Composants pour la conception de chargeur à transfert d'énergie sans fil

Créé: Octobre 9, 2020
Mise à jour: Juillet 1, 2024

Vous ne voulez pas que vos clients ajoutent un autre câble à leur collection ? Intégrez le transfert d'énergie sans fil à votre conception.

L'autre jour, j'ai reçu un tapis de chargement sans fil par courrier de mon ancienne université. Je ne suis pas sûr de la raison pour laquelle ils ont décidé de l'envoyer, mais c'est assez pratique pour garder mon téléphone chargé pendant que j'écoute des podcasts pendant le travail. Il fournit juste assez de puissance pour maintenir la charge de mon téléphone constante pendant que j'écoute de l'audio et que je vérifie occasionnellement Facebook. La physique qui régit ces systèmes est facile à comprendre, et avec le nombre de composants disponibles sur le marché, ils sont également faciles à construire.

Le transfert d'énergie sans fil ne concerne pas seulement la commodité de garder votre téléphone chargé pendant le travail. Les environnements remplis de produits IoT sans fil auront besoin d'un moyen d'étendre les durées de vie aussi longtemps que possible sans changer manuellement les batteries. Le transfert d'énergie sans fil est un moyen d'atteindre cet objectif sans envoyer un technicien pour changer les batteries. Si vous êtes intéressé par le transfert d'énergie sans fil, voici ce que vous devez savoir et quelques options de composants que vous trouverez sur le marché.

Types de transfert d'énergie sans fil

Le transfert d'énergie sans fil se produit selon deux modes possibles : le couplage inductif et la charge inductive résonante. Les deux méthodes sont des méthodes de champ proche, c'est-à-dire que le dispositif en charge doit être assez proche du chargeur. La plupart des systèmes de chargement sans fil spécifient une portée de moins de 50 mm, et placer le dispositif récepteur plus près du chargeur permet un chargement plus rapide.

La principale différence entre les deux réside dans le réglage. Pour un chargeur à couplage inductif, les dispositifs émetteur et récepteur utilisent tous deux une grande bobine avec une inductance dans la gamme des μH. Les bobines émettrice et réceptrice sont généralement disposées de manière à ce que le dispositif récepteur augmente ou diminue la tension/le courant pour être dans la plage de charge appropriée pour la batterie. L'objectif de conception est de régler la tension/le courant reçu de manière à minimiser le temps de charge tout en évitant la surcharge, ce qui diminue la durée de vie de la batterie.

Dans un chargeur inductif résonant, un condensateur est utilisé avec la bobine pour créer un résonateur LC en série. La fréquence de résonance du circuit LC peut être réglée pour correspondre à la fréquence du signal reçu, ce qui maximise le courant dans le récepteur. Cela peut être réalisé avec une diode varactor, un petit microcontrôleur et un petit amplificateur de détection de courant avec une boucle de rétroaction. Ceci est ensuite utilisé pour ajuster la capacitance du varactor pour se situer dans une certaine plage.

Il existe deux ensembles de normes sur les produits de transfert d'énergie sans fil telles que spécifiées par le Wireless Power Consortium (la norme “Qi”) et la Power Matter Alliance. La norme Qi peut être rendue compatible avec USB-PD pour les appareils qui se chargeraient normalement via un câble de type C. Le tableau ci-dessous résume les normes d'appareils spécifiées par les deux organisations.

Pour le transfert d'énergie sans fil sans charge, les mêmes concepts s'appliquent : l'énergie est reçue par induction, et elle est envoyée en aval pour alimenter l'appareil sans le charger. Il suffit d'utiliser un régulateur standard sans fonctionnalités de gestion de batterie et vous pourrez alimenter un appareil à distance.

Composants pour le transfert d'énergie sans fil

Les composants présentés ci-dessous peuvent être utilisés pour les modes de transfert d'énergie sans fil par couplage inductif ou par résonance magnétique inductive. Les composants dont vous avez besoin se répartissent en 3 domaines :

Régulation de puissance et gestion de batterie : Cela inclut les FETs pour la commutation marche/arrêt à l'extrémité Tx, un régulateur de puissance standard à l'extrémité Rx, ou un régulateur avec gestion de batterie à l'extrémité Rx.
Transmission et réception : L'énergie doit être transmise et reçue efficacement avec des bobines à haute inductance ; vous devrez ensuite ajouter un condensateur ou une diode varactor pour accorder la fréquence de résonance à la fréquence Tx.
Redressement : Une puissance DC est nécessaire pour charger les batteries, donc un petit redresseur et un condensateur de puissance seront nécessaires pour convertir le signal reçu en DC.
Contrôle et accord : Vous voudrez peut-être allumer ou éteindre l'unité, ainsi que contrôler tout CI via des interfaces standard.

Würth Elektronik, 760308103204

La bobine de charge Rx 760308103204 de Würth Elektronik est conçue pour une gamme d'applications dans des appareils plus grands. Cette bobine fournit une inductance plate jusqu'à un courant élevé (10 A) et une fréquence de commutation élevée (~2 MHz), comme le montrent les graphiques ci-dessous. Würth Elektronik propose des composants similaires dans des réseaux sans fil tant pour les côtés Rx que Tx d'un système de transfert d'énergie sans fil. De plus, Würth Elektronik offre des bobines qui combinent le transfert d'énergie sans fil et la réception NFC dans un seul et même paquet.

Inductance vs. fréquence et courant dans le 760308103204 de Würth Elektronik. D'après la fiche technique du 760308103204.

Analog Devices, LTC4124

Si vous recherchez une solution compacte pour charger des batteries de faible capacité dans des wearables de petite taille ou d'autres dispositifs à faible puissance, le LTC4124 d'Analog Devices est un bon choix. Ce petit composant CMS fournit une tension et un courant de sortie sélectionnables par broche (jusqu'à 100 mA et 4,35 V maximum, respectivement). Pour une charge qualifiée en température, ce composant inclut une entrée de résistance NTC, ce qui élimine le besoin de mettre en œuvre une fonction de contrôle avec un MCU.

Circuit d'application de charge sans fil avec le contrôleur de transfert d'énergie sans fil LTC4124. Extrait de la fiche technique du LTC4124.

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

Le MOSFET N-channel BSC065N06LS5ATMA1 d'Infineon fait partie de la ligne OptiMOS de MOSFETs. Ce composant est conçu pour une sortie de 60 V, une faible résistance à l'état passant (6,5 mOhm) et un courant de drain de 64 A. La commande de niveau logique signifie que ce MOSFET a une faible tension de seuil de grille, permettant à ce composant d'être piloté avec une sortie de 5 V d'un microcontrôleur. Cela fait de ce composant une partie centrale d'un circuit de transfert d'énergie sans fil par couplage inductif ou inductif résonant. Le boîtier SMD à 8 broches permet également à ce composant de s'intégrer facilement dans un petit PCB.

Schéma du boîtier et des broches pour le MOSFET BSC065N06LS5ATMA1. Extrait de la fiche technique BSC065N06LS5ATMA1.

Autres composants pour le transfert d'énergie sans fil

Un système de transfert d'énergie sans fil nécessitera d'autres composants aux extrémités Tx et Rx pour aider à maximiser le transfert d'énergie vers/depuis les bobines, conditionner la sortie DC et fournir un accord pour les circuits de transfert d'énergie résonants.

Que vous souhaitiez ajouter des capacités de transfert d'énergie sans fil à un nouveau dispositif mobile ou que vous conceviez un émetteur d'énergie, vous pouvez trouver les composants nécessaires avec les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Octopart vous offre une solution complète pour l'approvisionnement et la gestion de la chaîne d'approvisionnement pour presque tout nouveau système électronique. Consultez notre page sur les circuits intégrés pour commencer à rechercher les composants dont vous avez besoin.

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