סקירה כללית של טכנולוגיית הטעינה האלחוטית

טעינה אלחוטית היא תהליך טעינת מכשירים אלקטרוניים המופעלים על ידי סוללות מבלי לקשור אותם ישירות באמצעות חוטים וכבלים למקור חשמל. התהליך מעניק למשתמשים את החופש לטעון את הטלפון שלהם בדרכים ללא צורך לחבר לשקע החשמל. פירוש הדבר כי ניתן לטעון טלפונים חכמים המותאמים לטעינה אלחוטית והתקנים אחרים פשוט על ידי הנחתם על שולחן קפה למשל, או ניתן לטעון מכונות מורכבות יותר כמו מכוניות חשמליות פשוט על ידי חניה במוסך או על ידי דרך המאפשרת טעינה אלחוטית. זה מבטל את כל בעיות הבטיחות הקשורות לטעינה מבוססת כבל ופותח דלת לחופש מסוג חדש עבור המשתמשים.

טעינה אלחוטית מתחילה בסוף המאה ה -19 כאשר ניקולה טסלה פיתח את סליל הטסלה אשר היה אמור לעזור בהעברת כוח באופן אלחוטי, בעוד שהניסוי לא הצליח להשיג את המטרה באותה תקופה, זה עורר עניין בתחום והרבה יותר אנשים החלו לעבוד על הרעיון. בשנת 2006, MIT החלה לבדוק את השימוש בזיווג תהודה להעברת כמות אנרגיה רבה וזה סלל את הדרך לכמה מטכנולוגיות הטעינה האלחוטיות הנהדרות שקיימות כיום. אתה יכול לבדוק את הניסוי הזה כדי לבנות סליל מיני טסלה להעברת כוח באופן אלחוטי.

כיצד פועלת העברת חשמל אלחוטית

טעינה אלחוטית מכונה לעיתים טעינה אינדוקטיבית מכיוון שהיא מבוססת על עיקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית. בדיוק כמו מערכת התקשורת האלחוטית, הטעינה האלחוטית מושגת באמצעות פעולה של משדר ומקלט אנרגיה אלחוטי. משדר הטעינה האלחוטי המכונה בדרך כלל תחנת הטעינה מחובר לשקע חשמל ומשדר את האנרגיה שמסופקת דרך השקע למקלט שתמיד מחובר למכשיר לטעינה וממוקם בסמוך לתחנת הטעינה האלחוטית.

להלן תרשים בלוקים המתאר את מרכיבי מערכת הטעינה האלחוטית ותהליך הטעינה:

כפי שצוין קודם לכן, טעינה אלחוטית ממנפת את עקרון האינדוקציה המגנטית המשמשת בשנאי חשמל, גנרטורים ומנועים חשמליים, כך שמעבר זרם חשמלי דרך סליל גורם לשדה מגנטי משתנה סביב אותו סליל אשר גורם לזרם בסליל מצמיד אחר. זהו העיקרון העומד מאחורי העברת אנרגיה חשמלית בין הסליל הראשוני לשני בשנאי חשמלי למרות שהם נראים מבודדים חשמלית. בטעינה אלחוטית לכל אחד מהרכיבים (המשדר והמקלט) המרכיבים את המערכת סליל. ניתן לדמות את סליל המשדר לסליל הראשי ואילו ניתן לדמות את סליל המקלט לסליל המשני של שנאי חשמל. כאשר תחנת טעינה מחוברת לחשמל,הכוח המסופק מתוקן ל- DC על ידי מערכת המיישר שאחריה מערכת המיתוג משתלטת. הסיבה למיתוג היא היכולת לייצר את השטף המגנטי המשתנה הדרוש בכדי לגרום למטענים בסליל המקלט.

סליל המקלט אוסף את הכוח הנכנס ומעביר אותו למעגל המקלט אשר ממיר את הכוח הנכנס ל- DC ואז מפעיל את הכוח המתקבל לטעינת הסוללה.

כפי שנקבע לעיל, העברת כוח מתרחשת כאשר שטף מגנטי, שנוצר על ידי הקמת שדה מגנטי מתחלף בסליל המשדר, הופך לזרם חשמלי בסליל המקלט. כמות הזרם החשמלי שנוצר תלויה בכמות השטף שנוצר על ידי המשדר וכמה מאותו השטף שסליל המקלט הצליח לתפוס. כמות השטף שהמקלט לוכד תלויה ב"גורם צימוד "אשר נקבע על פי גודל, מרחק ומיקום סליל המקלט ביחס לסליל המשדר. המשמעות היא שגורם צימוד גבוה יותר יביא להעברת אנרגיה גבוהה יותר. כדי להגדיל את הסיכויים לפקטור צימוד גבוה יותר, תחנות טעינה אלחוטיות מסוימות מתוכננות עם סלילי משדר מרובים כמו שמוצג בתמונה למטה.

תקני טעינה אלחוטית

תקני טעינה אלחוטית מתייחסים לכלל הכללים העוסקים בעיצוב ופיתוח מכשירים אלחוטיים. כרגע שני תקני תעשייה שונים לטעינה אלחוטית מקודמים לגופים שונים.

1. תקן רזנס

2. תקן QI

Rezence הסטנדרטי מבוסס על אינדוקטיביים תהודה טעינה כזאת לחייב מתרחש כאשר הן משדר ואת סלילי מקלט נמצאים תהודה. עם תקן זה, התקנים יכולים להשיג מרחק גדול יותר בין המשדר למקלט לטעינה. תקן זה מקודם על ידי הברית לכוח אלחוטי (A4WP).

לעומת זאת, תקן ה- QI משיג העברת אנרגיה אלחוטית באמצעות צימוד הדוק בין הסלילים וכנגד תקן רזנס , סליל המשדר והמקלט נועד תמיד לפעול בתדרים מעט שונים מכיוון שמאמינים שמספקים יותר כוח באמצעות התקנה זו. תקן ה- QI מקודם על ידי קונסורציום החשמל האלחוטי הכולל חברים כמו Apple inc, Qualcomm, HTC אם להזכיר כמה.

אתה יכול לבחור את התקן האלחוטי המתאים ביותר ליישום שלך על ידי בחינת הפשרות בין ה- EMI, היעילות וחופש ההתאמה בין שני התקנים. עם זאת, תחנות טעינה אלחוטיות מסוימות נועדו לתמוך בשני הסטנדרטים, אלה מספקים יכולת פעולה הדדית גבוהה בין מכשירים.

עיצוב פשוט של מטען אלחוטי

לפני בניית מערכת טעינה אלחוטית יש לקחת בחשבון את הדברים הבאים.

1. סטנדרטי: כאשר מציידים מכשיר ביכולות טעינה אלחוטיות, הדבר הראשון שיש לעשות הוא לבחור בתקן החשמל האלחוטי המתאים למכשיר ולמקרי השימוש בו. מערכת טעינה מסוימת מבוססת על מספר סטנדרטים.

2. בחירת סליל: הדבר הבא הוא בחירת סוג הסליל והגיאומטריה הנכונים המתאימים למקרה השימוש. ספקים מספקים סלילים אלה במדידים סטנדרטיים ולכן הבחירה המתאימה צריכה להתבסס על המלצת גליון הנתונים של משדר הטעינה האלחוטי המשמש לשימוש.

3. מארז: בעת תכנון מערכות אלחוטיות, חשוב שהמארז של המכשירים לא יהיה מתכתי והוא יהיה בעל משטח שטוח יחסית כדי להשיג גורם צימוד גבוה יותר בין המשדר למקלט. מתכת מונעת למעשה את האנרגיה המועברת מלהגיע למקלט ואת מארז הפלסטיק חייב להיות מתוכנן כך שהוא דק במיוחד.

תכנון משדר

מערכת הטעינה האלחוטית כוללת גם את המשדר וגם את המקלט כאמור קודם. להלן התרשים המציג את עיצובו של משדר.

ישנם שלושה מרכיבים עיקריים המרכיבים את המשדר; לחשמל, הוא סליל המשדר ואת מעגל מיתוג. מקור הכוח הוא בדרך כלל זרם זרם זרם זרם מתח מתוקן. לאחר תיקון מעגל המיתוג משמש ליצירת האות המתחלף המשמש ליצירת השדה המגנטי המשתנה כדי לגרום להעברת זרם מהמשדר למקלט באמצעות סליל המשדר.

תכנון מקלט

עיצוב המקלט דומה לזה של המשדר למעט הפעולה מתבצעת בסדר הפוך. המקלט מורכב מסליל מקלט, רשת תהודה ומיישר וממטען IC המשתמש בפלט של מעגל המיישר לטעינת הסוללה המחוברת. דוגמה למעגל המקלט מוצגת בתמונה למטה עם החלקים הפונקציונליים מודגשים. דוגמה זו מבוססת על IC הטעינה LTC4120.

יישומים

טעינה אלחוטית משמשת כיום ביישומים רבים, כולל:

1. סמארטפונים ולבישים
2. מחברות וטאבלטים
3. כלי חשמל ורובוטי שירות, כמו שואבי אבק
4. רב-קטעים וצעצועים חשמליים
5. מכשירים רפואיים
6. טעינה ברכב

בנוסף לסיבות המהודרות שבגללן כדאי להשתמש בטעינה אלחוטית, כמו שאין צורך לחבר התקן וללא בעיות תאימות תקעים, טעינה אלחוטית מספקת בטיחות מפני סכנות הקשורות לחיבור ישיר לרשת החשמל. יתר על כן, הוא אמין בסביבות קשות יותר, כמו קידוחים וכרייה ומאפשר טעינה חלקה בדרכים. לבסוף, טעינה אלחוטית מבטלת סבך ובלגן אחר שנוצר על ידי חוטים. רק גירדנו את פני הטעינה האלחוטית עם מספר יישומים חדשים, כל עיצוב מוצר שנעשה מתוך מחשבה על העתיד צריך לחפש לשלב טעינה אלחוטית, שכן זו אחת הדרכים שבהן אנו נטען התקנים המופעלים באמצעות סוללות בעתיד הקרוב ביותר.