Преглед на технологията за безжично зареждане

Безжичното зареждане е процес на презареждане на захранвани от батерии електронни устройства, без да ги свързвате директно с помощта на проводници и кабели към източник на захранване. Процесът дава на потребителите свободата да зареждат телефона си в движение, без да е необходимо да го включват в контакта. Това означава, че смартфоните и други устройства с възможност за безжично зареждане могат да се зареждат, като просто се поставят на масичка за кафе например или дори по-сложни машини като електрически автомобили могат да се зареждат, като просто се паркират в гаража или чрез път с активирано безжично зареждане. Той елиминира всички проблеми с безопасността, свързани с зареждане на базата на кабел и отваря врата за нов вид свобода за потребителите.

Безжичното зареждане датира от края на 1800-те, когато Никола Тесла разработва намотката tesla, която трябваше да помага за безжично предаване на мощност, докато експериментът не успя да постигне целта по това време, предизвика интерес към полето и много повече хора започнаха да работят по идеята. През 2006 г. MIT започна да тества използването на резонансно свързване за предаване на голямо количество енергия и това проправи пътя за някои от големите технологии за безжично зареждане, които съществуват днес. Можете да проверите този експеримент, за да изградите намотка Mini Tesla за безжично предаване на мощност.

Как работи безжичното предаване на мощност

Безжичното зареждане понякога се нарича индуктивно зареждане, тъй като се основава на принципа на електромагнитната индукция. Подобно на безжичната комуникационна система, безжичното зареждане се постига чрез действието на безжичен енергиен предавател и приемник. Безжичният предавател за зареждане, обикновено наричан зарядна станция, е прикрепен към електрически контакт и предава енергията, подавана през контакта, към приемника, който винаги е прикрепен към устройството за зареждане и е поставен в непосредствена близост до безжичната станция за зареждане.

По-долу е дадена блок-схема за описание на компонентите на безжична система за зареждане и процес на зареждане:

Както бе споменато по-рано, безжичното зареждане се възползва от принципа на магнитната индукция, използвана в електрически трансформатори, генератори и двигатели, така че преминаването на електрически ток през намотка причинява променящо се магнитно поле около тази намотка, което индуцира ток в друга свързана намотка. Това е принципът зад преноса на електрическа енергия между първичната и вторичната намотка в електрически трансформатор, въпреки че те изглеждат електрически изолирани. При безжичното зареждане всеки от компонентите (предавателят и приемникът), които съставляват системата, има бобина. Намотката на предавателя може да се оприличи на първичната намотка, докато приемната намотка може да се оприличи на вторичната намотка на електрически трансформатор. Когато зарядна станция е включена в променливотоково захранване,доставената мощност се изправя в постоянен ток от изправителната система, след което превключващата система поема. Причината за превключването е да може да генерира променящия се магнитен поток, необходим за индуциране на заряди в приемната намотка.

Приемната намотка събира входящата мощност и я предава към веригата на приемника, която преобразува входящата мощност в постоянен ток и след това прилага получената мощност за зареждане на батерията.

Както е установено по-горе, прехвърлянето на мощност възниква, когато магнитният поток, създаден чрез установяване на променливо магнитно поле в намотката на предавателя, се преобразува в електрически ток в намотката на приемника. Количеството на генерирания електрически ток зависи от количеството на потока, генериран от предавателя и колко от този поток е успяла да улови намотката на приемника. Количеството на потока, което улавя приемникът, зависи от „коефициента на свързване“, който се определя от размера, разстоянието и разположението на намотката на приемника спрямо намотката на предавателя. Това означава, че по-високият коефициент на свързване ще доведе до по-висок енергиен трансфер. За да се увеличат шансовете за по-висок коефициент на свързване, някои безжични станции за зареждане са проектирани с множество намотки на предавателя, както е показано на изображението по-долу.

Стандарти за безжично зареждане

Стандартите за безжично зареждане се отнасят до набора от правила, регулиращи проектирането и разработването на безжични устройства. В момента два различни индустриални стандарта за безжично зареждане се популяризират от различни органи.

1. Rezence Standard

2. QI стандарт

Стандартът Rezence се основава на резонансно индуктивно зареждане, така че зареждането се извършва, когато и предавателната и приемната намотки са в резонанс. С този стандарт устройствата могат да постигнат по-голямо разстояние между предавателя и приемника за зареждане. Този стандарт се популяризира от Алианса за безжично захранване (A4WP).

Стандартът QI, от друга страна, постига безжичен трансфер на енергия, използвайки плътно свързване между намотките, а спрямо стандарта Rezence , намотката на предавателя и приемника винаги са проектирани да работят на малко по-различни честоти, тъй като се смята, че повече мощност се доставя чрез тази настройка. Стандартът QI се популяризира от консорциума за безжично захранване, който включва членове като Apple inc, Qualcomm и HTC, за да споменем някои.

Можете да изберете безжичния стандарт, който най-добре отговаря на вашето приложение, като вземете предвид компромисите между EMI, ефективността и свободата на привеждане в съответствие между двата стандарта. Въпреки това, някои безжични станции за зареждане са проектирани да поддържат и двата стандарта, те осигуряват висока оперативна съвместимост между устройствата.

Прост дизайн на безжично зарядно устройство

Преди изграждането на система за безжично зареждане трябва да се има предвид следното.

1. Стандартно: Когато оборудвате устройство с възможности за безжично зареждане, първото нещо, което трябва да направите, е да изберете стандарта за безжична мощност, който отговаря на устройството и неговите случаи на употреба. Определени системи за зареждане се основават на множество стандарти.

2. Избор на намотки: Следващото нещо е изборът на правилния тип намотка и геометрията на намотката, за да отговарят на случая на употреба. Доставчиците предлагат тези намотки в стандартни измервателни уреди, така че изборът на подходящите трябва да се основава на препоръката от листа с данни на безжичния предавател за зареждане IC, който ще се използва.

3. Корпус: При проектирането на безжични системи е важно корпусът на устройствата да не е метален и да е с относително равна повърхност, за да се постигне по-висок коефициент на свързване между предавателя и приемника. Металът ефективно предотвратява предаването на енергията, която се предава до приемника, а пластмасовата обвивка трябва да бъде проектирана да бъде ултра тънка.

Дизайн на предавател

Системата за безжично зареждане се състои както от предавателя, така и от приемника, както беше посочено по-рано. По-долу е представена схемата, показваща дизайна на предавател.

Има три основни компонента, които изграждат предавателя; източника на захранване, намотката на предавателя и комутационната верига. Източникът на захранване обикновено е постоянен ток от ректифициран AC. След коригиране превключващата верига се използва за генериране на променлив сигнал, използван при създаването на променящото се магнитно поле за индуциране на трансфер на ток от предавателя към приемника чрез предавателната намотка.

Дизайн на приемника

Дизайнът на приемника е подобен на този на предавателя, освен че действието се извършва в обратен ред. Приемникът се състои от приемна намотка, резонансна мрежа и токоизправител и зарядно IC, което използва изхода на веригата на токоизправителя за зареждане на свързаната батерия. Пример за схема на приемника е показан на изображението по-долу с подчертани функционални части. Този пример се основава на LTC4120 IC за зареждане.

Приложения

Понастоящем безжичното зареждане се използва в много приложения, включително:

Смартфони и носими
Бележници и таблети
Електрически инструменти и сервизни роботи, като прахосмукачки
Мултикоптери и електрически играчки
Медицински устройства
Зареждане в колата

В допълнение към фантастичните причини, поради които трябва да използвате безжично зареждане, като например липса на нужда от включване на устройство и проблеми със съвместимостта на щепселите, безжичното зареждане осигурява безопасност от опасности, свързани с директното свързване към електрическата мрежа. Освен това е надежден в по-сурови среди, като пробиване и добив и позволява безпроблемно зареждане в движение. И накрая, безжичното зареждане елиминира заплитането и други бъркотии, създадени от проводниците. Ние току-що надраскахме лицето на безжичното зареждане с няколко нови приложения, всеки дизайн на продукта, който се прави с мисъл за бъдещето, трябва да се стреми да включи безжичното зареждане като негов със сигурност един от начините да зареждаме устройства, захранвани с батерии, в най-близко бъдеще.