En oversigt over trådløs opladningsteknologi

Trådløs opladning er processen med at genoplade batteridrevne elektroniske enheder uden direkte binding af dem ved hjælp af ledninger og kabler til en strømkilde. Processen giver brugerne frihed til at oplade deres telefon, når de er på farten uden at skulle tilslutte stikkontakten. Dette betyder, at smartphones med trådløs opladning og andre enheder kan oplades ved blot at placere dem på et sofabord for eksempel, eller endnu mere komplekse maskiner som elektriske biler kan oplades ved blot at parkere dem i garagen eller ved trådløs opladningsvej. Det eliminerer alle sikkerhedsproblemer forbundet med ledningsbaseret opladning og åbner døren til en ny slags frihed for brugerne.

Trådløs opladning går tilbage til slutningen af ​​1800-tallet, da Nikola Tesla udviklede tesla-spolen, som skulle hjælpe med at transmittere strøm trådløst, mens eksperimentet ikke nåede målet på det tidspunkt, det vakte interesse for marken og mange flere mennesker begyndte at arbejde på ideen. I 2006 begyndte MIT at teste brugen af ​​resonanskobling til transmission af stor mængde energi, og dette banede vejen for nogle af de store trådløse opladningsteknologier, der findes i dag. Du kan tjekke dette eksperiment for at opbygge en Mini Tesla-spole til transmission af strøm trådløst.

Sådan fungerer trådløs transmission

Trådløs opladning kaldes undertiden induktiv opladning, fordi den er baseret på princippet om elektromagnetisk induktion. Ligesom det trådløse kommunikationssystem opnås trådløs opladning via en trådløs energisender og modtager. Den trådløse opladningssender, der normalt omtales som ladestationen, er tilsluttet en stikkontakt og transmitterer den energi, der tilføres via stikkontakten til modtageren, som altid er knyttet til enheden, der skal oplades og placeres tæt på den trådløse opladningsstation.

Nedenfor er et blokdiagram til beskrivelse af komponenterne i et trådløst opladningssystem og opladningsproces:

Som tidligere nævnt udnytter trådløs opladning princippet om magnetisk induktion, der anvendes i elektriske transformatorer, generatorer og motorer, således at passage af elektrisk strøm gennem en spole forårsager et skiftende magnetfelt omkring den spole, som inducerer en strøm i en anden koblet spole. Dette er princippet bag overførsel af elektrisk energi mellem den primære og sekundære spole i en elektrisk transformator, selvom de ser ud til at være elektrisk isolerede. Ved trådløs opladning har hver af komponenterne (senderen og modtageren), der udgør systemet, en spole. Senderspolen kan sammenlignes med den primære spole, mens modtagerspolen kan sammenlignes med den sekundære spole i en elektrisk transformer. Når en ladestation er tilsluttet vekselstrømsforsyningen,den leverede strøm rettes til DC af ensrettersystemet, hvorefter koblingssystemet overtager. Årsagen til skiftet er at kunne generere den skiftende magnetiske flux, der er nødvendig for at inducere ladninger i modtagerspolen.

Modtagerspolen opsamler den indgående effekt og sender den videre til modtagerens kredsløb, der konverterer den indgående effekt til DC og derefter anvender den modtagne strøm til at oplade batteriet.

Som fastslået ovenfor opstår kraftoverførsel, når magnetisk flux, skabt ved at etablere et alternerende magnetfelt i senderspolen, omdannes til en elektrisk strøm i modtagerspolen. Mængden af ​​genereret elektrisk strøm afhænger af mængden af ​​strøm genereret af senderen, og hvor meget af denne strøm modtagerspolen var i stand til at opfange. Mængden af ​​flux, som modtageren fanger, afhænger af "koblingsfaktoren", der bestemmes af størrelsen, afstanden og placeringen af ​​modtagerspolen i forhold til senderspolen. Dette betyder, at en højere koblingsfaktor vil resultere i højere energioverførsel. For at øge chancerne for en højere koblingsfaktor er visse trådløse ladestationer designet med flere senderspoler som vist på billedet nedenfor.

Trådløse opladningsstandarder

Trådløse opladningsstandarder henviser til reglerne for design og udvikling af trådløse enheder. Der er i øjeblikket to forskellige industristandarder for trådløs opladning, der fremmes af forskellige organer.

1. Rezence-standard

2. QI Standard

Den Rezence standard er baseret på resonant induktiv opladning, således at opladningen sker, når både senderen og modtagespolerne er i resonans. Med denne standard kan enheder opnå større afstand mellem senderen og modtageren til opladning. Denne standard fremmes af Alliance for trådløs strøm (A4WP).

Den QI standard på den anden side opnår trådløs overførsel energiforbrugende tæt kobling mellem spolerne og imod Rezence standard, sender og modtager spolen altid konstrueret til at fungere på lidt forskellige frekvenser, da det menes mere strøm afgives under anvendelse af denne opsætning. QI-standarden fremmes af det trådløse strømkonsortium, der inkluderer medlemmer som Apple inc, Qualcomm, HTC for at nævne nogle få.

Du kan vælge den trådløse standard, der bedst passer til din applikation, ved at overveje afvejningerne mellem EMI, effektivitet og frihed til at tilpasse sig mellem de to standarder. Ikke desto mindre er visse trådløse ladestationer designet til at understøtte begge standarder, disse giver høj interoperabilitet mellem enheder.

Simpelt trådløst opladersætdesign

Før du bygger et trådløst opladningssystem, skal følgende tages i betragtning.

1. Standard: Når man udstyrer en enhed med trådløs opladningsevne, er den første ting at gøre at vælge den trådløse strømstandard, der passer til enheden og dens anvendelsestilfælde. Visse opladningssystemer er baseret på flere standarder.

2. Spolevalg: Den næste ting er at vælge den rigtige spoletype og spolegeometri, der passer til brugssagen. Leverandører leverer disse spoler i standardmålere, så valg af det rette skal baseres på anbefaling fra databladet for den trådløse opladningssender IC, der skal bruges.

3. Kabinet: Ved design af trådløse systemer er det vigtigt, at enhedens kabinet ikke er metal og har en relativt flad overflade for at opnå en højere koblingsfaktor mellem senderen og modtageren. Metal forhindrer effektivt, at den transmitterede energi kommer til modtageren, og plastindkapslingen skal være designet til at være ultra-tynd.

Design af sender

Det trådløse opladningssystem består af både senderen og modtageren som tidligere nævnt. Nedenfor er skemaet, der viser designet af en sender.

Der er tre hovedkomponenter, der udgør senderen; den strømkilde, senderspolen og omskifterkredsløbet. Strømkilden er normalt jævnstrøm fra en rettet vekselstrøm. Efter afhjælpning bruges omskiftningskredsløbet til at generere det skiftende signal, der anvendes til oprettelsen af ​​det skiftende magnetfelt for at inducere strømoverførsel fra senderen til modtageren via senderspolen.

Design af modtager

Modtagerens design ligner senderen, bortset fra at handlingen finder sted i omvendt rækkefølge. Modtageren består af en modtagerspole, resonansnetværk og ensretter og en oplader IC, der bruger udgangen fra ensretterkredsløbet til at oplade det tilsluttede batteri. Et eksempel på modtagerkredsløb er vist på billedet nedenfor med de funktionelle dele fremhævet. Dette eksempel er baseret på LTC4120 opladnings-IC.

Ansøgninger

Trådløs opladning bruges i øjeblikket i mange applikationer, herunder:

1. Smartphones og bærbare
2. Notebooks og tablets
3. Elværktøj og service-robotter, såsom støvsugere
4. Multikoptere og elektrisk legetøj
5. Hospitalsudstyr
6. Opladning i bilen

Ud over de smarte grunde til, at du skal bruge trådløs opladning, som f.eks. Intet behov for at tilslutte en enhed og ingen problemer med stikkompatibilitet, giver trådløs opladning sikkerhed mod farer i forbindelse med tilslutning direkte til lysnettet. Desuden er den pålidelig i hårdere miljøer som f.eks. Boring og minedrift og giver mulighed for problemfri opladning på farten. Endelig eliminerer trådløs opladning sammenfiltring og andet rod oprettet af ledninger. Vi har kun lige skrabet ansigtet til trådløs opladning med flere nye applikationer. Hvert produktdesign, der udføres med tanke på fremtiden, skal forsøge at inkorporere trådløs opladning, da det bestemt er en af ​​måderne, vi oplader batteridrevne enheder i den nærmeste fremtid.