Zaloguj się
Wszystkie
25 października 2022
854
Głównym powodem stosowania technologii WPT jest uniknięcie ograniczeń, jakie stawia klasyczny przewodowy standard zasilania lub ładowania. Urządzenia przenośne, takie jak inteligentne zegarki, słuchawki bezprzewodowe, smartfony, tablety, laptopy do wymiany danych, korzystają z technologii radiowych. Jedyna funkcja która wymaga połączenia przewodowego, to okresowe ładowanie wbudowanych akumulatorów. Dążenie do redukcji okablowania, doprowadziło do rozwoju ładowania wykorzystującego bezprzewodową transmisję energii. Nie bez znaczenia jest też wygoda użytkowania oraz łatwiejsza hermetyzacja urządzenia, zwiększająca odporność na kurz, pył i wilgoć.
Budowa WPT
Z praktycznego punktu widzenia, do bezprzewodowego transferu energii stosowana jest metoda wykorzystująca sprzężone cewki indukcyjne. Każdy układ WPT składa się z trzech elementów:
- Nadajnik (TX pad) – przetwarzający energię z typowego przewodowego zasilacza DC, na energię pola elektromagnetycznego w.cz. generowanego przez cewkę nadawczą (TX coil). Częstotliwość pracy układu zależy od konkretnego rozwiązania i mieści się w granicach kilkunastu kHz do kilku MHz.
- Sprzężone magnetycznie cewki nadawcza (TX coil) i odbiorcza (RX coil) – pomiędzy którymi, dzięki sprzężeniu magnetycznemu, następuje transfer energii z nadajnika do odbiornika. W zależności od założonego sposobu sprzężenia cewek, wyróżnia się dwa sposoby przekazu: pierwszy, czyli indukcyjny (MI Magnetic Induction), bazujący na silnym sprzężeniu cewek Rx/Tx; drugi, czyli bazujący na słabym sprzęgnięciu i wykorzystaniu rezonansu magnetycznego (MR Magnetic Resonance).
- Układ odbiornika (RX pad), odpowiadający za przetworzenie energii w.cz. „odebranej” z cewki (RX coil) na prąd stały, zasilający urządzenie, lub na prąd zasilający obwody ładowarki wbudowanego ogniwa.
Opcjonalnie, zależnie od standardu, transfer energii uzupełniony jest o pomocniczy kanał komunikacyjny, przekazujący dane pomiędzy odbiornikiem i nadajnikiem, celem optymalizacji przekazu mocy oraz zwiększenia odporności układu na nieprawidłowe użytkowanie.
Standardy WPT
Aktualnie na rynku możemy wyróżnić trzy rozwiązania WPT:
- Układy WPT nie podlegające standardom. Zawierają proste rozwiązania dyskretne lub autorskie rozwiązania producentów układów scalonych. Najczęściej są to układy przeznaczone tylko do transferu energii, nie posiadające dodatkowego kanału komunikacyjnego. Optymalizacja przesyłanej mocy, polega na ewentualnym automatycznym strojeniu układu odbiorczego na maksimum „odbieranego” sygnału. Zaletą układów jest prostota konstrukcji i brak nakładów związanych z oprogramowaniem, gdyż stanowią gotowe rozwiązanie funkcjonalne, dostępne „prosto z półki”. Często stosowane przy transferach niewielkich mocy (do kilku watów), w aplikacjach w których istotny jest koszt rozwiązania.
- Standard Qi opracowany przez Wireless Power Consortium. Oprócz przesyłu energii, realizowana jest standaryzowana transmisja danych pomiędzy nadajnikiem, a odbiornikiem. Transmisja danych odbywa się z wykorzystaniem kanału przekazującego energię. Układ WPT, zgodny z Qi, jest bardziej złożony. Zwykle wykorzystywane są SoC, oparte o jeden z popularnych rdzeni (np. ARM) oraz wbudowany w strukturę układ peryferyjny, odpowiadający za sterowanie pracą cewki nadawczej lub odbiorczej. Podnosi to koszty rozwiązania, ale zwiększa funkcjonalność układu o bezpieczny transfer mocy do 15 W, przy częstotliwości z zakresu 80…300 kHz. Komunikacja pomiędzy nadajnikiem, a odbiornikiem służy nie tylko regulacji ilości przesyłanej mocy, ale umożliwia detekcję obiektów obcych, mogących zakłócić ładowanie lub stanowić zagrożenie dla użytkownika (np. przez poparzenie rozgrzanym metalowym obiektem umieszczonym w polu cewki nadawczej). Konsorcjum WPC stale rozwija rozwiązania ładowania bezprzewodowego w zakresie zwiększenia mocy. W standardzie Medium Power przeznaczonym dla elektronarzędzi, dronów, rowerów elektrycznych, zakładany jest maksymalny transfer do 200 W. W układach bezprzewodowego zasilania drobnego AGD Ki Cordless Kitchen Standard, założono docelowy maksymalny transfer do 2,2 kW.
- Standard AirFuel wspierany przez organizację AirFuel. Mniej popularny, powstały z połączenia Power Matters Aliance (PMA) i Alliance for Wireless Power (A4WP, czyli Rezence), aby skuteczniej konkurować z WPC. Standard może wykorzystywać do transferu zarówno rezonans magnetyczny MR jak i transfer w oparciu o fale radiowe RF. W założeniu ma być mniej restrykcyjny, w porównaniu z Qi, jeżeli chodzi o zasięg transferu (do 50 mm dla MR i 4,5 m dla RF), wzajemne położenie cewek nadawczej i odbiorczej oraz mieć możliwość jednoczesnego ładowania kilku urządzeń. Zakres wykorzystywanych częstotliwości przy metodzie indukcyjnej to ok. 270 kHz…360 kHz (PMA), przy metodzie rezonansowej 6,78 MHz (Rezence).
Warto wspomnieć też o najnowszym standardzie NFC Wireless Charging, przeznaczonym dla niewielkich urządzeń IoT, który został ogłoszony w maju 2020 r. Uzupełnia on urządzenia korzystające z łączności NFC, o możliwość bezprzewodowego ładowania z mocą od 250 mW do 1 W.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
