Tổng quan về công nghệ sạc không dây

Sạc không dây là quá trình sạc lại các thiết bị điện tử chạy bằng pin mà không cần kết nối trực tiếp chúng bằng dây và cáp với nguồn điện. Quá trình này cho phép người dùng tự do sạc điện thoại khi đang di chuyển mà không cần cắm vào ổ cắm điện. Điều này có nghĩa là điện thoại thông minh hỗ trợ sạc không dây và các thiết bị khác có thể được sạc bằng cách chỉ cần đặt chúng trên bàn cà phê hoặc thậm chí các máy phức tạp hơn như ô tô điện có thể được sạc bằng cách chỉ cần đậu xe trong gara hoặc trên đường có hỗ trợ sạc không dây. Nó giúp loại bỏ tất cả các vấn đề an toàn liên quan đến sạc dựa trên dây và mở ra cánh cửa đến một kiểu tự do mới cho người dùng.

Sạc không dây có từ cuối những năm 1800 khi Nikola Tesla phát triển cuộn dây tesla được cho là giúp truyền tải điện không dây, trong khi thử nghiệm không đạt được mục tiêu vào thời điểm đó, nó đã làm dấy lên sự quan tâm trong lĩnh vực này và nhiều người đã bắt đầu nghiên cứu. Ý tưởng. Vào năm 2006, MIT đã bắt đầu thử nghiệm việc sử dụng khớp nối cộng hưởng để truyền một lượng lớn năng lượng và điều này đã mở đường cho một số công nghệ sạc không dây tuyệt vời tồn tại ngày nay. Bạn có thể xem thử nghiệm này để chế tạo một cuộn dây Mini Tesla để truyền điện không dây.

Cách thức hoạt động của truyền điện không dây

Sạc không dây đôi khi được gọi là sạc cảm ứng vì nó dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Cũng giống như hệ thống truyền thông không dây, sạc không dây được thực hiện thông qua hoạt động của bộ thu và phát năng lượng không dây. Bộ phát sạc không dây thường được gọi là trạm sạc được gắn vào ổ cắm điện và truyền năng lượng được cung cấp qua ổ cắm tới bộ thu luôn được gắn với thiết bị cần sạc và được đặt gần trạm sạc không dây.

Dưới đây là sơ đồ khối để mô tả các thành phần của hệ thống sạc không dây và quy trình sạc:

Như đã đề cập trước đó, Sạc không dây dựa trên nguyên tắc cảm ứng từ được sử dụng trong máy biến áp điện, máy phát điện và động cơ, sao cho dòng điện chạy qua cuộn dây gây ra từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây đó, tạo ra dòng điện trong cuộn dây được ghép nối khác. Đây là nguyên lý đằng sau sự truyền năng lượng điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp trong máy biến áp điện mặc dù chúng dường như cách ly về điện. Trong Sạc không dây, mỗi thành phần (bộ phát và bộ thu) tạo nên hệ thống có một cuộn dây. Cuộn dây máy phát có thể được ví như cuộn dây sơ cấp trong khi cuộn dây máy thu có thể được ví như cuộn dây thứ cấp của máy biến áp điện lực. Khi một Trạm sạc được cắm vào nguồn điện AC,nguồn cung cấp được chỉnh lưu thành DC bởi hệ thống chỉnh lưu mà sau đó hệ thống chuyển mạch sẽ tiếp quản. Lý do của việc chuyển mạch là có thể tạo ra từ thông thay đổi cần thiết để tạo ra điện tích trong cuộn dây máy thu.

Cuộn dây thu thu năng lượng đến và chuyển nó đến mạch thu để chuyển đổi nguồn điện đến thành DC và sau đó sử dụng công suất nhận được để sạc pin.

Như đã thiết lập ở trên, truyền công suất xảy ra khi từ thông, được tạo ra bằng cách thiết lập từ trường xoay chiều trong cuộn dây máy phát, được biến đổi thành dòng điện trong cuộn dây máy thu. Lượng dòng điện được tạo ra phụ thuộc vào lượng từ thông được tạo ra bởi máy phát và bao nhiêu từ thông mà cuộn dây máy thu có thể bắt được. Lượng từ thông mà máy thu thu được phụ thuộc vào "hệ số ghép nối" được xác định bởi kích thước, khoảng cách và vị trí của cuộn dây máy thu so với cuộn dây máy phát. Điều này có nghĩa là hệ số ghép nối cao hơn sẽ dẫn đến truyền năng lượng cao hơn. Để tăng khả năng có hệ số ghép nối cao hơn, một số trạm sạc Không dây nhất định được thiết kế với nhiều cuộn dây máy phát như trong Hình ảnh bên dưới.

Tiêu chuẩn sạc không dây

Tiêu chuẩn sạc không dây đề cập đến bộ quy tắc quản lý việc thiết kế và phát triển các thiết bị không dây. Hiện tại có hai tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau cho sạc không dây đang được các cơ quan khác nhau quảng bá.

1. Tiêu chuẩn Rezence

2. Tiêu chuẩn QI

Các Rezence tiêu chuẩn dựa trên quy nạp cộng hưởng sạc mà sạc xảy ra khi cả hai máy phát và máy thu cuộn dây là trong cộng hưởng. Với tiêu chuẩn này, các thiết bị có thể đạt được khoảng cách lớn hơn giữa bộ phát và bộ thu để sạc. Tiêu chuẩn này đang được thúc đẩy bởi Liên minh về nguồn điện không dây (A4WP).

Mặt khác, tiêu chuẩn QI đạt được khả năng truyền năng lượng không dây bằng cách sử dụng khớp nối chặt chẽ giữa các cuộn dây và chống lại tiêu chuẩn Rezence , cuộn dây máy phát và máy thu luôn được thiết kế để hoạt động ở các tần số hơi khác nhau vì người ta tin rằng năng lượng được phân phối nhiều hơn bằng cách sử dụng thiết lập này. Tiêu chuẩn QI đang được thúc đẩy bởi tập đoàn năng lượng không dây bao gồm các thành viên như Apple inc, Qualcomm, HTC.

Bạn có thể chọn tiêu chuẩn không dây phù hợp nhất với ứng dụng của mình bằng cách xem xét sự cân bằng giữa EMI, hiệu quả và sự tự do liên kết giữa hai tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một số trạm sạc không dây nhất định được thiết kế để hỗ trợ cả hai tiêu chuẩn này, những trạm này mang lại khả năng tương tác cao giữa các thiết bị.

Thiết kế bộ sạc không dây đơn giản

Trước khi xây dựng một hệ thống sạc không dây, cần lưu ý những điều sau.

1. Tiêu chuẩn: Khi trang bị cho một thiết bị khả năng sạc không dây, điều đầu tiên cần làm là chọn tiêu chuẩn nguồn không dây phù hợp với thiết bị và các trường hợp sử dụng của nó. Một số hệ thống sạc dựa trên nhiều tiêu chuẩn.

2. Lựa chọn cuộn dây: Việc tiếp theo là chọn đúng loại cuộn dây và hình dạng cuộn dây để phù hợp với trường hợp sử dụng. Các nhà cung cấp cung cấp các cuộn dây này ở dạng đồng hồ đo tiêu chuẩn, vì vậy việc lựa chọn loại thích hợp phải dựa trên đề xuất của bảng dữ liệu của IC phát sạc không dây được sử dụng.

3. Vỏ bọc: Khi thiết kế hệ thống không dây, điều quan trọng là vỏ bọc của thiết bị không phải bằng kim loại và có bề mặt tương đối phẳng để đạt được hệ số ghép nối cao hơn giữa bộ phát và bộ thu. Kim loại ngăn năng lượng truyền đến bộ thu một cách hiệu quả và vỏ bọc bằng nhựa phải được thiết kế siêu mỏng.

Thiết kế máy phát

Hệ thống sạc không dây bao gồm cả bộ phát và bộ thu như đã nêu trước đó. Dưới đây là sơ đồ thể hiện thiết kế của một máy phát.

Có ba thành phần chính tạo nên máy phát; các nguồn điện, cuộn dây máy phát và các mạch chuyển đổi. Nguồn điện thường là DC từ một AC chỉnh lưu. Sau khi chỉnh lưu, mạch chuyển mạch được sử dụng để tạo ra tín hiệu xoay chiều được sử dụng trong việc tạo ra từ trường thay đổi để tạo ra sự truyền dòng điện từ máy phát sang máy thu qua cuộn dây máy phát.

Thiết kế bộ thu

Thiết kế của bộ thu tương tự như bộ phát ngoại trừ hành động diễn ra theo thứ tự ngược lại. Bộ thu bao gồm một cuộn dây thu, mạng cộng hưởng, chỉnh lưu và một IC sạc sử dụng đầu ra của mạch chỉnh lưu để sạc pin được kết nối. Ví dụ về mạch thu được hiển thị trong hình dưới đây với các phần chức năng được tô sáng. Ví dụ này dựa trên IC sạc LTC4120.

Các ứng dụng

Sạc không dây hiện đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng bao gồm:

Điện thoại thông minh và thiết bị đeo được
Máy tính xách tay và máy tính bảng
Dụng cụ điện và rô bốt dịch vụ, chẳng hạn như máy hút bụi
Bộ đa quang và đồ chơi điện
Các thiết bị y tế
Sạc trong ô tô

Ngoài những lý do lý giải tại sao bạn nên sử dụng sạc không dây, chẳng hạn như không cần cắm thiết bị và không gặp vấn đề về khả năng tương thích của phích cắm, sạc không dây cung cấp sự an toàn trước các mối nguy hiểm liên quan đến việc kết nối trực tiếp với nguồn điện. Hơn nữa, nó đáng tin cậy trong các môi trường khắc nghiệt hơn, chẳng hạn như khoan và khai thác và cho phép sạc khi di chuyển liền mạch. Cuối cùng, sạc không dây loại bỏ tình trạng rối và lộn xộn khác do dây tạo ra. Chúng tôi mới chỉ sơ lược về tính năng sạc không dây với một số ứng dụng mới, mọi thiết kế sản phẩm đang được thực hiện có tính đến tương lai nên tìm cách kết hợp sạc không dây vì nó chắc chắn là một trong những cách chúng tôi sẽ sạc các thiết bị chạy bằng pin trong tương lai gần nhất.