Un aperçu de la technologie de charge sans fil

La charge sans fil est le processus de recharge d'appareils électroniques alimentés par batterie sans les attacher directement à l'aide de fils et de câbles à une source d'alimentation. Le processus donne aux utilisateurs la liberté de charger leur téléphone en déplacement sans avoir à le brancher sur une prise de courant. Cela signifie que les smartphones et autres appareils compatibles avec le chargement sans fil peuvent être chargés en les plaçant simplement sur une table basse, par exemple, ou des machines encore plus complexes comme les voitures électriques peuvent être chargées en les garant simplement dans le garage ou en les rechargeant sans fil sur route. Il élimine tous les problèmes de sécurité associés à la charge par cordon et ouvre la porte à un nouveau type de liberté pour les utilisateurs.

La charge sans fil remonte à la fin des années 1800 lorsque Nikola Tesla a développé la bobine tesla qui était censée aider à transmettre la puissance sans fil, alors que l'expérience n'a pas réussi à atteindre l'objectif à l'époque, elle a suscité un intérêt dans le domaine et beaucoup plus de gens ont commencé à travailler sur l'idée. En 2006, le MIT a commencé à tester l'utilisation du couplage résonnant pour transmettre une grande quantité d'énergie, ce qui a ouvert la voie à certaines des grandes technologies de charge sans fil qui existent aujourd'hui. Vous pouvez consulter cette expérience pour construire une bobine Mini Tesla pour transmettre la puissance sans fil.

Comment fonctionne la transmission d'énergie sans fil

La charge sans fil est parfois appelée charge inductive car elle est basée sur le principe de l'induction électromagnétique. Tout comme le système de communication sans fil, la charge sans fil est obtenue via l'action d'un émetteur et d'un récepteur d'énergie sans fil. L'émetteur de charge sans fil généralement appelé station de charge est attaché à une prise de courant et transmet l'énergie fournie via la prise au récepteur qui est toujours attaché à l'appareil à charger et placé à proximité de la station de charge sans fil.

Vous trouverez ci-dessous un schéma de principe décrivant les composants d'un système de charge sans fil et le processus de charge:

Comme mentionné précédemment, la charge sans fil s'appuie sur le principe de l'induction magnétique utilisé dans les transformateurs de puissance électrique, les générateurs et les moteurs, de sorte que le passage du courant électrique à travers une bobine provoque un champ magnétique variable autour de cette bobine qui induit un courant dans une autre bobine couplée. C'est le principe du transfert d'énergie électrique entre la bobine primaire et secondaire dans un transformateur électrique même si elles semblent isolées électriquement. Dans le chargement sans fil, chacun des composants (l'émetteur et le récepteur) qui composent le système possède une bobine. La bobine émettrice peut être assimilée à la bobine primaire tandis que la bobine réceptrice peut être assimilée à la bobine secondaire d'un transformateur de puissance électrique. Lorsqu'une station de charge est branchée sur une alimentation secteur,la puissance fournie est redressée en courant continu par le système redresseur, après quoi le système de commutation prend le relais. La raison de la commutation est de pouvoir générer le flux magnétique variable nécessaire pour induire des charges dans la bobine réceptrice.

La bobine réceptrice recueille la puissance entrante et la transmet au circuit récepteur qui convertit la puissance entrante en courant continu et applique ensuite la puissance reçue pour charger la batterie.

Comme établi ci-dessus, le transfert de puissance se produit lorsque le flux magnétique, créé par l'établissement d'un champ magnétique alternatif dans la bobine de l'émetteur, est converti en un courant électrique dans la bobine du récepteur. La quantité de courant électrique généré dépend de la quantité de flux généré par l'émetteur et de la quantité de ce flux que la bobine réceptrice a pu capturer. La quantité de flux captée par le récepteur dépend du «facteur de couplage» qui est déterminé par la taille, la distance et le positionnement de la bobine du récepteur par rapport à la bobine de l'émetteur. Cela signifie qu'un facteur de couplage plus élevé entraînera un transfert d'énergie plus élevé. Pour augmenter les chances d'un facteur de couplage plus élevé, certaines stations de charge sans fil sont conçues avec plusieurs bobines d'émetteur, comme illustré dans l'image ci-dessous.

Normes de charge sans fil

Les normes de charge sans fil font référence à l'ensemble des règles régissant la conception et le développement des appareils sans fil. Il existe actuellement deux normes industrielles différentes pour la recharge sans fil promues par différents organismes.

1. Norme Rezence

2. Norme QI

La norme Rezence est basée sur une charge inductive résonnante telle que la charge se produit lorsque les bobines de l'émetteur et du récepteur sont en résonance. Avec cette norme, les appareils peuvent atteindre une plus grande distance entre l'émetteur et le récepteur pour la charge. Cette norme est promue par l'Alliance pour l'alimentation sans fil (A4WP).

La norme QI, d'autre part, réalise un transfert d'énergie sans fil en utilisant un couplage étroit entre les bobines et par rapport à la norme Rezence , l'émetteur et la bobine de récepteur sont toujours conçus pour fonctionner à des fréquences légèrement différentes, car on pense que plus de puissance est fournie en utilisant cette configuration. La norme QI est promue par le consortium d'alimentation sans fil qui comprend des membres comme Apple inc, Qualcomm, HTC pour n'en citer que quelques-uns.

Vous pouvez sélectionner la norme sans fil qui convient le mieux à votre application en tenant compte des compromis entre l'EMI, l'efficacité et la liberté d'alignement entre les deux normes. Néanmoins, certaines bornes de recharge sans fil sont conçues pour prendre en charge les deux normes, celles-ci assurent une interopérabilité élevée entre les appareils.

Conception de jeu de chargeur sans fil simple

Avant de construire un système de charge sans fil, les points suivants doivent être pris en compte.

1. Standard: lors de l'équipement d'un appareil avec des capacités de charge sans fil, la première chose à faire est de sélectionner la norme d'alimentation sans fil qui correspond à l'appareil et à ses cas d'utilisation. Certains systèmes de charge sont basés sur plusieurs normes.

2. Sélection de la bobine: La prochaine chose à faire est de sélectionner le type de bobine et la géométrie de bobine adaptés au cas d'utilisation. Les fournisseurs fournissent ces bobines dans des jauges standard, de sorte que la sélection de la bobine appropriée doit être basée sur la recommandation de la fiche technique du circuit intégré de l'émetteur de charge sans fil à utiliser.

3. Boîtier: lors de la conception de systèmes sans fil, il est important que le boîtier des appareils ne soit pas en métal et soit d'une surface relativement plate pour obtenir un facteur de couplage plus élevé entre l'émetteur et le récepteur. Le métal empêche efficacement l'énergie transmise d'atteindre le récepteur et le boîtier en plastique doit être conçu pour être ultra-fin.

Conception de l'émetteur

Le système de charge sans fil comprend à la fois l'émetteur et le récepteur comme indiqué précédemment. Voici le schéma montrant la conception d'un émetteur.

Il y a trois composants principaux qui composent l'émetteur; la source d'alimentation, la bobine de l'émetteur et le circuit de commutation. La source d'alimentation est généralement CC à partir d'un CA redressé. Après le redressement, le circuit de commutation est utilisé pour générer le signal alternatif utilisé dans la création du champ magnétique variable pour induire le transfert de courant de l'émetteur au récepteur via la bobine de l'émetteur.

Conception du récepteur

La conception du récepteur est similaire à celle de l'émetteur sauf que l'action se déroule dans l'ordre inverse. Le récepteur se compose d'une bobine réceptrice, d'un réseau de résonance, d'un redresseur et d'un circuit intégré de chargeur qui utilise la sortie du circuit redresseur pour charger la batterie connectée. Un exemple du circuit récepteur est montré dans l'image ci-dessous avec les parties fonctionnelles en surbrillance. Cet exemple est basé sur le circuit intégré de charge LTC4120.

Applications

La recharge sans fil est actuellement utilisée dans de nombreuses applications, notamment:

1. Smartphones et portables
2. Cahiers et tablettes
3. Outils électriques et robots de service, tels que les aspirateurs
4. Multicoptères et jouets électriques
5. Équipement médical
6. Recharge dans la voiture

En plus des raisons fantaisistes pour lesquelles vous devriez utiliser la charge sans fil, comme pas besoin de brancher un appareil et pas de problèmes de compatibilité de prise, la charge sans fil offre une sécurité contre les risques liés à la connexion directe au secteur. De plus, il est fiable dans les environnements les plus difficiles, tels que le forage et l'exploitation minière, et permet une charge continue en toute transparence. Enfin, le chargement sans fil élimine les enchevêtrements et autres dégâts créés par les fils. Nous venons tout juste de gratter le visage de la charge sans fil avec plusieurs applications novatrices, chaque conception de produit conçue avec l'avenir à l'esprit devrait chercher à intégrer la charge sans fil, car c'est certainement l'une des façons dont nous chargerons les appareils alimentés par batterie dans un avenir proche.