- Hogyan működik a vezeték nélküli áramátvitel
- Vezeték nélküli töltési szabványok
- Egyszerű vezeték nélküli töltő készlet kialakítása
- Az adó tervezése
- A vevő kialakítása
- Alkalmazások
A vezeték nélküli töltés az akkumulátorral működő elektronikus eszközök újratöltésének folyamata anélkül, hogy vezetékekkel és kábelekkel közvetlenül áramforráshoz kötnék őket. Ez a folyamat megadja a felhasználóknak a szabadságot, hogy útközben feltöltsék telefonjukat anélkül, hogy csatlakoztatniuk kellene az aljzathoz. Ez azt jelenti, hogy a vezeték nélküli töltést lehetővé tevő okostelefonokat és más eszközöket egyszerűen fel lehet tölteni például egy dohányzóasztalra helyezve, vagy akár olyan bonyolultabb gépeket is lehet tölteni, mint az elektromos autók, ha egyszerűen parkolnak a garázsban, vagy vezeték nélküli töltéssel engedélyezett úton. Megszünteti a vezeték alapú töltéssel kapcsolatos összes biztonsági kérdést, és újfajta szabadságot nyit a felhasználók számára.
A vezeték nélküli töltés az 1800-as évek végére nyúlik vissza, amikor Nikola Tesla kifejlesztette a tesla tekercset, amelynek állítólag elő kellett segítenie az energia vezeték nélküli továbbítását, míg a kísérlet akkor nem érte el a célt, felkeltette az érdeklődést a terület iránt, és sokkal többen kezdtek dolgozni Az ötlet. 2006-ban az MIT megkezdte a rezonáns csatolás tesztelését nagy mennyiségű energia továbbítására, és ez utat nyitott a ma létező nagyszerű vezeték nélküli töltési technológiák előtt. Megtekintheti ezt a kísérletet egy Mini Tesla tekercs felépítéséhez, amely vezeték nélkül továbbítja az energiát.
Hogyan működik a vezeték nélküli áramátvitel
A vezeték nélküli töltést néha induktív töltésnek nevezik, mivel az elektromágneses indukció elvén alapszik. Csakúgy, mint a vezeték nélküli kommunikációs rendszer, a vezeték nélküli töltést is egy vezeték nélküli energia-adó és -vevő működésével érik el. A vezeték nélküli töltőadó, amelyet általában töltőállomásnak neveznek, egy fali aljzathoz van csatlakoztatva, és a kimeneten keresztül táplált energiát továbbítja a vevőhöz, amely mindig a töltendő eszközhöz van csatlakoztatva, és a vezeték nélküli töltőállomás közvetlen közelében helyezkedik el.
Az alábbiakban egy blokkdiagram ismerteti a vezeték nélküli töltőrendszer és a töltési folyamat összetevőit :
Mint korábban említettük, a vezeték nélküli töltés az elektromos transzformátorokban, generátorokban és motorokban alkalmazott mágneses indukció elvét alkalmazza, így az elektromos áram tekercsen való áthaladása változó mágneses teret okoz a tekercs körül, amely áramot indukál egy másik kapcsolt tekercsben. Ez az alapelv az elektromos transzformátor primer és szekunder tekercs közötti átvitelében, annak ellenére, hogy elektromosan elszigeteltnek tűnnek. Vezeték nélküli töltés során a rendszert alkotó összes komponens (az adó és a vevő) tekerccsel rendelkezik. Az adótekercs az elsődleges tekercshez, míg a vevőtekercs az elektromos transzformátor szekunder tekercséhez hasonlítható. Amikor egy töltőállomás csatlakozik az AC tápellátáshoz,az áramellátást az egyenirányító rendszer egyenfeszültségre egyenlíti, majd ezt követően a kapcsolórendszer átveszi a hatalmat. A kapcsolás oka az, hogy képes legyen létrehozni a változó mágneses fluxust, amely a vevőtekercs töltéseinek előidézéséhez szükséges.
A vevőtekercs összegyűjti a bejövő energiát és továbbítja azt a vevő áramkörnek, amely a bejövő energiát egyenárammá alakítja, majd a kapott energiát az akkumulátor feltöltésére használja.
Amint azt a fentiekben megállapítottuk, az energiaátadás akkor következik be, amikor az adó tekercsében váltakozó mágneses mező létrehozásával létrehozott mágneses fluxust elektromos árammá alakítják a vevő tekercsében. A keletkező elektromos áram mennyisége az adó által generált fluxus mennyiségétől és attól függ, hogy a vevő tekercs mekkora részét tudta megfogni. A vevő által rögzített fluxus mennyisége a „kapcsolási tényezőtől” függ, amelyet a vevőtekercs mérete, távolsága és elhelyezése határoz meg az adótekercshez viszonyítva. Ez azt jelenti, hogy a magasabb kapcsolási tényező magasabb energiaátvitelt eredményez. A nagyobb kapcsolási tényező esélyének növelése érdekében bizonyos vezeték nélküli töltőállomásokat több adótekercsel terveztek, amint az az alábbi képen látható.
Vezeték nélküli töltési szabványok
A vezeték nélküli töltési szabványok a vezeték nélküli eszközök tervezésére és fejlesztésére irányadó szabályok együttesére vonatkoznak. Jelenleg két különféle ipari szabvány támogatja a vezeték nélküli töltést különböző szervek számára.
1. Rezence Standard
2. QI szabvány
A Rezence szabvány a rezonáns induktív töltésen alapul, így a töltés akkor történik, amikor az adó és a vevő tekercsei is rezonanciában vannak. Ezzel a szabványsal az eszközök nagyobb távolságot érhetnek el az adó és a vevő között a töltéshez. Ezt a szabványt támogatja a Szövetség a vezeték nélküli energiáért (A4WP).
A QI szabvány másrészt ér vezeték nélküli energiaátvitel segítségével szoros összekapcsolódás a tekercsek közötti ellen Rezence szabvány, az adó és a vevő tekercs mindig üzemelésre tervezett némileg eltérő frekvenciájú, mivel úgy tartják több energiát szállítják ezt a beállítást. A QI szabványt támogatja a vezeték nélküli áramkonzorcium, amely olyan tagokat tartalmaz, mint az Apple inc, a Qualcomm, a HTC, hogy néhányat említsünk.
Kiválaszthatja az alkalmazásának leginkább megfelelő vezeték nélküli szabványt, figyelembe véve az EMI közötti kompromisszumokat, a hatékonyságot és a két szabvány összehangolásának szabadságát. Ennek ellenére bizonyos vezeték nélküli töltőállomásokat mindkét szabvány támogatására terveztek, ezek nagy átjárhatóságot biztosítanak az eszközök között.
Egyszerű vezeték nélküli töltő készlet kialakítása
A vezeték nélküli töltőrendszer kiépítése előtt a következőket kell figyelembe venni.
1. Normál: Ha egy eszközt vezeték nélküli töltési képességekkel látunk el, akkor először meg kell választani az eszközhöz és annak használati eseteihez illeszkedő vezeték nélküli teljesítmény szabványt. Bizonyos töltési rendszerek több szabványon alapulnak.
2. Tekercs kiválasztása: A következő dolog a megfelelő tekercstípus és tekercsgeometria kiválasztása, hogy illeszkedjen a használati esethez. A szállítók ezeket a tekercseket szabványos mérőeszközökkel látják el, így a megfelelő kiválasztását a vezeték nélküli töltő adó IC adatlapjának ajánlásán kell alapulnia.
3. Ház: A vezeték nélküli rendszerek tervezésénél fontos, hogy az eszközök háza ne fém legyen, és viszonylag sík felületű legyen, hogy nagyobb kapcsolási tényezőt érhessünk el az adó és a vevő között. A fém hatékonyan megakadályozza az átvitt energia átjutását a vevőbe, és a műanyag burkolatot ultravékonynak kell megtervezni.
Az adó tervezése
A vezeték nélküli töltőrendszer mind az adóból, mind a vevőből áll, amint azt korábban említettük. Az alábbiakban az adó vázlata látható.
Három fő összetevő alkotja az adót; az áramforrás, az adótekercs és a kapcsoló áramkör. Az áramforrás általában egyenirányított egy egyenirányított váltakozó áramról. A kijavítást követően a kapcsoló áramkört használják a váltakozó jel előállítására, amelyet a változó mágneses mező létrehozásához használnak, hogy áramot indukáljanak az adóból a vevőbe az adótekercsen keresztül.
A vevő kialakítása
A vevő kialakítása hasonló az adóéval, kivéve, ha a művelet fordított sorrendben történik. A vevő egy vevőtekercsből, rezonancia hálózatból, egyenirányítóból és egy töltő IC-ből áll, amely az egyenirányító áramkör kimenetét használja a csatlakoztatott akkumulátor feltöltésére. Az alábbi képen látható a vevő áramkörének példája, kiemelve a funkcionális részeket. Ez a példa az LTC4120 töltő IC-n alapul.
Alkalmazások
A vezeték nélküli töltést jelenleg számos alkalmazásban használják, többek között:
- Okostelefonok és hordható
- Notebookok és táblagépek
- Elektromos szerszámok és szervizrobotok, például porszívók
- Multikopterek és elektromos játékok
- Orvosi eszközök
- Autós töltés
A vezeték nélküli töltés azon fantáziadús okai mellett, amelyek miatt nincs szükség eszköz csatlakoztatására és nincsenek kompatibilitási problémák, a vezeték nélküli töltés biztonságot nyújt a közvetlen hálózati csatlakozással kapcsolatos veszélyek ellen. Ezenkívül megbízhatóbb még durvább környezetekben is, mint például a fúrás és a bányászat, és zökkenőmentes menet közbeni töltést tesz lehetővé. Végül a vezeték nélküli töltés kiküszöböli a sodródást és a vezetékek által okozott egyéb rendetlenséget. A vezeték nélküli töltés arcát csak újszerű alkalmazásokkal karcoltuk meg. A jövőre való tekintettel minden terméktervezésnek törekednie kell a vezeték nélküli töltés beépítésére, mivel ez minden bizonnyal az egyik módja annak, hogy az akkumulátorral működő eszközöket a legközelebbi jövőben töltsük fel.