Conjunto de PCB de carregador sem fio

Introdução Básica

Definição e Tecnologia

Um carregador sem fio refere-se a um carregador conectado a um dispositivo terminal que precisa ser carregado sem um cabo de alimentação de carregamento tradicional. Adota a mais recente tecnologia de carregamento sem fio. Usando o campo magnético gerado entre as bobinas, pode transmitir magicamente energia elétrica. A tecnologia de acoplamento indutivo se tornará uma ponte conectando estações base de carregamento e equipamentos.

Vantagens e Desvantagens

Tecnologia de carregamento sem fio obtida 20 patentes em 2007. Uma variedade de dispositivos pode usar uma estação base de carregamento, criando cenários de carregamento com fio para telefones celulares, Leitores de MP3, ferramentas elétricas, e outros adaptadores de energia obsoletos. A vantagem da tecnologia de carregamento sem fio reside na sua conveniência e versatilidade. No entanto, sua desvantagem é a baixa eficiência e sua capacidade de fornecer apenas energia elétrica.

Processo Histórico

Descoberta Histórica

Na década de 1830, Michael Faraday descobriu que mudanças no campo magnético circundante induziriam uma corrente elétrica em um fio. Na década de 1890, o cientista nascido na Sérvia Nikola Tesla solicitou a primeira patente. Infelizmente, a pesquisa nesta área foi adiada por um século devido à baixa eficiência de transmissão e aos riscos de segurança.

Desenvolvimento Subsequente

O professor Xu Shuyuan, da City University of Hong Kong, desenvolveu com sucesso um “plataforma de carregamento de bateria sem fio” nos primeiros anos, que pode carregar automaticamente vários produtos eletrônicos em uma plataforma de carregamento através de campos eletromagnéticos de baixa frequência. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts também fizeram progressos na transmissão de eletricidade sem fio. O projeto da Soljacic para transmissão de energia sem fio não radiativa tem um limite de distância, e visam aumentar a eficiência para 70% para 80% dentro de três a cinco anos.

Princípio de funcionamento

Ressonância e Indução

Os físicos sabem há muito tempo que a energia é transferida de forma eficiente entre dois objetos que ressoam na mesma frequência.. A tecnologia de carregamento sem fio aproveita este princípio, aplicando o princípio da indução de ondas eletromagnéticas e tecnologia de indução CA relacionada. Ele usa bobinas correspondentes nas extremidades de envio e recepção para enviar e receber sinais CA induzidos para carregamento.

Aplicação Prática

Um novo tipo de carregador sem fio, originalmente inventado por uma empresa britânica, parece um mouse pad de plástico equipado com um denso conjunto de pequenas bobinas para gerar um campo magnético e transmitir energia para um carregador dedicado. A bobina receptora, feito de liga magnética enrolada com fio, pode ser facilmente conectado a equipamentos eletrônicos. Esta nova invenção permite que vários dispositivos sejam carregados simultaneamente em qualquer lugar do “tapete de rato,” e o campo magnético gerado é fraco o suficiente para não afetar itens próximos que usam dados de gravação magnética.

Princípios de carregamento sem fio

O sistema de carregamento sem fio adota principalmente o princípio da indução eletromagnética e realiza a transmissão de energia através do acoplamento de energia através de bobinas. Como mostrado na figura, quando o sistema está funcionando:

• O terminal de entrada converte a energia da rede elétrica CA em energia CC através do circuito retificador de ponte completa, ou fornece energia diretamente ao sistema com um terminal de 24 Vcc.
• Depois de passar pelo módulo de gerenciamento de energia, a corrente contínua de saída é convertida em corrente alternada de alta frequência pelo oscilador de cristal ativo 2M e fornecida ao enrolamento primário.
• A energia é acoplada através de duas bobinas indutivas, e a saída de corrente pela bobina secundária é convertida em corrente contínua pelo circuito de conversão receptora para carregar a bateria.

Um campo magnético variável produzirá um campo elétrico variável, e vice-versa. Suas magnitudes estão relacionadas à sua taxa de mudança, e a taxa de mudança de uma função senoidal resulta em outra função senoidal. Por isso, ondas eletromagnéticas podem se propagar, e a geração da tensão induzida da bobina está relacionada à mudança no fluxo magnético. Por isso, a mudança do campo magnético dentro da bobina gera uma tensão induzida, completando o processo de carregamento.

Carregamento sem fio para celular

O carregamento sem fio do celular é um método de carregamento relativamente novo. Seu princípio é direto: separando o primário e o secundário dos transformadores comuns para atingir fins sem fio. Notavelmente, a taxa de trabalho do carregamento sem fio é alta, e até mesmo o núcleo de ferro pode ser descartado, com a bobina direta alcançando a função de transferência de energia.

Recursos básicos da tecnologia de carregamento sem fio

Segurança

De uma perspectiva teórica, a tecnologia de carregamento sem fio é inofensiva para a segurança humana. O princípio de ressonância usado no carregamento sem fio é a ressonância do campo magnético, que transmite apenas entre bobinas ressoando na mesma frequência, enquanto outros dispositivos não podem aceitar a banda. O campo magnético utilizado é inofensivo para o corpo humano. No entanto, sendo uma nova tecnologia, algumas pessoas podem ter preocupações iniciais, semelhante a quando os postes de antena de Wi-Fi e de telefonia móvel surgiram pela primeira vez. Na realidade, a tecnologia em si é inofensiva.

Ressonância Magnética

A tecnologia de carregamento sem fio da Maiyuan usa ressonância magnética para transmitir cargas nos campos elétricos e magnéticos entre o carregador e o dispositivo. A bobina e o capacitor formam uma ressonância entre o carregador e o dispositivo.

Amplas aplicações

Maiyuan afirma que este sistema pode ser amplamente utilizado no futuro, como áreas de carregamento para veículos elétricos e transmissão de energia para chips de computador. O tempo de carregamento exigido pelo sistema de carregamento desenvolvido por esta tecnologia é significativamente reduzido em comparação com os métodos atuais.

Alta taxa de conversão

A taxa de conversão do carregamento sem fio Maiyuan é vários pontos percentuais maior do que a do carregamento com fio. A alta conversão é crucial para a aplicação global de carregadores sem fio. No entanto, a tecnologia de carregamento sem fio é limitada pela distância. Para desenvolvimento futuro, é necessário resolver o problema de posicionamento preciso da banda de onda e alcance do campo magnético para transmissão de longa distância.

Desafios principais do chip

O chip principal é um desafio significativo na aplicação da tecnologia de carregamento sem fio em produtos. Controle preciso do alcance da radiação, frequência do campo magnético, e outros controles são implementados por chips.

Resumo do problema

Gargalo no desenvolvimento de aplicativos de mercado

1. Imperfeições da tecnologia de carregamento sem fio principal
2. Dificuldade em conseguir transmissão de longa distância
3. Altos requisitos de hardware para posicionamento de longa distância
4. Correspondência controlada e de pequena altura de ressonância de campo magnético
5. Faixa de aplicação limitada
6. Fatores de Mercado – Os desenvolvedores estão hesitantes em investir pesadamente em pesquisa e desenvolvimento de tecnologia devido à psicologia do consumidor.

Perigo de radiação

Pesquisadores do MIT afirmam que o corpo responde fortemente aos campos elétricos, mas pouco aos campos magnéticos, sugerindo que o sistema não afetaria a saúde humana. No entanto, isso é especulativo. Alguns pesquisadores expressam preocupação, e mais experimentos são necessários antes da aplicação na vida real. Como um produto de carregamento eletrônico, o próprio carregador emite radiação, mas a potência do carregador sem fio é pequena, o tempo de carregamento é longo, e a radiação produzida é mínima, causando pouco dano às pessoas.

Porta Unificada

Para evitar desperdícios desnecessários e gerar mais lixo eletrônico, China está implementando padronização unificada de portas de carregadores de celulares. A tecnologia de carregamento sem fio está prestes a se tornar popular, utilizável não apenas para telefones celulares, mas também para câmeras digitais, iPhone, iPad, e cadernos. A Fujitsu do Japão pretende alargar este sucesso da electrónica portátil ao carregamento de veículos eléctricos. Seu objetivo final é estabelecer instituições públicas “pontos de carregamento” nas ruas, fornecendo serviços convenientes de carregamento 24 horas por dia, sob qualquer condição climática, para dispositivos digitais portáteis e usuários de veículos elétricos. Carregadores sem fio são mais inteligentes e eficientes em termos energéticos. Embora a sua eficiência seja cerca de 70%, igual ao equipamento de carregamento com fio, eles têm uma função de desligamento automático quando totalmente carregados, evitando consumo desnecessário de energia. As taxas de aceitação de desempenho estão melhorando continuamente.

Receptor de carregamento integrado para celular e padrão de carregamento sem fio unificado

Ao integrar um receptor de carregamento em telefones celulares e estabelecer um padrão unificado de carregamento sem fio, a adoção e a conveniência do carregamento sem fio podem ser aprimoradas ainda mais.

Visão geral da tecnologia de carregamento sem fio

Para realizar o carregamento sem fio de telefones celulares e outros produtos, deve haver duas partes: o transmissor, que está conectado à fonte de alimentação e é responsável por transmitir energia elétrica para um amplo espaço, e o receptor, que geralmente é instalado em produtos eletrônicos e utilizado para receber energia elétrica. A tecnologia de carregamento sem fio começou a ser usada em produtos de telefonia móvel. Tomando o iPhone como exemplo, fabricantes de carregamento sem fio o reformaram e instalaram uma espécie de “roupas” semelhante a “casca de maçã”. Como um receptor de carregamento sem fio, aparece na forma de adicionar um estojo de carregamento de celular, mas produtos modificados relacionados podem ser lançados na China. Apelidado de “Qi Por,” o case suporta iPhones e BlackBerrys, dando aos usuários acesso antecipado ao recurso sem a necessidade de substituir seus telefones. No início 2013, o receptor de carregamento sem fio estará totalmente “emagreceu” e se tornar um chip receptor de carregamento sem fio integrado em telefones celulares, apenas tão grande quanto uma unha. Nokia, Philips, LG, Samsung, Sony Ericsson, iPhone, HTC, Google, ZTE, Afiado, ARO, e muitos outros fabricantes de telefones celulares de renome internacional apoiam esta tecnologia, e carregadores sem fio também podem ser fornecidos com telefones celulares à venda.

Compatibilidade e o padrão Qi

A importância da compatibilidade

A chave para o carregamento sem fio de telefones celulares é a compatibilidade, e o padrão Qi pode garantir a compatibilidade da marca. A tecnologia de carregamento sem fio usa principalmente tecnologia eletromagnética. O transmissor converte a corrente em eletromagnética, e o telefone celular usa o receptor de chip integrado para converter o eletromagnético em corrente para carregar o telefone celular. A chave para a promoção da tecnologia de carregamento sem fio é garantir que os carregadores sem fio de vários fabricantes sejam compatíveis.

O Padrão Qi

A formulação do padrão Qi permite que o carregamento sem fio tenha uma especificação técnica unificada e garante a compatibilidade do mesmo carregador com múltiplas marcas e produtos. Menno Treffers, presidente da Wireless Charging Alliance, disse que o padrão de carregamento sem fio Qi usa tecnologia de indução eletromagnética, que é mais eficiente e mais seguro do que outras tecnologias. O padrão de carregamento sem fio Qi inclui três aspectos: interface, desempenho, e regulamentos. Este é um desafio considerável para a popularização da tecnologia de carregamento sem fio. Portanto, telefones celulares que atendem ao padrão Qi podem ser alimentados por qualquer estação base de carregamento com certificação Qi, base, ou outros dispositivos recarregáveis. O primeiro pré-requisito do Qi para dispositivos não é superior a 5 watts, o que pode ser uma grande limitação para alguns fabricantes que desejam que os laptops também usem tecnologia de carregamento sem fio.

Disponibilidade de mercado de produtos padrão Qi

Os fabricantes lançaram produtos de carregamento sem fio padrão Qi, e o mercado é extenso. A maior fabricante mundial de baterias e equipamentos de iluminação portátil, Energizer (Energizador) disse que em breve lançará um carregador sem fio que suporta o padrão Qi, e primeiro trará uma nova experiência de carregamento sem fio para usuários do Apple iPhone3GS e Blackberry Blackberry Curve8900. Ao mesmo tempo, de acordo com dados fornecidos pela empresa de pesquisa de mercado iSuppli, o mercado de equipamentos de carregamento sem fio atingiu uma escala de 14 bilhões de dólares americanos em 2013. A Philips já começou a fabricar novos telefones que incluem carregamento sem fio. O celular Philips X723 já apareceu, e possui tela 240X400 de 3,2 polegadas com GPS e câmera de 3 megapixels. A boa notícia é que a máquina vem de fábrica com carregador sem fio XeniumQ1 (Padrão da aliança de carregamento sem fio Qi), mas o horário e o preço específicos de lançamento ainda não foram divulgados.

Receber Antena

Embora este artigo se concentre em carregadores, ele também fornece uma visão geral das antenas receptoras. Porque este tipo de dispositivo de carregamento sem fio é essencialmente um transformador, o primário está instalado no carregador, e o secundário é instalado no terminal.

Escolhendo uma boa antena de carregamento

Porque a antena receptora que não corresponde ao carregador causará flutuações de corrente no circuito de carregamento, como escolher uma boa antena de carregamento?

Antena terminal precisa de blindagem magnética

Se a antena de carregamento for apenas uma bobina oca, quando objetos de metal próximos se aproximam, isso causará corrente parasita, o que reduzirá a eficiência de carregamento, evitar que a energia do carregador irradie, aumentar a corrente, e fazer com que o carregador aqueça.

Seleção de Meio Magnético

O meio magnético selecionado pelo carregador é dividido em duas categorias: materiais magnéticos orgânicos e materiais magnéticos inorgânicos. O material magnético orgânico pode ser muito fino e deformado, que é adequado para colar a tampa traseira do telefone celular e usado no telefone celular; o material magnético inorgânico é feito de ferrita sinterizada, que é frágil e adequado para instalação em grandes espaços.