- Kuinka langaton voimansiirto toimii
- Langattomat latausstandardit
- Yksinkertainen langaton laturisarja
- Lähettimen suunnittelu
- Vastaanottimen suunnittelu
- Sovellukset
Langaton lataus on prosessi, jolla ladataan akkukäyttöisiä elektronisia laitteita kytkemättä niitä suoraan johdoilla ja kaapeleilla virtalähteeseen. Prosessi antaa käyttäjille vapauden ladata puhelinta tien päällä ilman, että sitä tarvitsee liittää pistorasiaan. Tämä tarkoittaa, että langattomalla latauksella varustetut älypuhelimet ja muut laitteet voidaan ladata yksinkertaisesti asettamalla ne esimerkiksi sohvapöydälle tai jopa monimutkaisemmat koneet, kuten sähköautot, voidaan ladata yksinkertaisesti pysäköimällä ne autotalliin tai lataamalla langattomasti tiellä. Se eliminoi kaikki johtoon perustuvaan lataamiseen liittyvät turvallisuuskysymykset ja avaa oven uudenlaiselle vapaudelle käyttäjille.
Langaton lataus juontaa juurensa 1800-luvun loppupuolelle, jolloin Nikola Tesla kehitti tesla-kelan, jonka piti auttaa siirtämään virtaa langattomasti, kun taas kokeilu ei saavuttanut tavoitetta tuolloin, se herätti kiinnostusta kenttään ja paljon enemmän ihmisiä alkoi työskennellä ajatus. Vuonna 2006 MIT aloitti resonanssikytkennän käytön testaamisen suuren energiamäärän siirtämiseksi, mikä tasoitti tietä joillekin nykyisistä suurista langattomista lataustekniikoista. Voit kokeilla tätä kokeilua ja rakentaa Mini Tesla-kela lähettämään virtaa langattomasti.
Kuinka langaton voimansiirto toimii
Langatonta latausta kutsutaan joskus induktiiviseksi lataukseksi, koska se perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteeseen. Aivan kuten langaton viestintäjärjestelmä, langaton lataus saavutetaan langattoman energianlähettimen ja -vastaanottimen avulla. Langaton latauslähetin, jota yleensä kutsutaan latausasemaksi, on kiinnitetty pistorasiaan ja siirtää lähdön kautta syötettävän energian vastaanottimeen, joka on aina kiinnitetty ladattavaan laitteeseen ja sijoitettu langattoman latausaseman läheisyyteen.
Alla on lohkokaavio, joka kuvaa langattoman latausjärjestelmän ja latausprosessin komponentit :
Kuten aiemmin mainittiin, langaton lataus hyödyntää sähkömuuntajissa, generaattoreissa ja moottoreissa käytetyn magneettisen induktion periaatetta siten, että sähkövirran kulkeminen kelan läpi aiheuttaa muuttuvan magneettikentän kelan ympärille, joka indusoi virran toisessa kytketyssä kelassa. Tämä on periaate sähkönsiirrosta sähkömuuntajan ensiö- ja toissijaisen kelan välillä, vaikka ne näyttävätkin olevan sähköisesti eristettyjä. Langattomassa latauksessa kaikilla järjestelmän muodostavilla komponenteilla (lähetin ja vastaanotin) on kela. Lähetinkäämi voidaan verrata ensisijaiseen kelaan, kun taas vastaanottokäämi voidaan verrata sähkömuuntajan toissijaiseen kelaan. Kun latausasema kytketään verkkovirtaan,syötetty teho tasasuuntaa- taan tasasuuntaajajärjestelmällä, jonka jälkeen kytkentäjärjestelmä ottaa haltuunsa. Kytkennän syy on kyetä tuottamaan muuttuvan magneettivuon, joka tarvitaan varausten indusoimiseen vastaanottimen kelassa.
Vastaanottokäämi kerää tulevan tehon ja siirtää sen vastaanottopiirille, joka muuntaa saapuvan tehon tasavirtatasoksi ja käyttää sitten vastaanotettua tehoa akun lataamiseen.
Kuten yllä todettiin, tehonsiirto tapahtuu, kun magneettivuo, joka syntyy muodostamalla vuorotteleva magneettikenttä lähettimen kelaan, muunnetaan sähkövirraksi vastaanottimen kelassa. Syntyvän sähkövirran määrä riippuu lähettimen tuottaman vuon määrästä ja siitä, kuinka suuren osan siitä virtauksesta vastaanotinkäämi pystyi sieppaamaan. Vastaanottimen sieppaaman vuon määrä riippuu "kytkentäkertoimesta", joka määräytyy vastaanottimen kelan koon, etäisyyden ja sijainnin suhteen lähettimen kelaan. Tämä tarkoittaa sitä, että suurempi kytkentäkerroin johtaa suurempaan energiansiirtoon. Suuremman kytkentäkertoimen mahdollisuuksien lisäämiseksi tietyt langattomat latausasemat on suunniteltu useilla lähetinkäämeillä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.
Langattomat latausstandardit
Langattomat latausstandardit viittaavat langattomien laitteiden suunnittelua ja kehittämistä koskeviin sääntöihin. Tällä hetkellä eri elimet edistävät kahta erilaista langattoman latauksen standardia.
1. Rezence-standardi
2. QI-standardi
Rezence standardi perustuu resonant induktiivinen lataus siten, että latauksen tapahtuu, kun sekä lähetin ja vastaanotin kelat ovat resonanssi. Tämän standardin avulla laitteet voivat saavuttaa suuremman etäisyyden lähettimen ja vastaanottimen välillä lataamista varten. Tätä standardia tukee langaton virran allianssi (A4WP).
QI standardi toisaalta saavutetaan langattoman energian siirto käyttäen tiukka kytkentä kelojen väliin ja vasten Rezence standardi, lähetin ja vastaanotin kela on aina suunniteltu toimimaan hieman eri taajuuksilla, koska uskotaan enemmän tehoa tulee käyttää tämän asennuksen. QI-standardia edistää langaton virrankonsortio, johon kuuluu jäseniä, kuten Apple inc, Qualcomm, HTC, mainitsemaan muutamia.
Voit valita sovelluksellesi parhaiten sopivan langattoman standardin ottamalla huomioon EMI: n väliset kompromissit, tehokkuuden ja kahden standardin yhdenmukaisuuden vapauden. Tietyt langattomat latausasemat on kuitenkin suunniteltu tukemaan molempia standardeja, jotka tarjoavat hyvän yhteentoimivuuden laitteiden välillä.
Yksinkertainen langaton laturisarja
Seuraavat seikat on otettava huomioon ennen langattoman latausjärjestelmän rakentamista.
1. Vakio: Kun laitteessa on langaton latauskyky, ensimmäinen asia on valita laitteelle ja sen käyttötapauksille sopiva langaton virtastandardi. Tietyt latausjärjestelmät perustuvat useisiin standardeihin.
2. Kelan valinta: Seuraava asia on valita oikea kelatyyppi ja kelan geometria käyttötapaukseen sopivaksi. Toimittajat toimittavat nämä kelat vakiomittareilla, joten sopivan valinnan tulisi perustua käytetyn langattoman latauslähettimen IC: n tietolomakkeen suositukseen.
3. Kotelo: Langattomia järjestelmiä suunniteltaessa on tärkeää, että laitteiden kotelo ei ole metallia ja että se on suhteellisen tasaisella pinnalla, jotta voidaan saavuttaa suurempi kytkentäkerroin lähettimen ja vastaanottimen välillä. Metalli estää tehokkaasti siirtyvän energian pääsyn vastaanottimeen ja muovikotelo on suunniteltava erittäin ohueksi.
Lähettimen suunnittelu
Langaton latausjärjestelmä käsittää sekä lähettimen että vastaanottimen, kuten aiemmin todettiin. Alla on kaaviokuva lähettimen suunnittelusta.
Lähettimestä on kolme pääkomponenttia; virtalähde, lähetin kela ja kytkentäpiirin. Virtalähde on yleensä tasasuuntaautettu tasasuuntaajalta. Tasaamisen jälkeen kytkentäpiiriä käytetään muodostamaan vaihtosignaali, jota käytetään muuttuvan magneettikentän luomisessa, virran siirtämiseksi lähettimestä vastaanottimeen lähettimen kelan kautta.
Vastaanottimen suunnittelu
Vastaanottimen rakenne on samanlainen kuin lähettimen, paitsi että toiminta tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä. Vastaanotin koostuu vastaanottimen kelasta, resonanssiverkosta ja tasasuuntaajasta sekä laturi-IC: stä, joka käyttää tasasuuntaajapiirin lähtöä kytketyn akun lataamiseen. Alla olevassa kuvassa on esimerkki vastaanotinpiiristä ja toiminnalliset osat korostettuna. Tämä esimerkki perustuu LTC4120-latauspiiriin.
Sovellukset
Langatonta latausta käytetään tällä hetkellä monissa sovelluksissa, mukaan lukien:
- Älypuhelimet ja puettavat
- Muistikirjat ja tabletit
- Sähkötyökalut ja huoltorobotit, kuten pölynimurit
- Multikoptereita ja sähköleluja
- Lääketieteelliset laitteet
- Auton lataus
Sen lisäksi, että sinun kannattaa käyttää langatonta latausta, kuten langattoman latauksen tarvetta ja yhteensopivuusongelmia, langaton lataus tarjoaa turvallisuuden vaaroilta, jotka liittyvät suoraan verkkovirtaan liittämiseen. Lisäksi se on luotettava vaativimmissakin olosuhteissa, kuten poraus ja kaivostoiminta, ja mahdollistaa saumattoman lataamisen tien päällä. Lopuksi langaton lataus poistaa johdot aiheuttaman sotkeutumisen ja muun sotkun. Olemme vasta raaputtaneet langattoman latauksen kasvot useilla uusilla sovelluksilla, ja jokaisen tulevaisuuden kannalta suunnitellun tuotesuunnittelun tulisi pyrkiä sisällyttämään langaton lataus, koska se on varmasti yksi tapa, jolla lataamme akkukäyttöisiä laitteita lähitulevaisuudessa.