Các thành phần cho Thiết kế Sạc Không Dây Chuyển Giao Năng Lượng

Created: Tháng Mười 9, 2020
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Không muốn khách hàng của bạn phải thêm một sợi dây nữa vào bộ sưu tập của họ? Hãy thêm tính năng truyền năng lượng không dây vào thiết kế của bạn.

Hôm qua, tôi nhận được một tấm sạc không dây qua thư từ trường đại học cũ của mình. Tôi không chắc tại sao họ quyết định gửi cái này, nhưng nó khá tiện lợi để giữ điện thoại của tôi được sạc trong khi tôi nghe podcast trong lúc làm việc. Nó cung cấp đủ năng lượng để giữ điện thoại của tôi được sạc liên tục trong khi tôi nghe âm thanh và thỉnh thoảng kiểm tra Facebook. Vật lý điều khiển các hệ thống này dễ hiểu, và với số lượng linh kiện có sẵn trên thị trường, chúng cũng dễ dàng được xây dựng.

Truyền năng lượng không dây không chỉ đơn thuần là tiện lợi để giữ điện thoại được sạc trong lúc làm việc. Môi trường chứa đầy sản phẩm IoT không dây sẽ cần một cách nào đó để kéo dài thời gian sử dụng càng lâu càng tốt mà không cần thay pin thủ công. Truyền năng lượng không dây là một cách để đạt được mục tiêu này mà không cần phải gửi kỹ thuật viên đi thay pin. Nếu bạn quan tâm đến truyền năng lượng không dây, đây là những điều bạn cần biết và một số lựa chọn về linh kiện bạn sẽ tìm thấy trên thị trường.

Các Loại Truyền Năng Lượng Không Dây

Truyền năng lượng không dây xảy ra trong hai chế độ có thể: ghép nối cảm ứng và sạc cảm ứng cộng hưởng. Cả hai phương pháp đều là phương pháp gần trường, tức là, thiết bị được sạc cần phải rất gần với bộ sạc. Hầu hết các hệ thống sạc không dây chỉ định phạm vi ít hơn 50 mm, và đặt thiết bị nhận gần bộ sạc hơn sẽ cung cấp sạc nhanh hơn.

Sự khác biệt chính giữa hai phương pháp là về điều chỉnh. Đối với bộ sạc ghép nối cảm ứng, cả thiết bị truyền và nhận đều sử dụng một cuộn dây lớn với độ tự cảm trong phạm vi μH. Cuộn dây truyền và nhận thường được sắp xếp sao cho thiết bị nhận tăng hoặc giảm điện áp/dòng điện để nằm trong phạm vi sạc phù hợp cho pin. Mục tiêu thiết kế là đặt điện áp/dòng điện nhận được sao cho thời gian sạc được tối thiểu hóa trong khi ngăn chặn sạc quá mức, điều này làm giảm tuổi thọ pin.

Trong bộ sạc cảm ứng cộng hưởng, một tụ điện được sử dụng với cuộn dây để tạo ra một bộ dao động LC nối tiếp. Tần số cộng hưởng của mạch LC có thể được điều chỉnh để khớp với tần số của tín hiệu nhận được, điều này tối đa hóa dòng điện trong bộ nhận. Điều này có thể được thực hiện với một diode varactor, một vi điều khiển nhỏ và một bộ khuếch đại cảm biến dòng nhỏ với một vòng phản hồi. Điều này sau đó được sử dụng để điều chỉnh dung lượng từ varactor để nằm trong một phạm vi nhất định.

Có hai bộ tiêu chuẩn về sản phẩm truyền năng lượng không dây như được quy định bởi Wireless Power Consortium (tiêu chuẩn “Qi”) và Power Matter Alliance. Tiêu chuẩn Qi có thể được tương thích với USB-PD cho các thiết bị thường sẽ sạc qua cáp Type-C. Bảng dưới đây tóm tắt các tiêu chuẩn thiết bị được quy định bởi cả hai tổ chức.

Đối với việc truyền tải năng lượng không dây mà không cần sạc, các khái niệm tương tự được áp dụng: năng lượng được nhận một cách cảm ứng, và sau đó được gửi xuống dưới để cung cấp năng lượng cho thiết bị mà không cần sạc. Chỉ cần sử dụng một bộ điều chỉnh tiêu chuẩn không có tính năng quản lý pin và bạn sẽ có thể cung cấp năng lượng cho một thiết bị từ xa.

Các thành phần cho Truyền tải Năng lượng Không Dây

Các thành phần được hiển thị dưới đây có thể được sử dụng cho cả hai chế độ truyền tải năng lượng không dây cảm ứng hoặc cảm ứng từ cộng hưởng. Các thành phần bạn cần thuộc về 3 lĩnh vực:

Điều chỉnh năng lượng và quản lý pin: Điều này bao gồm FETs cho việc chuyển đổi bật/tắt ở đầu Tx, một bộ điều chỉnh năng lượng tiêu chuẩn ở đầu Rx, hoặc một bộ điều chỉnh với quản lý pin ở đầu Rx.
Truyền và nhận: Năng lượng cần được truyền và nhận một cách hiệu quả với các cuộn cảm có độ tự cảm cao; sau đó bạn cần thêm một tụ điện hoặc diode varactor để điều chỉnh tần số cộng hưởng với tần số Tx.
Chỉnh lưu: Năng lượng DC cần thiết để sạc pin, vì vậy một bộ chỉnh lưu nhỏ và tụ điện năng lượng sẽ cần thiết để chuyển đổi tín hiệu nhận được thành DC.
Điều khiển và điều chỉnh: Bạn có thể muốn chuyển đổi thiết bị bật hoặc tắt, cũng như điều khiển bất kỳ IC nào qua các giao diện tiêu chuẩn.

Würth Elektronik, 760308103204

Coil sạc Rx 760308103204 từ Würth Elektronik được thiết kế cho một loạt các ứng dụng trong các thiết bị lớn hơn. Coil này cung cấp độ tự cảm ổn định đến dòng điện cao (10 A) và tần số chuyển mạch cao (~2 MHz), như được hiển thị trong các biểu đồ dưới đây. Würth Elektronik cung cấp các thành phần tương tự trong các mảng không dây cả cho phía Rx và Tx của hệ thống truyền tải năng lượng không dây. Ngoài ra, Würth Elektronik cung cấp các coil kết hợp truyền tải năng lượng không dây và nhận NFC vào một gói duy nhất.

Độ tự cảm so với tần số và dòng điện trong 760308103204 từ Würth Elektronik. Từ tờ dữ liệu 760308103204.

Analog Devices, LTC4124

Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp gọn nhẹ để sạc pin dung lượng thấp trong các thiết bị đeo nhỏ hoặc các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp khác, LTC4124 từ Analog Devices là một lựa chọn tốt. Thành phần SMD nhỏ này cung cấp điện áp và dòng điện đầu ra có thể chọn bằng chân (lên đến 100 mA và tối đa 4.35 V, tương ứng). Đối với việc sạc được xác định theo nhiệt độ, thành phần này bao gồm một đầu vào điện trở NTC, loại bỏ nhu cầu phải thực hiện một tính năng điều khiển với một MCU.

Mạch ứng dụng sạc không dây với bộ điều khiển truyền năng lượng không dây LTC4124. từ bảng dữ liệu LTC4124.

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

MOSFET kênh N BSC065N06LS5ATMA1 từ Infineon là một phần của dòng MOSFET OptiMOS. Linh kiện này được đánh giá cho đầu ra 60 V, điện trở trạng thái bật thấp (6.5 mOhm), và dòng điện thoát 64 A. Việc sử dụng logic-level drive có nghĩa là MOSFET này có điện áp ngưỡng cổng thấp, cho phép linh kiện này được điều khiển bằng đầu ra 5 V từ một vi điều khiển. Điều này làm cho linh kiện trở thành một phần trung tâm của một mạch truyền năng lượng không dây bằng cách ghép cảm hoặc cộng hưởng. Gói SMD 8 chân cũng cho phép linh kiện này dễ dàng lắp vào một PCB nhỏ.

Gói và sơ đồ chân cho MOSFET BSC065N06LS5ATMA1. Từ bảng dữ liệu BSC065N06LS5ATMA1.

Các Linh Kiện Khác cho Truyền Năng Lượng Không Dây

Một hệ thống truyền năng lượng không dây sẽ cần các linh kiện khác ở các đầu Tx và Rx để giúp tối đa hóa việc truyền năng lượng tới/từ các cuộn dây, điều kiện đầu ra DC, và cung cấp điều chỉnh cho các mạch truyền năng lượng cộng hưởng.

Nếu bạn muốn thêm khả năng truyền năng lượng không dây vào một thiết bị di động mới hoặc bạn đang thiết kế một bộ truyền năng lượng, bạn có thể tìm thấy các linh kiện bạn cần với các tính năng tìm kiếm và lọc tiên tiến trong Octopart. Octopart cung cấp cho bạn một giải pháp hoàn chỉnh cho việc tìm nguồn cung và quản lý chuỗi cung ứng cho gần như bất kỳ hệ thống điện tử mới nào. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để bắt đầu tìm kiếm các linh kiện bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.