En oversikt over trådløs ladeteknologi

Trådløs lading er prosessen med å lade batteridrevne elektroniske enheter uten å knytte dem direkte ved hjelp av ledninger og kabler til en strømkilde. Prosessen gir brukerne frihet til å lade telefonen på farten uten å måtte koble til strømuttaket. Dette betyr at trådløse ladingaktiverte smarttelefoner og andre enheter kan lades ved å plassere dem for eksempel på et salongbord, eller enda mer komplekse maskiner som elektriske biler kan lades ved å bare parkere dem i garasjen eller ved å lade veien for trådløs lading. Det eliminerer alle sikkerhetsproblemer knyttet til ledningsbasert lading og åpner døren til en ny slags frihet for brukerne.

Trådløs lading dateres tilbake til slutten av 1800-tallet da Nikola Tesla utviklet tesla-spolen som skulle hjelpe til med å overføre kraft trådløst, mens eksperimentet ikke klarte å oppnå målet på den tiden, det vakte interesse for feltet og mange flere begynte å jobbe med ideen. I 2006 begynte MIT å teste bruken av resonanskobling for å overføre store mengder energi, og dette banet vei for noen av de fantastiske trådløse ladeteknologiene som finnes i dag. Du kan sjekke ut dette eksperimentet for å bygge en Mini Tesla-spole for å overføre strøm trådløst.

Hvordan fungerer trådløs kraftoverføring

Trådløs lading blir noen ganger referert til som induktiv lading fordi den er basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon. Akkurat som det trådløse kommunikasjonssystemet oppnås trådløs lading via en trådløs energisender og mottaker. Den trådløse ladesenderen vanligvis referert til som ladestasjonen er koblet til et strømuttak og overfører energien som tilføres via uttaket til mottakeren som alltid er festet til enheten som skal lades og plasseres i nærheten av den trådløse ladestasjonen.

Nedenfor er et blokkdiagram for å beskrive komponentene i et trådløst ladesystem og ladeprosess:

Som nevnt tidligere utnytter trådløs lading prinsippet om magnetisk induksjon som brukes i elektriske transformatorer, generatorer og motorer, slik at passasje av elektrisk strøm gjennom en spole forårsaker et skiftende magnetfelt rundt den spolen som induserer en strøm i en annen koblet spole. Dette er prinsippet bak overføring av elektrisk energi mellom primær- og sekundærspolen i en elektrisk transformator, selv om de virker elektrisk isolerte. Ved trådløs lading har hver av komponentene (senderen og mottakeren) som utgjør systemet en spole. Senderspolen kan sammenlignes med primærspolen mens mottakerspolen kan sammenlignes med sekundærspolen til en elektrisk transformator. Når en ladestasjon er koblet til strømforsyning,den tilførte strømmen blir rettet opp til DC av likerettersystemet, hvoretter koblingssystemet tar over. Årsaken til byttingen er å kunne generere den skiftende magnetiske fluxen som er nødvendig for å indusere ladninger i mottakerspolen.

Mottakerspolen samler innkommende kraft og overfører den til mottakerkretsen som konverterer den innkommende effekten til DC og deretter bruker den mottatte strømmen for å lade batteriet.

Som fastslått ovenfor skjer kraftoverføring når magnetisk flux, opprettet ved å etablere et alternerende magnetfelt i senderspolen, omdannes til en elektrisk strøm i mottakerspolen. Mengden generert elektrisk strøm avhenger av mengden strøm som genereres av senderen og hvor mye av den strømmen mottakerspolen var i stand til å fange. Mengden strømning mottakeren fanger avhenger av "koblingsfaktoren" som bestemmes av størrelsen, avstanden og plasseringen av mottakerspolen i forhold til senderspolen. Dette betyr at en høyere koblingsfaktor vil resultere i høyere energioverføring. For å øke sjansene for en høyere koblingsfaktor, er visse trådløse ladestasjoner designet med flere senderspoler som vist på bildet nedenfor.

Trådløse ladestandarder

Trådløse ladestandarder refererer til reglene som regulerer design og utvikling av trådløse enheter. Det er for tiden to forskjellige bransjestandarder for trådløs lading som fremmes av til forskjellige organer.

1. Rezence-standard

2. QI Standard

Den Rezence standarden er basert på resonans induktiv lade slik at ladingen finner sted når både sender- og mottaker-spoler er i resonans. Med denne standarden kan enhetene oppnå større avstand mellom senderen og mottakeren for lading. Denne standarden markedsføres av Alliance for wireless power (A4WP).

Den QI standard på den annen side oppnår trådløs energioverføring med tett kobling mellom spolene og mot Rezence standard, blir sender- og mottakerspole alltid konstruert for å arbeide ved litt forskjellige frekvenser som det er antatt mer kraft blir levert ved hjelp av dette oppsettet. QI Standard blir markedsført av det trådløse strømkonsortiet som inkluderer medlemmer som Apple inc, Qualcomm, HTC for å nevne noen få.

Du kan velge den trådløse standarden som passer best for din applikasjon ved å vurdere avveiningene mellom EMI, effektivitet og friheten til å justere mellom de to standardene. Likevel er visse trådløse ladestasjoner designet for å støtte begge standardene, disse gir høy interoperabilitet mellom enhetene.

Enkel trådløs ladesettdesign

Før du bygger et trådløst ladesystem, bør følgende tas i betraktning.

1. Standard: Når du utstyrer en enhet med muligheter for trådløs lading, er det første du må gjøre å velge den trådløse strømstandarden som passer til enheten og dens bruksområder. Visse ladesystemer er basert på flere standarder.

2. Valg av spole: Den neste tingen er å velge riktig spoletype og spolegeometri som passer til brukssaken. Leverandører gir disse spolene i standardmålere, slik at valg av passende bør baseres på anbefaling fra databladet til den trådløse ladesenderen IC som skal brukes.

3. Kabinett: Når du designer trådløse systemer, er det viktig at innkapslingen til enhetene ikke er metall og har en relativt flat overflate for å oppnå en høyere koblingsfaktor mellom senderen og mottakeren. Metall forhindrer effektivt at energien som overføres kommer til mottakeren, og plastkapslingen må være utformet for å være ultratynn.

Design av sender

Det trådløse ladesystemet består av både senderen og mottakeren som nevnt tidligere. Nedenfor er skjematisk tegning som viser utformingen av en sender.

Det er tre hovedkomponenter som utgjør senderen; den strømkilde, senderspolen og bryterkretsen. Strømkilden er vanligvis likestrøm fra en rettet vekselstrøm. Etter korrigering brukes bryterkretsen til å generere det vekslende signalet som brukes til å skape det magnetiske feltet i endring for å indusere strømoverføring fra senderen til mottakeren via senderspolen.

Design av mottaker

Mottakerens design er lik den til senderen, bortsett fra at handlingen foregår i omvendt rekkefølge. Mottakeren består av en mottakerspole, resonansnettverk og likeretter og en lader IC som bruker utgangen fra likeretterkretsen til å lade det tilkoblede batteriet. Et eksempel på mottakerkrets er vist på bildet nedenfor med de funksjonelle delene uthevet. Dette eksemplet er basert på LTC4120 lade-IC.

applikasjoner

Trådløs lading brukes for tiden i mange applikasjoner, inkludert:

1. Smarttelefoner og bærbare
2. Bærbare datamaskiner og nettbrett
3. Elektroverktøy og service-roboter, for eksempel støvsugere
4. Multikoptere og elektriske leker
5. Medisinsk utstyr
6. Lading i bilen

I tillegg til de fancy grunnene til at du skal bruke trådløs lading, som ikke behov for å koble til en enhet og ingen problemer med støpselkompatibilitet, gir trådløs lading sikkerhet mot farer knyttet til å koble direkte til strømnettet. Videre er den pålitelig i tøffere miljøer, som boring og gruvedrift, og gir mulighet for sømløs lading på farten. Til slutt eliminerer trådløs lading sammenfletting og annet rot forårsaket av ledninger. Vi har bare skrapet ansiktet av trådløs lading med flere nye applikasjoner. Hver produktdesign som gjøres med tanke på fremtiden, bør søke å innlemme trådløs lading, da det absolutt er en av måtene vi vil lade batteridrevne enheter i nærmeste fremtid.