Компоненты для дизайна зарядного устройства с беспроводной передачей энергии

Не хотите, чтобы ваши клиенты добавляли еще один шнур в свою коллекцию? Добавьте в свой дизайн беспроводную передачу энергии.

На днях мне по почте пришел беспроводной зарядный устройство от моего старого университета. Не уверен, почему они решили это отправить, но это довольно удобно для поддержания заряда моего телефона, пока я слушаю подкасты во время работы. Оно выдает достаточно энергии, чтобы мой телефон оставался заряженным, пока я слушаю аудио и время от времени проверяю Facebook. Физика, управляющая этими системами, легко понимается, и благодаря количеству компонентов, доступных на рынке, их также легко собрать.

Беспроводная передача энергии — это не только удобство для поддержания заряда вашего телефона во время работы. В средах, наполненных беспроводными продуктами IoT, необходим какой-то способ максимально продлить срок службы без ручной замены батарей. Беспроводная передача энергии — это один из способов достижения этой цели без необходимости отправлять техника для замены батарей. Если вас интересует беспроводная передача энергии, вот что вам нужно знать и какие компоненты вы найдете на рынке.

Типы беспроводной передачи энергии

Беспроводная передача энергии происходит в двух возможных режимах: индуктивная связь и резонансная индуктивная зарядка. Оба метода являются методами ближнего поля, то есть заряжаемое устройство должно находиться очень близко к зарядному устройству. Большинство систем беспроводной зарядки указывают диапазон менее 50 мм, и размещение приемного устройства ближе к зарядному устройству обеспечивает более быструю зарядку.

Основное отличие между ними заключается в настройке. Для зарядного устройства с индуктивной связью передающее и приемное устройства оба используют большую катушку с индуктивностью в диапазоне мкГн. Передающая и приемная катушки обычно располагаются так, что приемное устройство увеличивает или уменьшает напряжение/ток до соответствующего диапазона зарядки для батареи. Цель проектирования заключается в том, чтобы установить получаемое напряжение/ток таким образом, чтобы минимизировать время зарядки, предотвращая при этом перезарядку, что сокращает срок службы батареи.

В резонансном индуктивном зарядном устройстве с катушкой используется конденсатор для создания последовательного LC-резонатора. Резонансная частота LC-цепи может быть настроена на частоту принимаемого сигнала, что максимизирует ток в приемнике. Это может быть выполнено с помощью варикапного диода, небольшого микроконтроллера и небольшого усилителя тока с обратной связью. Затем это используется для регулировки емкости от варикапа, чтобы она находилась в определенном диапазоне.

Существуют два набора стандартов на продукты беспроводной передачи энергии, как указано Консорциумом Беспроводной Энергии (стандарт «Qi») и Альянсом по Энергии (Power Matter Alliance). Стандарт Qi может быть сделан совместимым с USB-PD для устройств, которые обычно заряжаются через кабель Type-C. В таблице ниже приведены стандарты устройств, указанные обеими организациями.

Для беспроводной передачи энергии без зарядки применяются те же концепции: энергия получается индуктивно и направляется далее для питания устройства без зарядки. Просто используйте стандартный регулятор без функций управления батареей, и вы сможете питать устройство на расстоянии.

Компоненты для беспроводной передачи энергии

Ниже показаны компоненты, которые могут использоваться как для индуктивной связи, так и для режимов беспроводной передачи энергии с магнитным резонансом. Компоненты, которые вам понадобятся, делятся на 3 области:

• Регулирование мощности и управление батареей: Это включает в себя FET-транзисторы для включения/выключения на конце передатчика (Tx), стандартный регулятор мощности на конце приемника (Rx) или регулятор с управлением батареей на конце Rx.

• Передача и прием: Энергия должна передаваться и приниматься эффективно с помощью катушек с высокой индуктивностью; затем вам нужно будет добавить конденсатор или варикап для настройки резонансной частоты на частоту Tx.

• Выпрямление: Для зарядки батарей необходимо постоянное напряжение, поэтому потребуется небольшой выпрямитель и конденсатор мощности для преобразования принятого сигнала в постоянный ток.

• Управление и настройка: Возможно, вы захотите включить или выключить устройство, а также управлять любыми интегральными схемами через стандартные интерфейсы.

Würth Elektronik, 760308103204

Катушка зарядки 760308103204 Rx от Würth Elektronik предназначена для ряда приложений в крупных устройствах. Эта катушка обеспечивает плоскую индуктивность до высокого тока (10 А) и высокой частоты переключения (~2 МГц), как показано на графиках ниже. Würth Elektronik предлагает аналогичные компоненты в беспроводных массивах как для стороны приемника (Rx), так и для стороны передатчика (Tx) системы беспроводной передачи энергии. Кроме того, Würth Elektronik предлагает катушки, которые сочетают в себе беспроводную передачу энергии и прием NFC в одном корпусе.

Индуктивность в зависимости от частоты и тока в 760308103204 от Würth Elektronik. Из технического описания 760308103204.

Analog Devices, LTC4124

Если вы ищете компактное решение для зарядки аккумуляторов небольшой емкости в носимых устройствах или других устройствах с низким потреблением, LTC4124 от Analog Devices будет хорошим выбором. Этот небольшой компонент SMD обеспечивает выбираемое напряжение и ток на выходе (до 100 мА и 4,35 В максимум, соответственно). Для зарядки с контролем температуры этот компонент включает вход для термистора NTC, что исключает необходимость реализации функции управления с помощью MCU.

Схема приложения для беспроводной зарядки с контроллером передачи беспроводной энергии LTC4124. Из даташита LTC4124.

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

N-канальный MOSFET BSC065N06LS5ATMA1 от Infineon является частью линейки MOSFET OptiMOS. Этот компонент рассчитан на выходное напряжение 60 В, низкое сопротивление в открытом состоянии (6.5 мОм) и ток стока 64 А. Логический уровень управления означает, что у этого MOSFET низкое пороговое напряжение затвора, что позволяет управлять этим компонентом с выхода 5 В от микроконтроллера. Это делает компонент центральной частью цепи беспроводной передачи энергии с индуктивной связью или резонансной индуктивной передачей энергии. 8-контактный корпус SMD также позволяет легко вместить этот компонент на небольшой печатной плате.

Корпус и распиновка MOSFET BSC065N06LS5ATMA1. Из даташита BSC065N06LS5ATMA1.

Другие компоненты для беспроводной передачи энергии

Системе беспроводной передачи энергии потребуются другие компоненты на концах передатчика (Tx) и приемника (Rx), чтобы помочь максимизировать передачу энергии к/от катушек, кондиционировать выходное постоянное напряжение и обеспечить настройку для резонансных цепей передачи энергии.

• Микроконтроллер для настройки резонансных цепей беспроводной передачи энергии

• Компоненты регулятора мощности

• Варакторные диоды для настройки цепей

Если вы хотите добавить возможности беспроводной передачи энергии в новое мобильное устройство или вы разрабатываете передатчик питания, вы можете найти необходимые компоненты с продвинутыми функциями поиска и фильтрации на Octopart. Octopart предлагает вам полное решение для поиска компонентов и управления цепочкой поставок почти для любой новой электронной системы. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы начать поиск необходимых компонентов.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.