Componenti per il design di caricabatterie a trasferimento di energia senza fili

Creato: ottobre 9, 2020
Aggiornato: luglio 1, 2024

Non vuoi che i tuoi clienti aggiungano un altro cavo alla loro collezione? Aggiungi il trasferimento di energia senza fili al tuo design.

L'altro giorno, ho ricevuto un pad di ricarica wireless per posta dalla mia vecchia università. Non sono sicuro del motivo per cui abbiano deciso di inviarlo, ma è piuttosto comodo per mantenere il mio telefono carico mentre ascolto podcast durante il lavoro. Eroga giusto abbastanza potenza per mantenere la carica del mio telefono costante mentre ascolto audio e mentre controllo occasionalmente Facebook. La fisica che governa questi sistemi è facile da comprendere, e con il numero di componenti disponibili sul mercato, sono anche facili da costruire.

Il trasferimento di energia senza fili riguarda più che la semplice comodità di mantenere il telefono carico durante il lavoro. Ambienti pieni di prodotti IoT wireless avranno bisogno di qualche modo per estendere la durata il più a lungo possibile senza cambiare manualmente le batterie. Il trasferimento di energia senza fili è un modo per raggiungere questo obiettivo senza inviare un tecnico a cambiare le batterie. Se sei interessato al trasferimento di energia senza fili, ecco cosa devi sapere e alcune opzioni per i componenti che troverai sul mercato.

Tipi di Trasferimento di Energia Senza Fili

Il trasferimento di energia senza fili avviene in due modalità possibili: accoppiamento induttivo e ricarica induttiva risonante. Entrambi i metodi sono metodi a campo vicino, ovvero, il dispositivo che deve essere caricato deve essere abbastanza vicino al caricatore. La maggior parte dei sistemi di ricarica wireless specifica un intervallo di meno di 50 mm, e posizionare il dispositivo ricevente più vicino al caricatore fornisce una ricarica più veloce.

La principale differenza tra i due sta nei termini di accordatura. Per un caricatore ad accoppiamento induttivo, i dispositivi trasmittente e ricevente utilizzano entrambi una grande bobina con induttanza nell'ordine dei μH. Le bobine trasmittenti e riceventi sono tipicamente disposte in modo che il dispositivo ricevente aumenti o diminuisca la tensione/corrente per essere nell'intervallo di carica appropriato per la batteria. L'obiettivo di progettazione è impostare la tensione/corrente ricevuta in modo tale che il tempo di carica sia minimizzato prevenendo la sovraccarica, che diminuisce la durata della batteria.

In un caricatore induttivo risonante, un condensatore è usato con la bobina per creare un risonatore LC in serie. La frequenza di risonanza del circuito LC può essere accordata per corrispondere alla frequenza del segnale ricevuto, massimizzando così la corrente nel ricevitore. Questo può essere fatto con un diodo varactor, un piccolo microcontrollore e un piccolo amplificatore di rilevamento della corrente con un anello di feedback. Questo viene poi utilizzato per regolare la capacità dal varactor per stare entro un certo intervallo.

Ci sono due insiemi di standard sui prodotti di trasferimento di energia senza fili come specificato dal Wireless Power Consortium (lo standard “Qi”) e dalla Power Matter Alliance. Lo standard Qi può essere reso compatibile con USB-PD per dispositivi che normalmente si caricherebbero tramite un cavo di tipo C. La tabella qui sotto riassume gli standard dei dispositivi specificati da entrambe le organizzazioni.

Per il trasferimento di energia senza fili senza ricarica, si applicano gli stessi concetti: l'energia viene ricevuta per induzione e inviata a valle per alimentare il dispositivo senza ricaricarlo. È sufficiente utilizzare un regolatore standard senza funzionalità di gestione della batteria e potrai alimentare un dispositivo a distanza.

Componenti per il Trasferimento di Energia Senza Fili

I componenti mostrati di seguito possono essere utilizzati sia per il trasferimento di energia senza fili per accoppiamento induttivo che per modalità di trasferimento di energia senza fili per risonanza magnetica induttiva. I componenti di cui hai bisogno si dividono in 3 aree:

Regolazione dell'energia e gestione della batteria: Questo include FET per l'interruzione on/off al lato Tx, un regolatore di potenza standard al lato Rx, o un regolatore con gestione della batteria al lato Rx.
Trasmissione e ricezione: L'energia deve essere trasmessa e ricevuta in modo efficiente con bobine ad alta induttanza; quindi, sarà necessario aggiungere un condensatore o un diodo varactor per sintonizzare la frequenza di risonanza alla frequenza Tx.
Raddrizzamento: È necessaria energia DC per caricare le batterie, quindi sarà necessario un piccolo raddrizzatore e un condensatore di potenza per convertire il segnale ricevuto in DC.
Controllo e sintonizzazione: Potresti voler accendere o spegnere l'unità, così come controllare eventuali IC tramite interfacce standard.

Würth Elektronik, 760308103204

La bobina di ricarica Rx 760308103204 di Würth Elektronik è progettata per una gamma di applicazioni in dispositivi di grandi dimensioni. Questa bobina fornisce un'induttanza costante fino ad alta corrente (10 A) e alta frequenza di commutazione (~2 MHz), come mostrato nei grafici sottostanti. Würth Elektronik offre componenti simili in array wireless sia per i lati Rx che Tx di un sistema di trasferimento di energia senza fili. Inoltre, Würth Elektronik offre bobine che combinano il trasferimento di energia senza fili e la ricezione NFC in un unico pacchetto.

Induttanza vs. frequenza e corrente nella 760308103204 di Würth Elektronik. Dal datasheet della 760308103204.

Analog Devices, LTC4124

Se cerchi una soluzione compatta per la ricarica di batterie a bassa capacità in piccoli dispositivi indossabili o altri dispositivi a basso consumo, il LTC4124 di Analog Devices è una buona scelta. Questo piccolo componente SMD fornisce tensione e corrente di uscita selezionabili tramite pin (fino a 100 mA e 4,35 V massimi, rispettivamente). Per la ricarica qualificata in base alla temperatura, questo componente include un ingresso per resistore NTC, eliminando la necessità di implementare una funzione di controllo con un MCU.

Circuito di applicazione per la ricarica wireless con il controller per il trasferimento di energia wireless LTC4124. Dal datasheet del LTC4124.

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

Il MOSFET N-channel BSC065N06LS5ATMA1 di Infineon fa parte della linea OptiMOS di MOSFET. Questo componente è valutato per un'uscita di 60 V, bassa resistenza allo stato on (6.5 mOhm) e una corrente di scarica di 64 A. La logica di pilotaggio a livello logico significa che questo MOSFET ha una bassa tensione di soglia del gate, permettendo di pilotare questo componente con un'uscita di 5 V da un microcontrollore. Questo rende il componente una parte centrale di un circuito di trasferimento di energia wireless per accoppiamento induttivo o risonante. Il pacchetto SMD a 8 pin permette inoltre a questo componente di adattarsi facilmente in un piccolo PCB.

Diagramma del pacchetto e dei pin per il MOSFET BSC065N06LS5ATMA1. Dal datasheet BSC065N06LS5ATMA1.

Altri Componenti per il Trasferimento di Energia Wireless

Un sistema di trasferimento di energia wireless necessiterà di altri componenti agli estremi Tx e Rx per aiutare a massimizzare il trasferimento di potenza verso/da le bobine, condizionare l'uscita DC e fornire accordatura per i circuiti di trasferimento di potenza risonanti.

Se vuoi aggiungere capacità di trasferimento di energia wireless a un nuovo dispositivo mobile o stai progettando un trasmettitore di potenza, puoi trovare i componenti di cui hai bisogno con le funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart. Octopart offre una soluzione completa per la ricerca e la gestione della catena di approvvigionamento per quasi ogni nuovo sistema elettronico. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per iniziare a cercare i componenti di cui hai bisogno.

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