- Стандарти бездротової передачі енергії
- Варіанти реалізації схеми
- Інший гідний уваги спосіб передачі енергії
- Вибір типу акумулятора
- Бездротова зарядка - відмінна опція
- Про компанію Maxim Integrated
Бездротова зарядка - дуже зручна споживча функція для персональних гаджетів з струмом заряду 0,2 ... 3 А, а в разі деяких типів портативних медичних приладів цей спосіб зарядки є єдино можливим. Універсальна мікросхема для бездротової передачі енергії MAX 77950 виробництва Maxim Integrated працює в обох існуючих стандартах бездротової зарядки - WPC Qi і PMA.
Бездротова зарядка має очевидні переваги як в зручності, що особливо актуально для пристроїв малого розміру, так і в безпеці. А для деяких імплантуються медичних приладів бездротова зарядка - взагалі нагальна потреба. Зараз, коли iPhone та інші сучасні смартфони вже протягом декількох років використовують цю опцію, функція бездротового заряду вже незабаром може стати нормою.
Найсучасніші мобільні телефони, включаючи IPhone 8 і X, Google Nexus, Samsung Galaxy і Nokia Lumia, мають функцію бездротового заряду. Розумні годинник і медичні прилади апріорі повинні мати можливість заряджатися без проводів по тій простій причині, що у них немає вільного місця під роз'єм. А камери та навушники стає набагато простіше використовувати завдяки цій функції.
До того ж, бездротова передача енергії - це дуже практично. Сама по собі дуже приваблива ідея покласти свій мобільний телефон, годинник, камеру або слуховий апарат на спеціальну підставку на тумбочці біля ліжка і з ранку використовувати повністю заряджену електронний пристрій. Це також зручно для багатьох промислових приладів. Якщо ви розробляєте будь-які портативні пристрої, то вам в будь-якому випадку варто придивитися до зарядці бездротовим способом.
Бездротова зарядка може стати реальною підмогою в порівнянні з первинними (Неможливо зарядити телефон) елементами. Замість того щоб передбачати вільне місце під масивну батарейку, яку необхідно регулярно міняти, можна застосувати літієвий акумулятор менших габаритів і заряджати його без проводів. Реалізація цієї функції проста і надійна. А спеціальні зарядні станції незабаром будуть доступні в ресторанах, кафе і аеропортах.
Стандарти бездротової передачі енергії
Існують два основні протоколи бездротової передачі енергії - це WPC (Wireless Power Consortium) Qi для малої потужності (v.1.2) і PMA SR1 v2.0 WP, званий AirFuel. Стандарт WPC Qi, іноді іменований «Chee», використовується компанією Apple.
Пристрої з логотипом Qi на корпусі повинні гарантовано працювати з сертифікованими передавачами, розташованими в зарядних станціях, в автомобілях і з вбудованими в офісні столи. Вкрай важливо для споживчої електроніки, щоб вона була сумісна і відповідала єдиного стандарту для роботи із зарядними станціями в різних місцях - вдома, в автомобілях, офісах, кафе і ресторанах, готелях і аеропортах. Такий підхід є ідеальним для різного роду побутової електронної техніки, однак для промислових і медичних приладів це може бути аж ніяк не перевагою і навіть нести в собі загрозу безпеці.
Частоти, використовувані для стандарту Qi, лежать в діапазоні 110 ... 205 кГц для зарядников малої потужності (до 5 Вт) і в діапазоні 80 ... 300 кГц для зарядников середньої потужності (до 15 Вт). Специфікація стандарту Qi охоплює як зарядні базові станції, так і пристрої-приймачі енергії. Базові станції зазвичай мають рівну поверхню, на якій можна розташувати одне або кілька портативних пристроїв. Для того щоб домогтися максимального коефіцієнта зв'язку між приймачем і передавачем, на станції зазвичай наноситься спеціальне маркування. Приймаюча енергію пристрій необхідно розмістити на плоскій поверхні базової станції таким чином, щоб котушки, вбудовані в передавальну і приймальну частини, розташувалися паралельно один одному з повітряним зазором менше 10 мм. Схема бездротової передачі енергії представлена на малюнку 1.
Мал. 1. Схема бездротової передачі енергії
Базова станція не активується, поки на неї не буде поміщено приймаючий пристрій. Зарядна станція самостійно визначає наявність приймача шляхом відправки тестового сигналу для перевірки присутності пристрою, сумісного за стандартом Qi. Приймач у відповідь відправляє інформацію про силу отриманого сигналу.
Приймальний пристрій посилає передавача сигнал помилки, який представляє собою значення, рівне різниці між необхідним і актуальним рівнем енергії. Передавач підлаштовує свою вихідну потужність таким чином, щоб досягти нульового відхилення рівня переданої енергії від рівня запитуваної. Все це відбувається на швидкості не більше 2 кбіт / с. Коли процес заряду завершено - приймач повідомляє передавача про це, і передавач переходить в режим активного очікування.
Стандарт PMA (Power Matters Alliance) SR1 (v.2.0), відомий також як AirFuel, використовує для роботи інший діапазон частот, ніж стандарт Qi, а також працює з іншим протоколом зв'язку, хоча принцип роботи приблизно той же. Мережа кав'ярень Starbucks використовує PMA в своїх зарядних станціях Powermat, хоча з недавніх пір вони оновили системи, включивши в неї також і стандарт WPC Qi (після того, як компанія Apple вибрала цей стандарт).
Пропріетарний тип бездротової зарядки NFMC (Near-Field Magnetic Coupling) має дивовижні рівні впровадження, і в певних застосуваннях, наприклад, в імплантуються нейростимуляторами, цей спосіб зарядки застосовується близько 20 років. З плином часу технологія поліпшувалася. Мільйони одиниць виробленої продукції використовують даний спосіб зарядки.
Варіанти реалізації схеми
Кілька виробників випускають спеціалізовані мікросхеми для реалізації бездротової передачі енергії. Компанія Maxim Integrated пропонує мікросхему MAX77950 - WPC / PMA-приймач енергії, що працює в подвійному режимі. Дана мікросхема відповідає вимогам як стандарту WPC Qi для малої потужності (v1.2), так і стандарту PMA SR1 v2.0 WP. На малюнку 2 представлена функціональна діаграма мікросхеми MAX77950. Працюючи з будь-яким приймачем WPC- або PMA-типу, даний чіп забезпечує вихідну потужність до 12 Вт.
Мал. 2. Функціональна діаграма мікросхеми MAX77950
Приймальна котушка з'єднується всередині MAX77950 з синхронним випрямлячем, тобто таким чином вихід з'єднується з прецизійним LDO-регулятором. Цифрове управління і комунікація для обох стандартів реалізується через ті ж самі котушки індуктивності, через які відбувається і передача енергії. Високоточна машина вихідного струму і схема вимірювання напруги мікросхеми MAX77950 забезпечує точну зворотний зв'язок для передавального пристрою. У мікросхеми є також сигнал Power Good, який програмується для високого і малого напруги.
Мал. 3. Мініатюрний корпус мікросхеми MAX77950
MAX77950 забезпечена послідовним I²C-інтерфейсом, який використовується для комунікації між мікросхемою і центральним процесором. Мікросхема також має функцію виявлення сторонніх об'єктів (Foreign Object Detection, FOD), таким чином, пристрої, які не підтримують стандарт WPC / PMA, або інші сторонні об'єкти будуть ігноруватися. Якщо пристрій-приймач переміщується над поверхнею передавача або надмірно швидко прикладається до цієї поверхні, може статися перенапруження. Для запобігання таких випадків мікросхема має функцію засувки для обмеження напруги на виході випрямляча.
Спеціальний пристрій є робота мікросхеми-приймача MAX77950 як передавач, що дозволяє живити інший пристрій з використанням внутрішньосмугової комунікації методом амплітудної маніпуляції (Amplitude Shift Keyed signal, ASK). Цей режим називається PeerPower ™.
Мікросхема випускається в мініатюрному корпусі WLP розміром 6х9 мм (рисунок 3) і має діапазон робочих температур навколишнього середовища -40 ... 85 ° C. Доступна також оціночна плата MAX77950EVKIT , Представлена на малюнку 4.
Мал. 4. Оціночна плата MAX77950EVKIT
Інший гідний уваги спосіб передачі енергії
Резонансний спосіб бездротового заряду потенційно пропонує заряд на великих відстанях і більшої потужності - до 5 ... 10 кВт, що може використовуватися для заряду акумуляторів електромобілів. Дана техніка передачі енергії є досить перспективною, і обидві організації зі стандартизації вже додали резонансну технологію в свої специфікації, зокрема, в версію 1.2 стандарту Qi. Зі звітів про даний метод з'ясувалося, що на відстанях 8 ... 12 дюймів ККД передачі становить 75%. Найбільш відомі компанії, що працюють в цій галузі - WiTricity і Qualcomm.
Вибір типу акумулятора
В якості елементів живлення, в залежності від типу електронного пристрою, можна розглянути або нікель-металгідридні (NiMH), або літій-іонні (Li-Ion), або навіть срібно-цинкові (Ag-Zn) акумулятори. Срібно-цинкові акумулятори переважно використовуються в слухових апаратах. Вони мають малу ємність і привабливу ціну. Однак у них велика щільність енергії, ніж у інших типів акумуляторів, і їх місткість обмежена 200 мА · год. Оскільки є різні види срібно-цинкових акумуляторів, точні параметри конкретного виробу краще перевірити по документації.
Нікель-металгідридні акумулятори стоять трохи менше, ніж літієві, але при цьому мають меншу щільність енергії і, до того ж, забезпечують всього 1,2 В на клітинку. Акумулятори NiMH, як правило, випускаються в стандартних корпусах типу A, AA, AAA і 2 / 3AA.
Літій-іонні акумулятори випускаються в будь-яких типорозмірах. Наприклад, акумулятор компанії Panasonic ML-1220 циліндричного типу має розмір 12,5х2,0 мм, ємність 17,7 мА · год і вагу 0,11 м Цей 3-вольта літій-марганцевий акумулятор має струм витоку всього 30 мкА. Існує кілька типів літієвих акумуляторів з номінальною напругою 3,0 ... 3,7 В.
Бездротова зарядка - відмінна опція
Додаткова функція бездротового заряду - відмінна опція для будь-якого малопотужного портативного пристрою. Виробники мікросхем і спільноти бездротової передачі енергії грунтовно допрацювали це технічне рішення. Загальна вартість компонентів цілком доступна, а самі компоненти легко знайти на ринку. Однак для пристроїв більш високої потужності бездротова зарядка може бути непрактичною. Якщо розроблювальний пристрій має діапазон потужності заряду в межах 1 ... 15 Вт, то вам неодмінно варто придивитися до бездротового способу заряду.
оригінал статті
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі