在過去的幾年裡,無線充電市場整合的標準和新供應商和新產品的引入。與此同時,一些令人興奮的技術發展是在地平線上。來看看,這是和它的地方。
無線感應充電在消費設備廣泛使用,但是需要精確對齊發射機和接收機的線圈是有效的。
無線充電,也叫無線電力傳輸(WPT),在時髦的消費者都是這套如智能手機、智能手錶,和健身樂隊,但這個想法本身已經存在了一個多世紀,著名的發明家尼古拉•特斯拉了WPT兩個燈泡在1891年!無線充電是吸引工業和汽車客戶。沒有直接的聯繫,沒有一隻流浪的機會火花引起爆炸,和一個可以密封的無線充電系統對工業溶劑的影響,粉塵或氣體。
廣泛的消費者使用開始於1990年代,小型家用電器如牙刷和剃鬚刀和加速了過去十年的標準化規範WPT和便攜和可穿戴電子產品的崛起。
一個故事的兩種技術
無線充電系統使用近場收費的原則(NFC):一個傳輸線圈產生一個振盪磁場傳輸能量通過感應到附近的一個接收線圈。在典型的配置中,一個固定充電站或墊包含發射機電路和初級線圈,房屋和設備充電接收器的次級線圈。
發射機產生的磁通量的一小部分(主要)線圈穿透接收者(二級)線圈和轉移能力:兩個線圈基本上結合變壓器。傳輸效率是一個函數的線圈之間的耦合(k)和他們的品質因數(Q)。
雙向溝通渠道,疊加波形,使接收者的身份驗證和管理權力交接。發射機和接收機之間的不必要的金屬物體可以吸收能量,降低效率,甚至加熱,存在安全隱患。
感應充電概述
感應充電是選擇低功耗便攜式電腦和衣物,是唯一的變體在大量生產,我們會集中精力,最後討論共振充電。
這個方法有效,但對線圈失調高度敏感。權力交接也下降迅速,由於距離平方反比定律的關係。效率高,線圈之間的距離在消費應用程序通常小於7毫米;如果用戶移動接收設備,系統檢測效率的下降和終止權力交接。
圖2顯示了一個無線感應充電系統的框圖使用兩個羅姆設備;這些是下面討論。在大多數應用程序中,一個無線充電系統還包括另外兩個模塊:一個AC / DC電源供應充電功率發射機和接收機後鋰電池充電器。
感應充電系統框圖
有兩個電感標準競爭。是無線電源協會(WPC)控制的氣(Chee)標準100 - 200千赫的工作頻率;AirFuel聯盟支持AirFuel歸納,在100 - 350千赫。兩個系統實現整體效率大於70%。
許多製造商同時支持標準。三星的Galaxy S6和S7智能手機,例如,包括氣和AirFuel充電。
氣和AirFuel系統,發射器將無線電力傳輸到接收器,但接收方控制的權力轉移。接收機與發射機通過改變通信負載被主;Qi標準指定了一個2 kbps日期率與雙相編碼。AirFuel標準定義了六種不同的通信符號;每個AirFuel接收機都有一個惟一的6字節ID,它發送到發射機在啟動。
比有線無線系統提供更少的電能,所以需要更長的時間。
無線發射機
在操作過程中,發射機花大部分的時間在一個低功耗“小睡”模式和喚醒間隔檢查是否一個接收器。檢測後的二次線圈,發射機對接收機進行身份驗證,然後開始電力傳輸。如果身份驗證失敗,它會回到睡眠。二次側保持完全控制的權力轉移使用預定義的通信數據包處理等功能的標識、身份驗證、所需的功率,檢測錯誤。
發射機和接收機線圈
確保在不同廠商的設備之間的互操作性,Qi標準包含發射機充電線圈的詳細需求。規範定義線圈電特性、幾何形狀和材料。A11線圈的規範,例如,定義了一個單層環形線圈與十把線安裝在鐵素體基地。線圈的輸入工作電壓為5 v,6.3µh電感,最大直流電阻(DCR)60 mΩ。
A6規範,三個線圈,降低靈敏度偏差通過增加可用充電區域;權衡是在一個更大的物料清單(BOM)的成本由於每個線圈需要單獨的驅動程序。
發射機和接收機線圈通常由特殊利茲線;這包含許多絕緣線纏繞成一個特殊模式,最大限度地減少皮膚的效果,減少間接損失。兩個線圈應該類似規模最大能量耦合。
Wurth Elektronik無線充電線圈
發射機和接收機模塊
一些製造商提供模塊包括線圈和發射機或接收機。圖4顯示了TDK的WTM505090發射機模塊,由發射機PCB的東芝TB6865AFG前面所討論的,加上發射線圈。
WTM505090傳輸模塊包括線圈和發射機
WPT開發工具
幾個開發工具和工具可以幫助設計師開始使用無線充電。IDT為應用程序提供WP3W-RK參考工具包3 w。工具包包括髮射機和接收機,連同三個線圈大小來適應不同功率水平。交鑰匙參考設計、佈局模塊和BOM允許快速原型設計的發展。
最新無線充電技術:共振無線充電
今天近場感應充電的主導技術,但兩種其他的方法只是在地平線提供無線充電在更長的距離。
諧振充電,另近場WPT技術,感應充電效率不及但運營長範圍和更寬容的線圈的偏差。諧振充電系統不依賴於精確的線圈定位所需的緊耦合系統。相反,兩線圈是鬆散耦合的,但調到一個共同的共振頻率。這種方法的優點包括同時負責多個接收器的能力;還兩個線圈可以顯著不同的大小。
共振技術是一個有吸引力的選擇許多工業和汽車應用。一個原因是,他們要求定位的靈活性比在一個感應充電系統。停車在底座上的電動汽車充電站並不有利於精確對齊,它通常是不可行的位置發射和接收線圈幾毫米。
當然,無線充電的聖盃會完全消除距離限制:你的智能手機或平板電腦充電不斷無論你在哪裡,“細流計費”,當然!
真的無處不在的充電不是觀點,但第一步是要提供功率從幾釐米到幾米的距離中獲益多個用戶在一個封閉的空間,如一個咖啡店。在公司發展中射頻解決方案或遠場,他們顯示一個更新版本的科系統在CES 2017上。256年的系統依賴於網絡天線傳輸在2.4 ghz的天線傳輸beamformed集中力量經過身份驗證的接收機在回應一個全向“低功率”警報。傳感器網絡檢測接收機的位置通過分析傳入的多路信號,然後將能量返回沿著相同的路徑。隨著接收器,發射器重新驗證其位置每10毫秒。系統可以同時負責多個接收器的最大射程30英尺。被調查的另一個功能是超聲波聲波。與電磁(EM)能量不同,超聲波不妨礙溝通和不引起電磁干擾或有害的電離效應。2011年,總部位於加州聖塔莫尼卡uBeam宣佈了開發系統的操作在45 - 75千赫,高於人類的聽力範圍,寵物和野生動物。超聲波傳感器建立一個視線連接移動接收機,也許嵌入式智能手機的情況下,通過權力和數據,直到連接丟失。雖然成功的概念驗證演示發生在2017年2月,商業產品還需要幾年完成。
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