- Kako deluje brezžični prenos moči
- Standardi brezžičnega polnjenja
- Preprosta zasnova brezžičnega polnilnika
- Zasnova oddajnika
- Zasnova sprejemnika
- Aplikacije
Brezžično polnjenje je postopek polnjenja baterijskih elektronskih naprav brez neposrednega privezovanja z žicami in kabli na vir napajanja. Postopek daje uporabnikom svobodo polnjenja telefona na poti, ne da bi ga morali priključiti v električno vtičnico. To pomeni, da lahko pametne telefone in druge naprave z omogočenim brezžičnim polnjenjem napolnite tako, da jih preprosto položite na mizo, na primer, ali celo bolj zapletene stroje, kot so električni avtomobili, tako da jih preprosto parkirate v garaži ali z brezžičnim polnjenjem na cesti. Odpravlja vsa varnostna vprašanja, povezana s polnjenjem na osnovi kabla, in odpira vrata novim vrstam svobode za uporabnike.
Brezžično polnjenje sega v konec 19. stoletja, ko je Nikola Tesla razvil tuljavo tesla, ki naj bi pripomogla k brezžičnemu prenosu moči, medtem ko eksperiment ni dosegel takratnega cilja, je sprožil zanimanje za to področje in veliko več ljudi je začelo delati na Ideja. Leta 2006 je MIT začel testirati uporabo resonančne sklopke za prenos velike količine energije, kar je odprlo pot nekaterim odličnim tehnologijam brezžičnega polnjenja, ki obstajajo danes. Oglejte si ta eksperiment za izdelavo tuljave Mini Tesla za brezžični prenos moči.
Kako deluje brezžični prenos moči
Brezžično polnjenje včasih imenujemo tudi induktivno polnjenje, ker temelji na principu elektromagnetne indukcije. Tako kot brezžični komunikacijski sistem se tudi brezžično polnjenje doseže z delovanjem brezžičnega oddajnika in sprejemnika energije. Brezžični polnilni oddajnik, ki ga običajno imenujemo polnilna postaja, je priključen na električno vtičnico in prenaša energijo, ki se dovaja prek vtičnice, na sprejemnik, ki je vedno pritrjen na napravo, ki jo je treba polniti, in v neposredni bližini brezžične polnilne postaje.
Spodaj je blokovni diagram za opis komponent sistema za brezžično polnjenje in postopek polnjenja:
Kot smo že omenili, se brezžično polnjenje uporablja po principu magnetne indukcije, ki se uporablja v elektroenergetskih transformatorjih, generatorjih in motorjih, tako da prehod električnega toka skozi tuljavo povzroči spreminjanje magnetnega polja okoli tuljave, ki inducira tok v drugi sklopljeni tuljavi. To je načelo za prenos električne energije med primarno in sekundarno tuljavo v električnem transformatorju, čeprav se zdi, da so električno izolirane. Pri brezžičnem polnjenju ima vsaka komponenta (oddajnik in sprejemnik), ki sestavljajo sistem, tuljavo. Oddajniško tuljavo lahko primerjamo s primarno tuljavo, sprejemno tuljavo pa s sekundarno tuljavo električnega transformatorja. Ko je polnilna postaja priključena na izmenični tok,dobavljeno moč usmernik usmernik usmerja v enosmerni tok, po katerem prevzame stikalni sistem. Razlog za preklop je v tem, da lahko ustvari spreminjajoči se magnetni tok, potreben za indukcijo nabojev v sprejemni tuljavi.
Sprejemna tuljava zbere dohodno moč in jo odda v sprejemniško vezje, ki pretvori dohodno moč v enosmerni tok in nato prejeto moč uporabi za polnjenje baterije.
Kot je določeno zgoraj, se prenos moči zgodi, ko se magnetni tok, ustvarjen z vzpostavljanjem izmeničnega magnetnega polja v tuljavi oddajnika, pretvori v električni tok v sprejemni tuljavi. Količina ustvarjenega električnega toka je odvisna od količine pretoka, ki ga ustvari oddajnik, in od tega, koliko pretoka je lahko zajela sprejemna tuljava. Količina pretoka, ki ga zajame sprejemnik, je odvisna od "faktorja sklopke", ki je določen z velikostjo, razdaljo in položajem sprejemne tuljave glede na oddajniško tuljavo. To pomeni, da bo višji faktor spenjanja povzročil večji prenos energije. Nekatere brezžične polnilne postaje so zasnovane z več oddajnimi tuljavami, kot je prikazano na spodnji sliki, da bi povečali možnosti za večji faktor spenjanja.
Standardi brezžičnega polnjenja
Standardi za brezžično polnjenje se nanašajo na sklop pravil, ki urejajo zasnovo in razvoj brezžičnih naprav. Trenutno različna industrijska standarda za brezžično polnjenje promovirajo različna telesa.
1. Rezence Standard
2. Standard QI
Standard Rezence temelji na resonančnem induktivnem polnjenju, tako da se polnjenje zgodi, ko sta odbojna in sprejemna tuljava v resonanci. S tem standardom lahko naprave dosežejo večjo razdaljo med oddajnikom in sprejemnikom za polnjenje. Ta standard promovira Alliance for wireless power (A4WP).
Standard QI na drugi strani doseže brezžični prenos energije z uporabo tesne povezave med tuljavami, v nasprotju s standardom Rezence pa sta oddajna in sprejemna tuljava vedno zasnovani za delovanje na nekoliko drugačnih frekvencah, saj se domneva, da se s to nastavitvijo zagotovi več energije. Standard QI promovira konzorcij za brezžično napajanje, ki vključuje člane, kot so Apple inc, Qualcomm in HTC.
Izberete lahko brezžični standard, ki najbolj ustreza vaši aplikaciji, tako da upoštevate kompromise med EMI, učinkovitostjo in svobodo poravnave med obema standardoma. Kljub temu so nekatere brezžične polnilne postaje zasnovane tako, da podpirajo oba standarda, ki zagotavljajo visoko interoperabilnost med napravami.
Preprosta zasnova brezžičnega polnilnika
Pred izdelavo sistema za brezžično polnjenje je treba upoštevati naslednje.
1. Standardno: Ko napravo opremite z možnostmi brezžičnega polnjenja, morate najprej izbrati standard brezžičnega napajanja, ki ustreza napravi in njenim primerom uporabe. Nekateri polnilni sistemi temeljijo na več standardih.
2. Izbira tuljave: Naslednja stvar je izbira pravega tipa tuljave in geometrije tuljave, ki ustrezata uporabnemu primeru. Ponudniki dobavljajo te tuljave v standardnih merilnikih, zato mora izbira ustreznih temeljiti na priporočilu v obrazcu za uporabo brezžičnega polnilnega oddajnika IC.
3. Ohišje: pri načrtovanju brezžičnih sistemov je pomembno, da ohišje naprav ni kovinsko in razmeroma ravno, da se doseže višji faktor povezave med oddajnikom in sprejemnikom. Kovina učinkovito preprečuje, da bi energija, ki se prenaša, prišla do sprejemnika, zato mora biti plastično ohišje izdelano izredno tanko.
Zasnova oddajnika
Brezžični polnilni sistem obsega tako oddajnik kot sprejemnik, kot smo že omenili. Spodaj je shema, ki prikazuje zasnovo oddajnika.
Obstajajo tri glavne komponente, ki sestavljajo oddajnik; vir energije, pri čemer oddajnik tuljava in preklopno vezje. Vir napajanja je običajno enosmerni iz rektificiranega AC. Po rektifikaciji se s preklopnim vezjem generira izmenični signal, ki se uporablja pri ustvarjanju spreminjajočega se magnetnega polja za indukcijo tokovnega prenosa od oddajnika do sprejemnika prek oddajniške tuljave.
Zasnova sprejemnika
Zasnova sprejemnika je podobna zasnovi oddajnika, le da se dogaja v obratnem vrstnem redu. Sprejemnik je sestavljen iz sprejemne tuljave, resonančnega omrežja in usmernika ter polnilnika IC, ki uporablja izhod usmerniškega vezja za polnjenje priključene baterije. Primer sprejemnega vezja je prikazan na spodnji sliki s poudarjenimi funkcionalnimi deli. Ta primer temelji na polnilni IC LTC4120.
Aplikacije
Trenutno se brezžično polnjenje uporablja v številnih aplikacijah, vključno z:
- Pametni telefoni in nosljivi
- Prenosniki in tablice
- Električna orodja in servisni roboti, kot so sesalniki
- Multikopterji in električne igrače
- Medicinske naprave
- Polnjenje v avtomobilu
Poleg modnih razlogov, zakaj bi morali uporabljati brezžično polnjenje, na primer brez potrebe po priključitvi naprave in težav z združljivostjo z vtiči, brezžično polnjenje zagotavlja varnost pred nevarnostmi, povezanimi z neposrednim priklopom na električno omrežje. Poleg tega je zanesljiv v težjih okoljih, kot so vrtanje in rudarstvo, ter omogoča nemoteno polnjenje med vožnjo. Končno brezžično polnjenje odpravlja zaplete in druge nerede, ki jih povzročajo žice. Z nekaj novimi aplikacijami smo obraz brezžičnega polnjenja šele opraskali, pri vsakem oblikovanju izdelka, ki ga načrtujemo v prihodnosti, pa bi si morali prizadevati za vključitev brezžičnega polnjenja, kar je zagotovo eden od načinov, kako bomo v bližnji prihodnosti polnili naprave na baterije.