Bezvadu uzlādes tehnoloģijas pārskats

Bezvadu uzlāde ir ar akumulatoru darbināmu elektronisko ierīču uzlādēšanas process, tos tieši nepiesaistot, izmantojot vadus un kabeļus, strāvas avotam. Šis process lietotājiem dod brīvību uzlādēt tālruni, atrodoties ceļā, bez nepieciešamības pieslēgt to kontaktligzdai. Tas nozīmē, ka bezvadu uzlādi atbalstošus viedtālruņus un citas ierīces var uzlādēt, vienkārši novietojot tos, piemēram, uz kafijas galdiņa, vai arī sarežģītākas mašīnas, piemēram, elektriskās automašīnas, var uzlādēt, vienkārši novietojot tās garāžā vai ar bezvadu uzlādi iespējotu ceļu. Tas novērš visus ar uzlādes vadu saistītos drošības jautājumus un paver iespējas lietotājiem jauna veida brīvībai.

Bezvadu uzlāde ir datēta ar 1800. gadu beigām, kad Nikola Tesla izstrādāja tesla spoli, kurai vajadzēja palīdzēt bezvadu pārraidīt enerģiju, savukārt eksperimenta laikā tā arī neizdevās sasniegt mērķi, tas izraisīja interesi par šo jomu un daudz vairāk cilvēku sāka strādāt pie tā ideja. 2006. gadā MIT sāka pārbaudīt rezonanses savienojuma izmantošanu liela enerģijas daudzuma pārraidei, un tas pavēra ceļu dažām lieliskajām bezvadu uzlādes tehnoloģijām, kas pastāv šodien. Jūs varat pārbaudīt šo eksperimentu, lai izveidotu Mini Tesla spoli enerģijas pārraidei bezvadu režīmā.

Kā darbojas bezvadu enerģijas pārraide

Bezvadu uzlādi dažkārt sauc par induktīvo uzlādi, jo tā ir balstīta uz elektromagnētiskās indukcijas principu. Tāpat kā bezvadu sakaru sistēmā, arī bezvadu uzlāde tiek panākta, izmantojot bezvadu enerģijas raidītāju un uztvērēju. Bezvadu uzlādes raidītājs, ko parasti dēvē par uzlādes staciju, ir pievienots strāvas kontaktligzdai un pārraida enerģiju, kas tiek piegādāta caur kontaktligzdu uz uztvērēju, kas vienmēr ir pievienots uzlādējamajai ierīcei un atrodas bezvadu uzlādes stacijas tuvumā.

Zemāk ir blokshēma, kurā aprakstītas bezvadu uzlādes sistēmas un uzlādes procesa sastāvdaļas:

Kā minēts iepriekš, bezvadu uzlāde pēc magnētiskās indukcijas principa izmanto elektrības transformatoros, ģeneratoros un motoros tā, ka elektriskās strāvas pāreja caur spoli izraisa mainīgu magnētisko lauku ap šo spoli, kas inducē strāvu citā savienotā spolē. Šis ir princips, pēc kura tiek pārsūtīta elektriskā enerģija starp primāro un sekundāro spoli elektriskajā transformatorā, kaut arī tās šķiet elektriski izolētas. Bezvadu uzlādē katram no komponentiem (raidītājam un uztvērējam), kas veido sistēmu, ir spole. Raidītāja spoli var pielīdzināt primārajai spolei, savukārt uztvērēja spoli - elektrības transformatora sekundārajai spolei. Kad lādēšanas stacija ir pievienota maiņstrāvas avotam,piegādāto jaudu līdzstrāvā izlīdzina taisngriežu sistēma, pēc kuras pārslēgšanas sistēma pārņem vadību. Pārslēgšanās iemesls ir spēja radīt mainīgo magnētisko plūsmu, kas nepieciešama, lai izraisītu lādiņus uztvērēja spolē.

Uztvērēja spole savāc ienākošo jaudu un nodod to uztvērēja ķēdei, kas pārveido ienākošo jaudu līdzstrāvā un pēc tam saņem saņemto enerģiju akumulatora uzlādēšanai.

Kā noteikts iepriekš, jaudas pārnešana notiek, kad magnētiskā plūsma, kas izveidota, izveidojot mainīgu magnētisko lauku raidītāja spolē, tiek pārveidota par elektrisko strāvu uztvērēja spolē. Radītās elektriskās strāvas daudzums ir atkarīgs no raidītāja radītās plūsmas daudzuma un no tā, cik lielu daļu no šīs plūsmas uztvērēja spole spēja uztvert. Plūsmas daudzums, ko uztvērējs uztver, ir atkarīgs no “sakabes koeficienta”, ko nosaka uztvērēja spoles izmērs, attālums un novietojums attiecībā pret raidītāja spoli. Tas nozīmē, ka lielāks sakabes koeficients radīs lielāku enerģijas pārnesi. Lai palielinātu lielāka sasaistes koeficienta iespējas, dažas bezvadu uzlādes stacijas ir veidotas ar vairākām raidītāja spolēm, kā parādīts zemāk esošajā attēlā.

Bezvadu uzlādes standarti

Bezvadu uzlādes standarti attiecas uz noteikumu kopumu, kas regulē bezvadu ierīču dizainu un attīstību. Pašlaik dažādām organizācijām tiek piedāvāti divi dažādi nozares standarti bezvadu uzlādei.

1. Rezence standarts

2. QI standarts

Rezence standarts ir balstīts uz rezonanses induktīvās uzlādes tāds, ka uzlāde notiek, kad gan raidītājs un uztvērējs spoles ir rezonanse. Izmantojot šo standartu, ierīces var sasniegt lielāku attālumu starp raidītāju un uztvērēju uzlādēšanai. Šo standartu veicina bezvadu enerģijas alianse (A4WP).

No otras puses, QI standarts nodrošina bezvadu enerģijas pārnesi, izmantojot stingru savienojumu starp spolēm un pretēji Rezence standartam, raidītājs un uztvērēja spole vienmēr ir paredzēta darbībai nedaudz atšķirīgās frekvencēs, jo tiek uzskatīts, ka, izmantojot šo iestatījumu, tiek piegādāta vairāk enerģijas. QI standartu veicina bezvadu enerģijas konsorcijs, kurā ietilpst tādi dalībnieki kā Apple inc, Qualcomm, HTC, lai pieminētu dažus.

Jūs varat izvēlēties bezvadu standartu, kas vislabāk atbilst jūsu lietojumprogrammai, ņemot vērā kompromisus starp EMI, efektivitāti un abu standartu saskaņošanas brīvību. Neskatoties uz to, dažas bezvadu uzlādes stacijas ir izstrādātas, lai atbalstītu abus standartus, un tās nodrošina augstu ierīču savietojamību.

Vienkāršs bezvadu lādētāja komplekta dizains

Pirms bezvadu uzlādes sistēmas izveidošanas jāņem vērā sekojošais.

1. Standarts: Aprīkojot ierīci ar bezvadu uzlādes iespējām, vispirms jāizvēlas bezvadu jaudas standarts, kas atbilst ierīcei un tās lietošanas gadījumiem. Noteiktas uzlādes sistēmas pamatā ir vairāki standarti.

2. Spoles izvēle: Nākamā lieta ir pareizā spoles veida un spoles ģeometrijas izvēle, lai tā atbilstu lietošanas gadījumam. Pārdevēji šīs spirāles nodrošina standarta mērierīcēs, tāpēc atbilstošo izvēle būtu jāpamato ar izmantojamā bezvadu uzlādes raidītāja IC datu lapas ieteikumu.

3. Korpuss: Projektējot bezvadu sistēmas, ir svarīgi, lai ierīču korpuss nebūtu metāla un tam būtu samērā plakana virsma, lai panāktu lielāku savienotājfaktoru starp raidītāju un uztvērēju. Metāls efektīvi novērš enerģijas pārnešanu uz uztvērēju, un plastmasas korpuss jāprojektē tā, lai tas būtu īpaši plāns.

Raidītāja dizains

Bezvadu uzlādes sistēmu veido gan raidītājs, gan uztvērējs, kā norādīts iepriekš. Zemāk ir shēma, kurā parādīts raidītāja dizains.

Raidītāju veido trīs galvenie komponenti; enerģijas avots, raidītājs spole un komutācijas ķēdes. Barošanas avots parasti ir līdzstrāvas avots no rektificēta maiņstrāvas. Pēc labošanas komutācijas ķēdi izmanto, lai ģenerētu mainīgo signālu, ko izmanto mainīgā magnētiskā lauka radīšanā, lai izraisītu strāvas pārnesi no raidītāja uz uztvērēju caur raidītāja spoli.

Uztvērēja dizains

Uztvērēja dizains ir līdzīgs raidītāja dizainam, izņemot to, ka darbība notiek apgrieztā secībā. Uztvērējs sastāv no uztvērēja spoles, rezonanses tīkla un taisngrieža un lādētāja IC, kas izmanto taisngrieža ķēdes izeju, lai uzlādētu pievienoto akumulatoru. Uztvērēja ķēdes piemērs ir parādīts zemāk esošajā attēlā ar iezīmētām funkcionālajām daļām. Šis piemērs ir balstīts uz LTC4120 uzlādes IC.

Pieteikumi

Bezvadu uzlāde pašlaik tiek izmantota daudzās lietojumprogrammās, tostarp:

1. Viedtālruņi un valkājami
2. Piezīmjdatori un planšetdatori
3. Elektroinstrumenti un servisa roboti, piemēram, putekļsūcēji
4. Multikopteri un elektriskās rotaļlietas
5. Medicīniskās ierīces
6. Uzlāde automašīnā

Papildus izdomātajiem iemesliem, kāpēc jums jāizmanto bezvadu uzlāde, piemēram, nav jāpievieno ierīce un nav saderības ar spraudni, bezvadu uzlāde nodrošina drošību no apdraudējumiem, kas saistīti ar tiešu pieslēgšanos elektrotīklam. Turklāt tas ir uzticams skarbākās vidēs, piemēram, urbšanā un kalnrūpniecībā, un ļauj vienmērīgi uzlādēt, atrodoties ceļā. Visbeidzot, bezvadu lādēšana novērš sapīšanos un citu putekļu radīto jucekli. Mēs tikai nesen esam saskrāpējuši bezvadu uzlādi ar vairākām jaunām lietojumprogrammām. Katram izstrādājumam, kas tiek veidots, domājot par nākotni, ir jāmēģina iekļaut bezvadu uzlādi, jo tas noteikti ir viens no veidiem, kā tuvākajā nākotnē uzlādēsim ar akumulatoru darbināmas ierīces.