima, tako da prolazak električne struje kroz zavojnicu uzrokuje promjenjivo magnetsko polje oko te zavojnice što inducira struju u drugoj spojenoj zavojnici. To je princip prijenosa električne energije između primarne i sekundarne zavojnice u električnom transformatoru, iako se čine električno izoliranima. U bežičnom punjenju svaka od komponenata (odašiljač i prijamnik) koje čine sustav posjeduje zavojnicu. Zavojnica odašiljača može se usporediti s primarnom zavojnicom, dok se zavojnica prijemnika može usporediti sa sekundarnom zavojnicom električnog transformatora. Kad je stanica za punjenje priključena na izmjeničnu struju,isporučena snaga se ispravljačkim sustavom ispravlja na istosmjernu struju nakon čega preuzima sklopni sustav. Razlog prebacivanja je mogućnost generiranja promjenjivog magnetskog toka potrebnog za indukciju naboja u zavojnici prijemnika.

Zavojnica prijemnika sakuplja dolaznu snagu i predaje je na krug prijemnika koji pretvara dolaznu snagu u istosmjernu, a zatim primljenu snagu primjenjuje za punjenje baterije.

Kao što je gore utvrđeno, prijenos snage događa se kada se magnetski tok, stvoren uspostavljanjem izmjeničnog magnetskog polja u zavojnici odašiljača, pretvori u električnu struju u zavojnici prijemnika. Količina generirane električne struje ovisi o količini fluksa koju generira odašiljač i o tome koliki je dio fluksa prijemnička zavojnica uspjela uhvatiti. Količina protoka koju prijemnik zahvati ovisi o "faktoru spajanja" koji se određuje veličinom, udaljenostom i položajem zavojnice prijemnika u odnosu na zavojnicu odašiljača. To znači da će veći faktor spajanja rezultirati većim prijenosom energije. Kako bi se povećale šanse za veći faktor spajanja, određene su bežične stanice za punjenje dizajnirane s više zavojnica odašiljača kao što je prikazano na donjoj slici.

Standardi bežičnog punjenja

Standardi bežičnog punjenja odnose se na skup pravila koja uređuju dizajn i razvoj bežičnih uređaja. Trenutno postoje dva različita industrijska standarda za bežično punjenje koja promoviraju različita tijela.

1. Rezence Standard

2. QI standard

Standard Rezence temelji se na rezonantnom induktivnom punjenju tako da se punjenje događa kada su i zavojnice odašiljača i prijemnika u rezonanciji. Ovim standardom uređaji mogu postići veću udaljenost između predajnika i prijemnika za punjenje. Ovaj standard promovira Savez za bežično napajanje (A4WP).

S druge strane, QI standard postiže bežični prijenos energije pomoću čvrstog spajanja zavojnica, a u odnosu na Rezence standard, zavojnica odašiljača i prijemnika uvijek je dizajnirana za rad na malo drugačijim frekvencijama, jer se vjeruje da se više snage isporučuje pomoću ovog podešavanja. Standard QI promovira bežični konzorcij za napajanje koji uključuje članove kao što su Apple inc, Qualcomm i HTC, da spomenemo nekoliko.

Možete odabrati bežični standard koji najbolje odgovara vašoj aplikaciji uzimajući u obzir kompromise između EMI-ja, učinkovitosti i slobode usklađivanja između dva standarda. Ipak, određene su bežične stanice za punjenje dizajnirane da podržavaju oba standarda, a one pružaju visoku interoperabilnost između uređaja.

Jednostavni dizajn bežičnog punjača

Prije izrade bežičnog sustava punjenja treba uzeti u obzir sljedeće.

1. Standardno: Kada opremite uređaj s mogućnostima bežičnog punjenja, prvo što treba učiniti je odabrati standard bežičnog napajanja koji odgovara uređaju i slučajevima njegove upotrebe. Određeni sustav punjenja temelji se na višestrukim standardima.

2. Odabir zavojnice: Sljedeća stvar je odabir odgovarajućeg tipa zavojnice i geometrije zavojnice koji odgovaraju primjenu. Dobavljači nude ove zavojnice u standardnim mjernim uređajima, pa bi se odabir prikladnih trebao temeljiti na preporuci lista s podacima o bežičnom punjenju IC koji će se koristiti.

3. Kućište: Pri dizajniranju bežičnih sustava važno je da kućište uređaja nije metalno i da je relativno ravne površine kako bi se postigao veći faktor spajanja između odašiljača i prijamnika. Metal učinkovito sprječava da energija koja se prenosi prelazi u prijemnik, a plastično kućište mora biti dizajnirano da bude izuzetno tanko.

Dizajn odašiljača

Sustav bežičnog punjenja sastoji se i od odašiljača i prijamnika kako je ranije rečeno. Ispod je shema koja prikazuje dizajn odašiljača.

Tri su glavne komponente koje čine odašiljač; izvor napajanja, predajnik svitak i sklopke. Izvor napajanja je obično istosmjerni od ispravljenog izmjeničnog napona. Nakon ispravljanja komutacijski krug koristi se za generiranje izmjeničnog signala koji se koristi u stvaranju promjenjivog magnetskog polja za indukciju prijenosa struje od odašiljača do prijamnika preko zavojnice odašiljača.

Dizajn prijamnika

Dizajn prijemnika sličan je dizajnu odašiljača, osim što se radnja odvija obrnutim redoslijedom. Prijemnik se sastoji od zavojnice prijemnika, rezonancijske mreže i ispravljača i IC punjača koji koristi izlaz ispravljačkog kruga za punjenje priključene baterije. Primjer sklopa prijemnika prikazan je na donjoj slici s istaknutim funkcionalnim dijelovima. Ovaj se primjer temelji na LTC4120 IC-u za punjenje.

Prijave

Bežično punjenje trenutno se koristi u mnogim aplikacijama, uključujući:

1. Pametni telefoni i nosivi
2. Bilježnice i tableti
3. Električni alati i servisni roboti, poput usisavača
4. Multicopteri i električne igračke
5. Medicinski uređaji
6. Punjenje u automobilu

Uz neobične razloge zašto biste trebali koristiti bežično punjenje, poput potrebe za priključivanjem uređaja i problema s kompatibilnošću utikača, bežično punjenje osigurava sigurnost od opasnosti povezanih s izravnim spajanjem na električnu mrežu. Nadalje, pouzdan je u surovim okruženjima, poput bušenja i kopanja, te omogućuje besprijekorno punjenje u pokretu. Napokon, bežično punjenje eliminira zapetljavanje i ostale nerede koje stvaraju žice. Tek smo izgrebali lice bežičnog punjenja s nekoliko novih aplikacija, a svaki dizajn proizvoda koji se radi s obzirom na budućnost trebao bi težiti da se bežično punjenje ugradi kao zasigurno jedan od načina na koji ćemo u bliskoj budućnosti napuniti uređaje na baterije.