Una visió general de la tecnologia de càrrega sense fils

La càrrega sense fils és el procés de recarregar dispositius electrònics amb bateria sense connectar-los directament mitjançant cables i cables a una font d’energia. El procés ofereix als usuaris la llibertat de carregar el telèfon en moviment sense necessitat de connectar-lo a la presa de corrent. Això significa que els telèfons intel·ligents i altres dispositius habilitats per a la càrrega sense fils es poden carregar simplement col·locant-los en una taula de centre, per exemple, o fins i tot es poden carregar màquines més complexes, com els cotxes elèctrics, simplement aparcant-los al garatge o carregant la carretera sense fils. Elimina tots els problemes de seguretat associats a la càrrega basada en cables i obre la porta a un nou tipus de llibertat per als usuaris.

La càrrega sense fils es remunta a finals del 1800, quan Nikola Tesla va desenvolupar la bobina de tesla que suposadament ajudava a transmetre energia sense fils, mentre que l’experiment no va aconseguir l’objectiu en aquell moment, va provocar interès en el camp i hi va començar a treballar molta més gent. la idea. El 2006, el MIT va començar a provar l’ús d’acoblaments ressonants per transmetre gran quantitat d’energia i això va obrir el camí a algunes de les grans tecnologies de càrrega sense fils que existeixen actualment. Podeu consultar aquest experiment per construir una bobina Mini Tesla per transmetre energia sense fils.

Com funciona la transmissió d'energia sense fils

De vegades, la càrrega sense fils es coneix com a càrrega inductiva perquè es basa en el principi d’inducció electromagnètica. Igual que el sistema de comunicació sense fils, la càrrega sense fils s’aconsegueix mitjançant l’acció d’un transmissor i receptor d’energia sense fils. El transmissor de càrrega sense fils que normalment es coneix com a estació de càrrega està connectat a una presa de corrent i transmet l’energia que es subministra a través de la presa de corrent al receptor, que sempre està connectat al dispositiu a carregar i que es troba molt a prop de l’estació de càrrega sense fils.

A continuació es mostra un diagrama de blocs per descriure els components d’un sistema de càrrega sense fils i del procés de càrrega:

Com s’ha esmentat anteriorment, la càrrega sense fils s’aprofita pel principi d’inducció magnètica que s’utilitza en transformadors, generadors i motors d’energia elèctrica, de manera que el pas del corrent elèctric a través d’una bobina provoca un canvi del camp magnètic al voltant d’aquesta bobina que indueix un corrent en una altra bobina acoblada. Aquest és el principi darrere de la transferència d’energia elèctrica entre la bobina primària i la secundària d’un transformador elèctric tot i que semblin aïllades elèctricament. En la càrrega sense fils, cadascun dels components (el transmissor i el receptor) que componen el sistema posseeixen una bobina. La bobina del transmissor es pot comparar amb la bobina primària, mentre que la bobina del receptor es pot comparar amb la bobina secundària d’un transformador de potència elèctrica. Quan una estació de recàrrega està connectada a la font d'alimentació de CA,la potència subministrada es rectifica a CC mitjançant el sistema de rectificació després del qual el sistema de commutació es fa càrrec. La raó del canvi és poder generar el flux magnètic canviant necessari per induir càrregues a la bobina del receptor.

La bobina del receptor recull la potència entrant i la transmet al circuit receptor que converteix la potència entrant a CC i després aplica la potència rebuda per carregar la bateria.

Com s'ha establert anteriorment, la transferència de potència es produeix quan el flux magnètic, creat mitjançant l'establiment d'un camp magnètic altern a la bobina del transmissor, es converteix en un corrent elèctric a la bobina del receptor. La quantitat de corrent elèctric generat depèn de la quantitat de flux generat pel transmissor i de la quantitat d'aquest flux que la bobina del receptor va ser capaç de captar. La quantitat de flux que capta el receptor depèn del "factor d'acoblament" que està determinat per la mida, la distància i el posicionament de la bobina del receptor en relació amb la bobina del transmissor. Això significa que un factor d’acoblament més alt donarà lloc a una transferència d’energia més gran. Per augmentar les possibilitats d’un factor d’acoblament més elevat, algunes estacions de càrrega sense fils estan dissenyades amb diverses bobines de transmissor, com es mostra a la imatge següent.

Normes de càrrega sense fils

Les normes de càrrega sense fils fan referència al conjunt de normes que regulen el disseny i el desenvolupament de dispositius sense fils. Actualment, hi ha dos estàndards industrials diferents per a la càrrega sense fils promoguts per diferents organismes.

1. Estàndard Rezence

2. Estàndard QI

L' estàndard Rezence es basa en una càrrega inductiva ressonant, de manera que la càrrega es produeix quan les bobines del transmissor i del receptor estan en ressonància. Amb aquest estàndard, els dispositius poden aconseguir una distància més gran entre el transmissor i el receptor per carregar-se. Aquest estàndard està sent promogut per l'Aliança per a l'alimentació sense fils (A4WP).

L' estàndard QI, d'altra banda, aconsegueix una transferència d'energia sense fils mitjançant un acoblament estret entre les bobines i contra l' estàndard Rezence , la bobina del transmissor i del receptor sempre està dissenyada per funcionar a freqüències lleugerament diferents, ja que es creu que es proporciona més potència mitjançant aquesta configuració. L’estàndard QI està sent promogut pel consorci d’energia sense fils que inclou membres com Apple inc, Qualcomm i HTC per citar alguns.

Podeu seleccionar l'estàndard sense fils que millor s'adapti a la vostra aplicació tenint en compte els compromisos entre l'EMI, l'eficiència i la llibertat d'alineació entre els dos estàndards. No obstant això, algunes estacions de càrrega sense fils estan dissenyades per donar suport tant als estàndards, ja que proporcionen una alta interoperabilitat entre dispositius.

Disseny senzill de carregadors sense fils

Abans de construir un sistema de càrrega sense fils, s’ha de tenir en compte el següent.

1. Estàndard: en equipar un dispositiu amb capacitat de càrrega sense fils, el primer que cal fer és seleccionar l'estàndard de potència sense fils que s'adapti al dispositiu i als seus casos d'ús. Alguns sistemes de càrrega es basen en múltiples estàndards.

2. Selecció de bobines: el següent és seleccionar el tipus de bobina i la geometria de bobina adequades per adaptar-se al cas d’ús. Els proveïdors proporcionen aquestes bobines en indicadors estàndard, de manera que la selecció de l’adequada s’ha de basar en la recomanació de la fitxa tècnica de l’IC del transmissor de càrrega sense fils que s’ha d’utilitzar.

3. Tancament: en dissenyar sistemes sense fils, és important que la tanca dels dispositius no sigui metàl·lica i que tingui una superfície relativament plana per aconseguir un factor d’acoblament més alt entre el transmissor i el receptor. El metall impedeix efectivament que l'energia que es transmeti arribi al receptor i el recinte de plàstic ha de ser dissenyat per ser ultra prim.

Disseny de transmissor

El sistema de càrrega sense fils inclou tant el transmissor com el receptor, tal com s’ha dit anteriorment. A continuació es mostra l’ esquema que mostra el disseny d’un transmissor.

Hi ha tres components principals que formen el transmissor; la font d’energia, la bobina del transmissor i el circuit de commutació. La font d’energia sol ser de corrent continu procedent d’una CA rectificada. Després de la rectificació, el circuit de commutació s'utilitza per generar el senyal altern que s'utilitza en la creació del camp magnètic canviant per induir la transferència de corrent des del transmissor al receptor mitjançant la bobina del transmissor.

Disseny del receptor

El disseny del receptor és similar al del transmissor, tret que l’acció tingui lloc en ordre invers. El receptor està format per una bobina del receptor, una xarxa de ressonància i un rectificador i un CI de carregador que utilitza la sortida del circuit del rectificador per carregar la bateria connectada. A la imatge següent es mostra un exemple del circuit receptor amb les parts funcionals ressaltades. Aquest exemple es basa en l'IC de càrrega LTC4120.

Aplicacions

Actualment, la càrrega sense fils s’utilitza en moltes aplicacions, incloses:

1. Smartphones i portàtils
2. Quaderns i tauletes
3. Eines elèctriques i robots de servei, com ara les aspiradores
4. Multicopters i joguines elèctriques
5. Aparells mèdics
6. Càrrega al cotxe

A més de les fantàstiques raons per les quals hauríeu d’utilitzar la càrrega sense fils, com ara la necessitat d’endollar un dispositiu i els problemes de compatibilitat dels endolls, la càrrega sense fils proporciona seguretat davant de riscos relacionats amb la connexió directa a la xarxa elèctrica. A més, és fiable en entorns més durs, com ara la perforació i la mineria, i permet una càrrega ininterrompuda on-the-go. Finalment, la càrrega sense fils elimina els embolics i altres embolics creats pels cables. Només hem ratllat la cara de la càrrega sense fils amb diverses aplicacions novedoses; cada disseny de producte que es fa pensant en el futur hauria d’intentar incorporar la càrrega sense fils, ja que és sens dubte una de les maneres de carregar els dispositius amb bateria en un futur proper.