Беспроводная зарядка — это процесс подзарядки электронных устройств с батарейным питанием без прямого подключения их к источнику питания с помощью проводов и кабелей. Этот процесс дает пользователям возможность заряжать свой телефон в пути без необходимости подключения к розетке. Это означает, что смартфоны и другие устройства с поддержкой беспроводной зарядки можно заряжать, просто положив их, например, на журнальный столик, или даже более сложные машины, такие как электромобили, можно заряжать, просто припарковав их в гараже или на дороге с поддержкой беспроводной зарядки. Это устраняет все проблемы безопасности, связанные с зарядкой через шнур, и открывает пользователям новый вид свободы.

Беспроводная зарядка началась в конце 1800-х годов, когда Никола Тесла разработал катушку Тесла, которая должна была помочь передавать энергию по беспроводной сети. Хотя эксперимент не достиг цели на тот момент, он вызвал интерес к этой области и над этой технологией стала работать достаточно большая группа людей. В 2006 году Массачусетский технологический институт начал тестирование использования резонансной связи для передачи большого количества энергии, и это проложило путь к некоторым из замечательных технологий беспроводной зарядки, которые существуют сегодня.

Как работает беспроводная передача энергии

Беспроводную зарядку иногда называют индуктивной зарядкой, поскольку она основана на принципе электромагнитной индукции. Как и в системе беспроводной связи, беспроводная зарядка достигается за счет взаимодействия беспроводного передатчика и приемника энергии. Передатчик беспроводной зарядки, обычно называемый зарядной станцией, подключается к розетке и передает энергию, подаваемую через розетку, на приемник, который всегда подключен к заряжаемому устройству и размещается в непосредственной близости от станции беспроводной зарядки.

Ниже приведена блок-схема, описывающая компоненты системы беспроводной зарядки и процесс зарядки:

Как упоминалось ранее, беспроводная зарядка использует принцип магнитной индукции, используемый в электрических трансформаторах, генераторах и двигателях, так что прохождение электрического тока через катушку вызывает изменение магнитного поля вокруг этой катушки, что индуцирует ток в другой связанной катушке. Это принцип передачи электрической энергии между первичной и вторичной катушками электрического трансформатора, хотя они кажутся электрически изолированными. При беспроводной зарядке каждый из компонентов (передатчик и приемник), входящих в систему, оснащен катушкой. Катушку передатчика можно сравнить с первичной катушкой, а катушку приемника можно сравнить со вторичной катушкой электрического трансформатора. Когда зарядная станция подключена к источнику переменного тока, подаваемая мощность преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя, после чего начинает работу система переключения, принцип действия которой заключается в том, чтобы иметь возможность генерировать изменяющийся магнитный поток, необходимый для индуцирования зарядов в приемной катушке.

Катушка приемника собирает входящую мощность и передает ее в схему приемника, которая преобразует входящую мощность в постоянный ток, а затем использует полученную мощность для зарядки аккумулятора.

Как уже было сказано выше, передача мощности происходит, когда магнитный поток, создаваемый переменным магнитным полем в катушке передатчика, преобразуется в электрический ток в катушке приемника. Величина генерируемого электрического тока зависит от величины потока, генерируемого передатчиком, и от того, какую часть этого потока смогла уловить катушка приемника. Величина потока, улавливаемого приемником, зависит от «коэффициента связи», который определяется размером, расстоянием и расположением катушки приемника относительно катушки передатчика. Это означает, что более высокий коэффициент связи приведет к более высокой передаче энергии. Чтобы увеличить вероятность возникновения более высокого коэффициента связи, некоторые беспроводные зарядные станции оснащены несколькими катушками передатчика, как показано на рисунке ниже.

Стандарты беспроводной зарядки

Стандарты беспроводной зарядки представляют собой набор правил, регулирующих проектирование и разработку беспроводных устройств. В настоящее время разные организации продвигают два разных отраслевых стандарта беспроводной зарядки:

1. Rezence Standard.
2. QI Standard.

Стандарт Rezence основан на резонансной индуктивной зарядке, при которой зарядка происходит, когда катушки передатчика и приемника находятся в резонансе. Благодаря этому стандарту устройства могут достичь большего расстояния между передатчиком и приемником для зарядки. Этот стандарт продвигается Альянсом беспроводной энергетики (A4WP).

С другой стороны, стандарт QI обеспечивает беспроводную передачу энергии с использованием тесной связи между катушками, а в отличие от стандарта Rezence, катушка передатчика и приемника всегда проектируются для работы на несколько разных частотах, поскольку считается, что при такой настройке передается больше энергии. Стандарт QI продвигается консорциумом беспроводной энергетики, в который входят такие члены, как Apple Inc, Qualcomm, HTC и многие другие.

Вы можете выбрать стандарт беспроводной связи, который лучше всего подходит для вашего приложения, учитывая компромисс между электромагнитными помехами, эффективностью и свободой согласования между двумя стандартами. Тем не менее, некоторые беспроводные зарядные станции поддерживают оба стандарта, что обеспечивает высокую совместимость между устройствами.

Простой дизайн набора беспроводных зарядных устройств

Прежде чем создавать систему беспроводной зарядки, следует принять во внимание следующее:

1. Стандарт. При оснащении устройства возможностью беспроводной зарядки первое, что нужно сделать, — это выбрать стандарт беспроводной зарядки, который подходит для устройства и вариантов его использования. Некоторые системы взимания платы основаны на нескольких стандартах.

2. Выбор катушки. Следующим шагом является выбор правильного типа и геометрии катушки, подходящей для конкретного случая использования. Поставщики поставляют эти катушки стандартных размеров, поэтому выбор подходящих катушек должен основываться на рекомендациях, приведенных в техническом описании используемой микросхемы передатчика беспроводной зарядки.

3. Корпус. При проектировании беспроводных систем важно, чтобы корпус устройств не был металлическим и имел относительно плоскую поверхность для достижения более высокого коэффициента связи между передатчиком и приемником. Металл эффективно предотвращает попадание передаваемой энергии в приемник, а пластиковый корпус должен быть ультратонким.

Конструкция передатчика

Как указывалось ранее, система беспроводной зарядки состоит из передатчика и приемника. Ниже представлена ​​схема, показывающая конструкцию передатчика беспроводной зарядки.

Передатчик состоит из трех основных компонентов: источник питания, катушка передатчика и схема переключения. Источником питания обычно является постоянный ток от выпрямленного переменного тока. После выпрямления схема переключения используется для генерации переменного сигнала, используемого для создания изменяющегося магнитного поля, чтобы вызвать передачу тока от передатчика к приемнику через катушку передатчика.

Конструкция приемника

Конструкция приемника аналогична конструкции передатчика, за исключением того, что действия происходят в обратном порядке. Приемник состоит из приемной катушки, резонансной цепи, выпрямителя и микросхемы зарядного устройства, которая использует выход схемы выпрямителя для зарядки подключенной батареи. Пример схемы приёмника показан на изображении ниже с выделенными функциональными частями. Этот пример основан на микросхеме зарядки LTC4120.

Приложения беспроводной зарядки

Беспроводная зарядка в настоящее время используется во многих приложениях, включая:

1. Смартфоны и носимые устройства.
2. Ноутбуки и планшеты.
3. Электроинструменты и сервисные роботы, такие как пылесосы.
4. Мультикоптеры и электрические игрушки.
5. Медицинское оборудование.
6. Зарядка в автомобиле.

Помимо обычных причин, по которым вам следует использовать беспроводную зарядку, таких как отсутствие необходимости подключать устройство и отсутствие проблем с совместимостью вилок, беспроводная зарядка обеспечивает безопасность от опасностей, связанных с прямым подключением к электросети. Кроме того, она более надежна в более суровых условиях, таких как бурение и добыча полезных ископаемых, и обеспечивает беспрепятственную зарядку на ходу. Наконец, беспроводная зарядка исключает спутывание и другой беспорядок, создаваемый проводами. Несомненно, в будущем технологии беспроводной зарядки будут получать все большее распространение. 

13 просмотров