Přehled technologie bezdrátového nabíjení

Bezdrátové nabíjení je proces dobíjení elektronických zařízení napájených z baterií, aniž byste je přímo vázali pomocí vodičů a kabelů ke zdroji napájení. Tento proces poskytuje uživatelům svobodu nabíjení telefonu na cestách bez nutnosti připojování k elektrické zásuvce. To znamená, že smartphony s povoleným bezdrátovým nabíjením a další zařízení lze nabíjet jednoduchým umístěním například na konferenční stolek nebo dokonce složitější stroje, jako jsou elektromobily, lze nabíjet jednoduchým zaparkováním v garáži nebo bezdrátovým nabíjením na silnici. Eliminuje všechny bezpečnostní problémy spojené s nabíjením pomocí kabelu a otevírá uživatelům nový druh svobody.

Bezdrátové nabíjení se datuje koncem 19. století, kdy Nikola Tesla vyvinul cívku Tesla, která měla pomoci bezdrátově přenášet energii, zatímco experiment v té době nedokázal dosáhnout cíle, vyvolal zájem o pole a na něm začalo pracovat mnohem více lidí idea. V roce 2006 začala společnost MIT testovat použití rezonanční vazby k přenosu velkého množství energie, což připravilo cestu pro některé z vynikajících technologií bezdrátového nabíjení, které dnes existují. Tento experiment můžete vyzkoušet a vytvořit cívku Mini Tesla pro bezdrátový přenos energie.

Jak funguje bezdrátový přenos energie

Bezdrátové nabíjení se někdy označuje jako indukční nabíjení, protože je založeno na principu elektromagnetické indukce. Stejně jako bezdrátový komunikační systém je bezdrátové nabíjení dosahováno prostřednictvím bezdrátového vysílače a přijímače energie. Bezdrátový nabíjecí vysílač, obvykle označovaný jako nabíjecí stanice, je připojen k elektrické zásuvce a přenáší energii dodávanou prostřednictvím zásuvky do přijímače, který je vždy připojen k nabíjecímu zařízení a umístěn v těsné blízkosti bezdrátové nabíjecí stanice.

Níže je blokové schéma, které popisuje komponenty bezdrátového systému nabíjení a proces nabíjení:

Jak již bylo zmíněno dříve, bezdrátové nabíjení využívá princip magnetické indukce používané v transformátorech, generátorech a motorech elektrické energie, takže průchod elektrického proudu cívkou způsobuje měnící se magnetické pole kolem této cívky, které indukuje proud v jiné spojené cívce. To je princip přenosu elektrické energie mezi primární a sekundární cívkou v elektrickém transformátoru, i když se zdají být elektricky izolované. Při bezdrátovém nabíjení má každá ze součástí (vysílač a přijímač), které tvoří systém, cívku. Vysílací cívku lze přirovnat k primární cívce, zatímco přijímací cívku lze přirovnat k sekundární cívce transformátoru elektrické energie. Když je nabíjecí stanice zapojena do zdroje střídavého proudu,dodávaná energie je usměrněna na stejnosměrný proud usměrňovacím systémem, po kterém převezme spínací systém. Důvodem přepínání je schopnost generovat měnící se magnetický tok potřebný k vyvolání nábojů v cívce přijímače.

Cívka přijímače sbírá příchozí energii a předává ji do obvodu přijímače, který převádí příchozí energii na stejnosměrný proud a poté použije přijatou energii k nabití baterie.

Jak je uvedeno výše, k přenosu energie dochází, když je magnetický tok, vytvořený vytvořením střídavého magnetického pole v cívce vysílače, přeměněn na elektrický proud v cívce přijímače. Množství generovaného elektrického proudu závisí na množství toku generovaného vysílačem a na tom, kolik z tohoto toku byla přijímací cívka schopna zachytit. Množství toku, které přijímač zachytí, závisí na „spojovacím faktoru“, který je určen velikostí, vzdáleností a umístěním přijímací cívky vzhledem k vysílací cívce. To znamená, že vyšší vazební faktor bude mít za následek vyšší přenos energie. Aby se zvýšila šance na vyšší spojovací faktor, jsou některé bezdrátové nabíjecí stanice navrženy s více cívkami vysílače, jak je znázorněno na obrázku níže.

Standardy bezdrátového nabíjení

Standardy bezdrátového nabíjení odkazují na soubor pravidel upravujících design a vývoj bezdrátových zařízení. V současné době existují dva různé průmyslové standardy pro bezdrátové nabíjení podporované různými subjekty.

1. Rezence Standard

2. Standard QI

Standard Rezence je založen na rezonančním indukčním nabíjení, takže k nabíjení dochází, když jsou cívky vysílače i přijímače v rezonanci. S tímto standardem mohou zařízení dosáhnout větší vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem pro nabíjení. Tento standard propaguje Aliance pro bezdrátové napájení (A4WP).

Standard QI na druhé straně dosahuje bezdrátového přenosu energie pomocí těsného propojení mezi cívkami a proti standardu Rezence jsou vysílací a přijímací cívka vždy navrženy tak, aby fungovaly na mírně odlišných frekvencích, protože se předpokládá, že při tomto nastavení je dodáván větší výkon. Standard QI je podporován konsorciem pro bezdrátové napájení, které zahrnuje členy jako Apple inc, Qualcomm, HTC.

Můžete si vybrat bezdrátový standard, který nejlépe vyhovuje vaší aplikaci, a to zvážením kompromisů mezi EMI, efektivitou a svobodou sladění mezi těmito dvěma standardy. Některé bezdrátové nabíjecí stanice jsou nicméně navrženy tak, aby podporovaly oba standardy, které poskytují vysokou interoperabilitu mezi zařízeními.

Jednoduchá bezdrátová nabíječka scénografie

Před vybudováním bezdrátového nabíjecího systému je třeba vzít v úvahu následující.

1. Standard: Při vybavení zařízení schopnostmi bezdrátového nabíjení je třeba nejprve vybrat standard bezdrátového napájení, který vyhovuje zařízení a jeho případům použití. Některé nabíjecí systémy jsou založeny na několika standardech.

2. Výběr cívky: Další věcí je výběr správného typu cívky a geometrie cívky, aby vyhovoval případu použití. Prodejci poskytují tyto cívky ve standardních měřidlech, takže výběr vhodných by měl být založen na doporučení datového listu bezdrátového nabíjecího vysílače IC, který má být použit.

3. Kryt: Při navrhování bezdrátových systémů je důležité, aby kryt zařízení nebyl kovový a měl relativně rovný povrch, aby se dosáhlo vyšší vazebního faktoru mezi vysílačem a přijímačem. Kov účinně brání přenosu přenášené energie do přijímače a plastový kryt musí být navržen tak, aby byl ultratenký.

Konstrukce vysílače

Bezdrátový nabíjecí systém se skládá z vysílače i přijímače, jak bylo uvedeno výše. Níže je schéma ukazující konstrukci vysílače.

Vysílač tvoří tři hlavní komponenty; zdroj energie, cívka vysílače a spínací obvod. Zdrojem energie je obvykle stejnosměrný proud z usměrněného střídavého proudu. Po nápravě se spínací obvod používá ke generování střídavého signálu použitého při vytváření měnícího se magnetického pole k indukci přenosu proudu z vysílače do přijímače přes cívku vysílače.

Návrh přijímače

Konstrukce přijímače je podobná jako u vysílače, kromě toho, že akce probíhá v opačném pořadí. Přijímač se skládá z cívky přijímače, rezonanční sítě a usměrňovače a nabíjecího integrovaného obvodu, který využívá výstup obvodu usměrňovače k ​​nabíjení připojené baterie. Příklad obvodu přijímače je zobrazen na obrázku níže s funkčními částmi Highlighted. Tento příklad je založen na IC nabíjení LTC4120.

Aplikace

Bezdrátové nabíjení se v současné době používá v mnoha aplikacích, včetně:

1. Smartphony a nositelná
2. Notebooky a tablety
3. Elektrické nářadí a servisní roboty, například vysavače
4. Multikoptéry a elektrické hračky
5. Lékařské přístroje
6. Nabíjení do auta

Kromě fantastických důvodů, proč byste měli používat bezdrátové nabíjení, jako například není třeba připojovat zařízení a problémy s kompatibilitou konektorů, poskytuje bezdrátové nabíjení ochranu před riziky spojenými s přímým připojením k síti. Je navíc spolehlivý v drsnějších prostředích, jako je vrtání a těžba, a umožňuje bezproblémové nabíjení na cestách. A konečně, bezdrátové nabíjení eliminuje zamotání a další nepořádek vytvářený dráty. Právě jsme poškrábali tvář bezdrátového nabíjení několika novými aplikacemi, každý design produktu, který se provádí s ohledem na budoucnost, by měl usilovat o začlenění bezdrátového nabíjení jako jistě jednoho ze způsobů, jak budeme v nejbližší budoucnosti nabíjet zařízení napájená z baterie.