Komponenty do projektowania ładowarki z bezprzewodowym transferem energii

Utworzono: październik 9, 2020
Zaktualizowano: lipiec 1, 2024

Nie chcesz, aby Twoi klienci dodawali kolejny kabel do swojej kolekcji? Dodaj do swojego projektu bezprzewodowy transfer energii.

Ostatnio otrzymałem w przesyłce bezprzewodową ładowarkę od mojej starej uczelni. Nie jestem pewien, dlaczego zdecydowali się to wysłać, ale jest to dość wygodne do utrzymania mojego telefonu naładowanym podczas słuchania podcastów w pracy. Dostarcza wystarczająco dużo energii, aby utrzymać naładowanie telefonu na stałym poziomie, podczas gdy słucham audio i od czasu do czasu sprawdzam Facebooka. Fizyka rządząca tymi systemami jest łatwa do zrozumienia, a dzięki liczbie dostępnych na rynku komponentów, są one również łatwe do zbudowania.

Bezprzewodowy transfer energii to coś więcej niż tylko wygoda utrzymania telefonu naładowanego w pracy. Środowiska pełne bezprzewodowych produktów IoT będą potrzebować sposobu na jak najdłuższe przedłużenie czasu pracy bez ręcznej wymiany baterii. Bezprzewodowy transfer energii to jeden ze sposobów osiągnięcia tego celu bez konieczności wysyłania technika do wymiany baterii. Jeśli interesuje Cię bezprzewodowy transfer energii, oto co musisz wiedzieć i kilka opcji komponentów, które znajdziesz na rynku.

Typy bezprzewodowego transferu energii

Bezprzewodowy transfer energii odbywa się w dwóch możliwych trybach: sprzężeniu indukcyjnym i ładowaniu rezonansowym indukcyjnym. Oba metody są metodami bliskiego pola, tzn. urządzenie ładujące musi być bardzo blisko ładowarki. Większość systemów ładowania bezprzewodowego określa zasięg mniejszy niż 50 mm, a umieszczenie urządzenia odbierającego bliżej ładowarki zapewnia szybsze ładowanie.

Główna różnica między nimi polega na dostrojeniu. W przypadku ładowarki z sprzężeniem indukcyjnym, urządzenia nadawcze i odbiorcze używają dużej cewki o indukcyjności w zakresie μH. Cewki nadawcze i odbiorcze są zwykle ustawione tak, aby urządzenie odbiorcze zwiększało lub zmniejszało napięcie/prąd do odpowiedniego zakresu ładowania baterii. Celem projektowym jest ustawienie odbieranego napięcia/prądu tak, aby czas ładowania był zminimalizowany, jednocześnie zapobiegając przeładowaniu, co zmniejsza żywotność baterii.

W ładowarce rezonansowej indukcyjnej kondensator jest używany wraz z cewką do stworzenia rezonansowego obwodu LC. Częstotliwość rezonansowa obwodu LC może być dostrojona do częstotliwości odbieranego sygnału, co maksymalizuje prąd w odbiorniku. Można to zrobić za pomocą diody warikapowej, małego mikrokontrolera i małego wzmacniacza pomiaru prądu z pętlą sprzężenia zwrotnego. Następnie jest to używane do dostosowania pojemności z warikapu, aby znajdowała się w określonym zakresie.

Istnieją dwa zestawy standardów dotyczących produktów do bezprzewodowego transferu energii, jak określono przez Wireless Power Consortium (standard „Qi”) i Power Matter Alliance. Standard Qi może być kompatybilny z USB-PD dla urządzeń, które normalnie ładowałyby się przez kabel typu C. Poniższa tabela podsumowuje standardy urządzeń określone przez obie organizacje.

W przypadku bezprzewodowego transferu energii bez ładowania, te same koncepcje mają zastosowanie: energia jest odbierana indukcyjnie i przesyłana dalej, aby zasilać urządzenie bez ładowania. Wystarczy użyć standardowego regulatora bez funkcji zarządzania baterią, a będziesz zasilać urządzenie z odległości.

Elementy do bezprzewodowego transferu energii

Elementy pokazane poniżej mogą być używane zarówno do indukcyjnego sprzęgania, jak i do trybów bezprzewodowego transferu energii z rezonansem magnetycznym. Potrzebne elementy można podzielić na 3 obszary:

Regulacja mocy i zarządzanie baterią: Obejmuje to FETy do włączania/wyłączania na końcu Tx, standardowy regulator mocy na końcu Rx lub regulator z zarządzaniem baterią na końcu Rx.
Transmisja i odbiór: Energia musi być efektywnie przesyłana i odbierana za pomocą cewek o wysokiej indukcyjności; następnie musisz dodać kondensator lub diodę warikapową do strojenia częstotliwości rezonansowej do częstotliwości Tx.
Prostowanie: Do ładowania baterii potrzebna jest energia stałoprądowa, więc mały prostownik i kondensator mocy będą potrzebne do przekształcenia odbieranego sygnału na prąd stały.
Kontrola i strojenie: Możesz chcieć włączyć lub wyłączyć urządzenie, jak również kontrolować jakiekolwiek układy scalone za pomocą standardowych interfejsów.

Würth Elektronik, 760308103204

Cewka do ładowania Rx 760308103204 od Würth Elektronik jest zaprojektowana do zastosowań w większych urządzeniach. Ta cewka zapewnia płaską indukcyjność aż do wysokiego prądu (10 A) i wysokiej częstotliwości przełączania (~2 MHz), jak pokazano na poniższych wykresach. Würth Elektronik oferuje podobne komponenty w układach bezprzewodowych zarówno dla stron Rx, jak i Tx systemu bezprzewodowego transferu energii. Ponadto, Würth Elektronik oferuje cewki łączące transfer energii bezprzewodowej i odbiór NFC w jednym pakiecie.

Indukcyjność w zależności od częstotliwości i prądu w 760308103204 od Würth Elektronik. Z karty katalogowej 760308103204.

Analog Devices, LTC4124

Jeśli szukasz kompaktowego rozwiązania do ładowania baterii o małej pojemności w małych urządzeniach noszonych lub innych urządzeniach o niskiej mocy, LTC4124 od Analog Devices jest dobrym wyborem. Ten mały komponent SMD zapewnia wybór napięcia i prądu wyjściowego za pomocą pinów (do 100 mA i maksymalnie 4,35 V, odpowiednio). Dla kwalifikowanego ładowania w zakresie temperatur, ten komponent zawiera wejście rezystora NTC, co eliminuje potrzebę implementacji funkcji kontrolnej z MCU.

Układ aplikacji do bezprzewodowego ładowania z kontrolerem przesyłu energii bezprzewodowej LTC4124. Z karty katalogowej LTC4124.

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

MOSFET kanału N BSC065N06LS5ATMA1 od Infineon jest częścią linii MOSFETów OptiMOS. Ten komponent jest oceniany na 60 V wyjściowych, niską rezystancję w stanie przewodzenia (6,5 mOhm) oraz 64 A prądu drenu. Napęd na poziomie logicznym oznacza, że ten MOSFET ma niskie napięcie progowe bramki, co pozwala na sterowanie tym komponentem z wyjścia 5 V z mikrokontrolera. Sprawia to, że komponent ten jest kluczową częścią układu do bezprzewodowego transferu energii przez sprzężenie indukcyjne lub rezonansowe. Obudowa SMD z 8 pinami pozwala również na łatwe umieszczenie tego komponentu na małej płytce PCB.

Obudowa i schemat wyprowadzeń dla MOSFET BSC065N06LS5ATMA1. Z karty katalogowej BSC065N06LS5ATMA1.

Inne komponenty do bezprzewodowego transferu energii

System do bezprzewodowego transferu energii będzie potrzebował innych komponentów na końcach Tx i Rx, aby pomóc maksymalizować transfer energii do/z cewek, kondycjonować wyjście DC oraz dostarczać strojenie dla obwodów rezonansowego transferu energii.

Jeśli chcesz dodać możliwości bezprzewodowego transferu energii do nowego urządzenia mobilnego lub projektujesz nadajnik mocy, możesz znaleźć potrzebne komponenty dzięki zaawansowanym funkcjom wyszukiwania i filtrowania w Octopart. Octopart oferuje kompleksowe rozwiązanie do pozyskiwania i zarządzania łańcuchem dostaw dla niemal każdego nowego systemu elektronicznego. Zapoznaj się z naszą stroną układów scalonych, aby zacząć szukać potrzebnych komponentów.

Zostań na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.