Jak działa ładowanie bezprzewodowe telefonu i jak działa

Technologia mobilna mocno wkroczyła w nasze codzienne życie, a pojawienie się ładowarek bezprzewodowych jest całkiem naturalne. W końcu elektroniczne urządzenia konsumenckie (takie jak na przykład smartfony) powinny idealnie działać przez długi czas i bezawaryjnie, podczas gdy nie jest zbyt wygodne podłączanie wtyczki do gniazdka za każdym razem, a wtyczki do gadżetu, gdy trzeba go naładować.

Zestaw interfejsów bezprzewodowych (Wi-Fi, Bluetooth itp.) Od dawna jest znanym atrybutem wielu urządzeń przenośnych, więc dlaczego by nie włączyć interfejsu do ładowania bezprzewodowego w tym zestawie? A nowoczesna technologia pozwoliła na to.

Oczywiście, gdy ładujesz bezprzewodowo, urządzenie mobilne powinno znajdować się w odległości co najmniej 4 cm od ładowarki, ale musisz się zgodzić, jest to wygodniejsze niż przewód wystający z wtyczki. Czasami podczas ładowania konieczne jest odebranie połączenia, odsunięcie się od ładowarki, a następnie odłożenie smartfona w miejsce w pobliżu nadajnika ładowarki. Jest to łatwiejsze niż za każdym razem podłączanie wtyczki.

W niektórych obszarach, na przykład w medycynie, technologia bezprzewodowego ładowania akumulatorów jest po prostu niezbędna (urządzenia awaryjne, lampy na akumulatorach itp.). Nie bez powodu w ostatnich latach tacy wiodący producenci elektroniki, jak Intel, Samsung, NXP, Texas Instruments i wielu innych aktywnie podjęli się rozwoju sprzętu i mikroukładów do bezprzewodowych ładowarek.

Zasadniczo technologia ładowania bezprzewodowego opiera się na przesyłaniu energii elektrycznej za pomocą indukcji elektromagnetycznej. W bliskiej strefie indukcji interakcja reaktywna nadajnika i odbiornika jest największa. Tak więc dla częstotliwości 10 MHz strefa bliska rozciąga się na 4,7 metra.

Z powodu zjawiska indukcji elektromagnetycznej prąd indukcyjny jest wzbudzany w zamkniętej pętli odbiornika, podczas gdy obwód nadajnika jest źródłem przemiennego strumienia magnetycznego (cewki indukcyjnej).

System obejmuje kilka cewki indukcyjne - cewka odbiorcza i cewka nadajnika, które są indukcyjnie połączone ze sobą. Prąd przemienny cewki pierwotnej (nadajnika) tworzy pole magnetyczne, które przenika zwoje cewki wtórnej (odbiornika) i indukuje na niej emf.

Napięcie z cewki odbiorczej służy do ładowania akumulatora urządzenia mobilnego. Im bliżej odbiornika znajduje się nadajnik, tym więcej energii odbiera. Na dużych odległościach sprzężenie indukcyjne jest skąpe, a system przestaje działać. Ogromne znaczenie ma współczynnik sprzężenia cewek k.

Wzajemna indukcyjność obwodów, zgodność częstotliwości rezonansowych, współczynnik jakości cewek odbiornika i nadajnika - wszystko to wpływa na jakość bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej z nadajnika do urządzenia ładującego. Przy częstotliwości rezonansowej, przy wysokim współczynniku jakości obu obwodów, przy wysokim współczynniku sprzęgania cewek, wydajność układu jest najwyższa. Jest to oczywiste z teorii anteny.

Stowarzyszenie Consumer Electronics Association klasyfikuje technologię bezprzewodowych ładowarek według wielkości współczynnika sprzężenia pętli. Jeśli współczynnik sprzężenia wynosi do 0,1, układ nazywa się luźno sprzężonym, a jeśli współczynnik zbliża się do 1, jest to układ silnie sprzężony. Silnie sprzężone układy nazywane są magnetycznie indukcyjnymi, natomiast słabo sprzężone układy nazywane są rezonansem magnetycznym. Te dwa rodzaje systemów są zasadniczo różne.

Technologia rezonansu magnetycznego ma mniejsze znaczenie dla wzajemnego rozmieszczenia cewek, a kilka odbiorników może współpracować z jednym nadajnikiem na raz, to znaczy jedna ładowarka może ładować kilka urządzeń jednocześnie. Ale tutaj odległość jest krytyczna.

Aby osiągnąć najlepszą wydajność, wybiera się częstotliwość rezonansową, która najlepiej współdziała z rezystancją obciążenia. Efektywny współczynnik jakości układów magnetycznie indukcyjnych jest znacznie niższy. Dzięki dokładnemu dopasowaniu w technologii rezonansu magnetycznego transfer energii zachodzi z najwyższą wydajnością. Ważne jest, aby podczas działania dowolnego rodzaju systemu konieczne było precyzyjne kontrolowanie bieżących parametrów, aby wydajność transferu energii nie spadła.

Zgodnie ze specyfikacjami WPC 1.1 częstotliwość rezonansowa powinna mieścić się w zakresie od 100 do 205 kHz, a w specyfikacjach PMA - od 277 do 357 kHz, przy współczynniku Q wynoszącym 30 do 50. Zgodnie ze specyfikacjami A4WP częstotliwość jest stała, a dopasowanie impedancji odbiornika i nadajników musi być ścisłe. W przypadku systemów rezonansu magnetycznego współczynnik jakości może osiągnąć 100.

Jeśli chodzi o wydajność, nawet 97-procentowa wydajność przewodowych ładowarek nie została jeszcze osiągnięta. Niemniej przewaga systemów ładowania rezonansu magnetycznego jest oczywista: cewka nadajnika może być 12 razy większa niż cewka odbiornika, podczas gdy można umieścić kilka odbiorników i ładować trzy smartfony jednocześnie.