Prehľad technológie bezdrôtového nabíjania

Bezdrôtové nabíjanie je proces nabíjania elektronických zariadení napájaných z batérie bez ich priameho uviazania pomocou drôtov a káblov k zdroju napájania. Tento proces poskytuje používateľom slobodu nabíjania telefónu na cestách bez nutnosti pripájania k elektrickej zásuvke. To znamená, že smartfóny a ďalšie zariadenia s povoleným bezdrôtovým nabíjaním je možné nabíjať jednoduchým umiestnením napríklad na konferenčný stolík, alebo je možné nabíjať aj zložitejšie stroje, ako sú napríklad elektromobily, ktoré sa dajú jednoducho zaparkovať v garáži alebo na ceste s bezdrôtovým nabíjaním. Eliminuje všetky bezpečnostné problémy spojené s nabíjaním pomocou kábla a otvára používateľom dvere k novému druhu slobody.

Bezdrôtové nabíjanie sa datuje na koniec 19. storočia, keď Nikola Tesla vyvinul Teslovu cievku, ktorá mala pomáhať bezdrôtovo prenášať energiu, zatiaľ čo experiment nedokázal dosiahnuť cieľ v danom čase, vzbudil záujem o túto oblasť a na práci začalo pracovať oveľa viac ľudí. nápad. V roku 2006 spoločnosť MIT začala testovať použitie rezonančnej väzby na prenos veľkého množstva energie, čo vydláždilo cestu niektorým z vynikajúcich technológií bezdrôtového nabíjania, ktoré dnes existujú. Tento experiment môžete vyskúšať, aby ste zostavili cievku Mini Tesla na bezdrôtový prenos energie.

Ako funguje bezdrôtový prenos energie

Bezdrôtové nabíjanie sa niekedy označuje ako indukčné nabíjanie, pretože je založené na princípe elektromagnetickej indukcie. Rovnako ako bezdrôtový komunikačný systém, aj bezdrôtové nabíjanie sa dosahuje pôsobením bezdrôtového vysielača a prijímača energie. Bezdrôtový nabíjací vysielač, ktorý sa zvyčajne označuje ako nabíjacia stanica, je pripojený k elektrickej zásuvke a prenáša energiu dodávanú cez zásuvku do prijímača, ktorý je vždy pripojený k nabíjanému zariadeniu a je umiestnený v tesnej blízkosti bezdrôtovej nabíjacej stanice.

Ďalej je uvedená bloková schéma, ktorá popisuje komponenty bezdrôtového nabíjacieho systému a proces nabíjania:

Ako už bolo spomenuté, bezdrôtové nabíjanie využíva princíp magnetickej indukcie, ktorý sa používa v transformátoroch, generátoroch a motoroch elektrickej energie, takže prechod elektrického prúdu cez cievku spôsobuje meniace sa magnetické pole okolo tejto cievky, ktoré indukuje prúd v inej prepojenej cievke. Toto je princíp prenosu elektrickej energie medzi primárnou a sekundárnou cievkou v elektrickom transformátore, aj keď sa zdajú byť elektricky izolované. Pri bezdrôtovom nabíjaní má každá z komponentov (vysielač a prijímač), ktoré tvoria systém, cievku. Cievku vysielača možno prirovnať k primárnej cievke, zatiaľ čo cievku prijímača možno prirovnať k sekundárnej cievke transformátora elektrickej energie. Keď je nabíjacia stanica pripojená k zdroju striedavého prúdu,dodávaná energia je usmerňovaná na jednosmerný prúd usmerňovacím systémom, po ktorom prevezme spínací systém. Dôvodom prepínania je schopnosť generovať meniaci sa magnetický tok potrebný na vyvolanie nábojov v cievke prijímača.

Cievka prijímača zhromažďuje prichádzajúci výkon a odovzdáva ho obvodu prijímača, ktorý prevádza prichádzajúci výkon na jednosmerný prúd a potom použije prijatý výkon na nabitie batérie.

Ako je stanovené vyššie, k prenosu energie dochádza, keď sa magnetický tok, vytvorený vytvorením striedavého magnetického poľa v cievke vysielača, prevedie na elektrický prúd v cievke prijímača. Množstvo generovaného elektrického prúdu závisí od množstva toku generovaného vysielačom a od toho, aký tok bola schopná zachytiť cievka prijímača. Množstvo toku, ktoré prijímač zachytí, závisí od „faktora spojenia“, ktorý je určený veľkosťou, vzdialenosťou a umiestnením prijímacej cievky vzhľadom na vysielaciu cievku. To znamená, že vyšší väzbový faktor bude mať za následok vyšší prenos energie. Na zvýšenie šancí na vyšší faktor spojenia sú niektoré bezdrôtové nabíjacie stanice navrhnuté s viacerými cievkami vysielača, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Normy bezdrôtového nabíjania

Normy bezdrôtového nabíjania odkazujú na súbor pravidiel, ktorými sa riadi dizajn a vývoj bezdrôtových zariadení. V súčasnosti existujú dva rôzne priemyselné štandardy bezdrôtového nabíjania, ktoré presadzujú rôzne orgány.

1. Rezencia Standard

2. Štandard QI

Rezence norma vychádza z rezonančného indukčné nabíjanie, takže nabíjanie nastane, keď obaja vysielača a prijímacie cievky sú v rezonancii. Pomocou tohto štandardu môžu zariadenia dosiahnuť väčšiu vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom na nabíjanie. Tento štandard presadzuje Aliancia pre bezdrôtové napájanie (A4WP).

Štandard QI na druhej strane dosahuje bezdrôtový prenos energie pomocou tesného spojenia medzi cievkami a proti štandardu Rezence sú vysielacia a prijímacia cievka vždy navrhnuté tak, aby fungovali na mierne odlišných frekvenciách, pretože sa predpokladá, že pomocou tohto nastavenia sa dodáva viac energie. Štandard QI presadzuje konzorcium pre bezdrôtové napájanie, ktoré zahŕňa členov ako Apple inc, Qualcomm, HTC, aby sme spomenuli niekoľko.

Môžete si zvoliť bezdrôtový štandard, ktorý najlepšie vyhovuje vašej aplikácii, a to zvážením kompromisov medzi EMI, efektívnosti a slobody zosúladenia medzi týmito dvoma štandardmi. Niektoré bezdrôtové nabíjacie stanice sú napriek tomu navrhnuté tak, aby podporovali obidva štandardy, ktoré poskytujú vysokú interoperabilitu medzi zariadeniami.

Jednoduchý návrh bezdrôtovej nabíjačky

Pred vybudovaním bezdrôtového nabíjacieho systému by ste mali vziať do úvahy nasledujúce skutočnosti.

1. Štandard: Pri vybavení zariadenia schopnosťami bezdrôtového nabíjania je potrebné najskôr zvoliť štandard bezdrôtového napájania, ktorý vyhovuje zariadeniu a jeho prípadom použitia. Určitý systém nabíjania je založený na viacerých štandardoch.

2. Výber cievky: Ďalšou vecou je výber správneho typu cievky a geometrie cievky tak, aby vyhovoval použitému prípadu. Predajcovia dodávajú tieto cievky v štandardných meradlách, takže výber vhodných by mal byť založený na odporúčaní údajového listu bezdrôtového nabíjacieho vysielača IC, ktorý sa má použiť.

3. Kryt: Pri navrhovaní bezdrôtových systémov je dôležité, aby kryt zariadení nebol kovový a aby mal relatívne rovný povrch, aby sa dosiahol vyšší faktor väzby medzi vysielačom a prijímačom. Kov účinne bráni prenosu energie do prijímača a plastový kryt musí byť navrhnutý tak, aby bol ultratenký.

Dizajn vysielača

Bezdrôtový nabíjací systém sa skladá z vysielača aj prijímača, ako už bolo uvedené vyššie. Ďalej je uvedená schéma ukazujúca konštrukciu vysielača.

Vysielač tvoria tri hlavné komponenty; zdroj energie, cievka vysielače a spínacie obvod. Zdroj energie je zvyčajne jednosmerný prúd z usmerneného striedavého prúdu. Po usmernení sa spínací obvod použije na generovanie striedavého signálu použitého pri vytváraní meniaceho sa magnetického poľa na indukovanie prenosu prúdu z vysielača do prijímača cez cievku vysielača.

Dizajn prijímača

Dizajn prijímača je podobný ako vo vysielači, ibaže dej sa deje v opačnom poradí. Prijímač sa skladá z cievky prijímača, rezonančnej siete a usmerňovača a nabíjačky IC, ktorá využíva výstup obvodu usmerňovača na nabíjanie pripojenej batérie. Príklad obvodu prijímača je znázornený na obrázku nižšie s funkčnými časťami Highlighted. Tento príklad je založený na IC nabíjania LTC4120.

Aplikácie

Bezdrôtové nabíjanie sa v súčasnosti používa v mnohých aplikáciách vrátane:

1. Smartfóny a nositeľné
2. Notebooky a tablety
3. Elektrické náradie a servisné roboty, napríklad vysávače
4. Multikoptéry a elektrické hračky
5. Zdravotnícke prístroje
6. Nabíjanie do auta

Okrem efektných dôvodov, prečo by ste mali používať bezdrôtové nabíjanie, ako napríklad nie je potrebné pripájať zariadenie a problémy s kompatibilitou konektorov, poskytuje bezdrôtové nabíjanie ochranu pred rizikami spojenými s priamym pripojením k elektrickej sieti. Je navyše spoľahlivý v drsnejších prostrediach, ako sú vŕtanie a ťažba, a umožňuje plynulé nabíjanie na cestách. Bezdrôtové nabíjanie nakoniec eliminuje zamotanie a ďalší neporiadok vytváraný vodičmi. Iba sme poškriabali tvár bezdrôtového nabíjania niekoľkými novými aplikáciami, pričom každý dizajn produktu, ktorý sa má robiť s ohľadom na budúcnosť, by sa mal usilovať o začlenenie bezdrôtového nabíjania, čo je určite jeden zo spôsobov, ako budeme v najbližšej budúcnosti nabíjať zariadenia napájané z batérie.