在过去的几年里,无线充电市场整合的标准和新供应商和新产品的引入。与此同时,一些令人兴奋的技术发展是在地平线上。来看看,这是和它的地方。
无线感应充电在消费设备广泛使用,但是需要精确对齐发射机和接收机的线圈是有效的。
无线充电,也叫无线电力传输(WPT),在时髦的消费者都是这套如智能手机、智能手表,和健身乐队,但这个想法本身已经存在了一个多世纪,著名的发明家尼古拉•特斯拉了WPT两个灯泡在1891年!无线充电是吸引工业和汽车客户。没有直接的联系,没有一只流浪的机会火花引起爆炸,和一个可以密封的无线充电系统对工业溶剂的影响,粉尘或气体。
广泛的消费者使用开始于1990年代,小型家用电器如牙刷和剃须刀和加速了过去十年的标准化规范WPT和便携和可穿戴电子产品的崛起。
一个故事的两种技术
无线充电系统使用近场收费的原则(NFC):一个传输线圈产生一个振荡磁场传输能量通过感应到附近的一个接收线圈。在典型的配置中,一个固定充电站或垫包含发射机电路和初级线圈,房屋和设备充电接收器的次级线圈。
发射机产生的磁通量的一小部分(主要)线圈穿透接收者(二级)线圈和转移能力:两个线圈基本上结合变压器。传输效率是一个函数的线圈之间的耦合(k)和他们的品质因数(Q)。
双向沟通渠道,叠加波形,使接收者的身份验证和管理权力交接。发射机和接收机之间的不必要的金属物体可以吸收能量,降低效率,甚至加热,存在安全隐患。
感应充电概述
感应充电是选择低功耗便携式电脑和衣物,是唯一的变体在大量生产,我们会集中精力,最后讨论共振充电。
这个方法有效,但对线圈失调高度敏感。权力交接也下降迅速,由于距离平方反比定律的关系。效率高,线圈之间的距离在消费应用程序通常小于7毫米;如果用户移动接收设备,系统检测效率的下降和终止权力交接。
图2显示了一个无线感应充电系统的框图使用两个罗姆设备;这些是下面讨论。在大多数应用程序中,一个无线充电系统还包括另外两个模块:一个AC / DC电源供应充电功率发射机和接收机后锂电池充电器。
感应充电系统框图
有两个电感标准竞争。是无线电源协会(WPC)控制的气(Chee)标准100 - 200千赫的工作频率;AirFuel联盟支持AirFuel归纳,在100 - 350千赫。两个系统实现整体效率大于70%。
许多制造商同时支持标准。三星的Galaxy S6和S7智能手机,例如,包括气和AirFuel充电。
气和AirFuel系统,发射器将无线电力传输到接收器,但接收方控制的权力转移。接收机与发射机通过改变通信负载被主;Qi标准指定了一个2 kbps日期率与双相编码。AirFuel标准定义了六种不同的通信符号;每个AirFuel接收机都有一个惟一的6字节ID,它发送到发射机在启动。
比有线无线系统提供更少的电能,所以需要更长的时间。
无线发射机
在操作过程中,发射机花大部分的时间在一个低功耗“小睡”模式和唤醒间隔检查是否一个接收器。检测后的二次线圈,发射机对接收机进行身份验证,然后开始电力传输。如果身份验证失败,它会回到睡眠。二次侧保持完全控制的权力转移使用预定义的通信数据包处理等功能的标识、身份验证、所需的功率,检测错误。
发射机和接收机线圈
确保在不同厂商的设备之间的互操作性,Qi标准包含发射机充电线圈的详细需求。规范定义线圈电特性、几何形状和材料。A11线圈的规范,例如,定义了一个单层环形线圈与十把线安装在铁素体基地。线圈的输入工作电压为5 v,6.3µh电感,最大直流电阻(DCR)60 mΩ。
A6规范,三个线圈,降低灵敏度偏差通过增加可用充电区域;权衡是在一个更大的物料清单(BOM)的成本由于每个线圈需要单独的驱动程序。
发射机和接收机线圈通常由特殊利兹线;这包含许多绝缘线缠绕成一个特殊模式,最大限度地减少皮肤的效果,减少间接损失。两个线圈应该类似规模最大能量耦合。
Wurth Elektronik无线充电线圈
发射机和接收机模块
一些制造商提供模块包括线圈和发射机或接收机。图4显示了TDK的WTM505090发射机模块,由发射机PCB的东芝TB6865AFG前面所讨论的,加上发射线圈。
WTM505090传输模块包括线圈和发射机
WPT开发工具
几个开发工具和工具可以帮助设计师开始使用无线充电。IDT为应用程序提供WP3W-RK参考工具包3 w。工具包包括发射机和接收机,连同三个线圈大小来适应不同功率水平。交钥匙参考设计、布局模块和BOM允许快速原型设计的发展。
最新无线充电技术:共振无线充电
今天近场感应充电的主导技术,但两种其他的方法只是在地平线提供无线充电在更长的距离。
谐振充电,另近场WPT技术,感应充电效率不及但运营长范围和更宽容的线圈的偏差。谐振充电系统不依赖于精确的线圈定位所需的紧耦合系统。相反,两线圈是松散耦合的,但调到一个共同的共振频率。这种方法的优点包括同时负责多个接收器的能力;还两个线圈可以显著不同的大小。
共振技术是一个有吸引力的选择许多工业和汽车应用。一个原因是,他们要求定位的灵活性比在一个感应充电系统。停车在底座上的电动汽车充电站并不有利于精确对齐,它通常是不可行的位置发射和接收线圈几毫米。
当然,无线充电的圣杯会完全消除距离限制:你的智能手机或平板电脑充电不断无论你在哪里,“细流计费”,当然!
真的无处不在的充电不是观点,但第一步是要提供功率从几厘米到几米的距离中获益多个用户在一个封闭的空间,如一个咖啡店。在公司发展中射频解决方案或远场,他们显示一个更新版本的科系统在CES 2017上。256年的系统依赖于网络天线传输在2.4 ghz的天线传输beamformed集中力量经过身份验证的接收机在回应一个全向“低功率”警报。传感器网络检测接收机的位置通过分析传入的多路信号,然后将能量返回沿着相同的路径。随着接收器,发射器重新验证其位置每10毫秒。系统可以同时负责多个接收器的最大射程30英尺。被调查的另一个功能是超声波声波。与电磁(EM)能量不同,超声波不妨碍沟通和不引起电磁干扰或有害的电离效应。2011年,总部位于加州圣塔莫尼卡uBeam宣布了开发系统的操作在45 - 75千赫,高于人类的听力范围,宠物和野生动物。超声波传感器建立一个视线连接移动接收机,也许嵌入式智能手机的情况下,通过权力和数据,直到连接丢失。虽然成功的概念验证演示发生在2017年2月,商业产品还需要几年完成。
閱讀更多 知了科學 的文章
