ภาพรวมของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย

การชาร์จแบบไร้สายเป็นกระบวนการชาร์จอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้แบตเตอรี่โดยไม่ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านสายไฟและสายเคเบิลเข้ากับแหล่งจ่ายไฟโดยตรง กระบวนการนี้ช่วยให้ผู้ใช้มีอิสระในการชาร์จโทรศัพท์ขณะเดินทางโดยไม่จำเป็นต้องเสียบปลั๊กกับปลั๊กไฟ ซึ่งหมายความว่าสามารถชาร์จสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เปิดใช้งานการชาร์จแบบไร้สายได้เพียงแค่วางไว้บนโต๊ะกาแฟหรือแม้แต่เครื่องจักรที่ซับซ้อนกว่าเช่นรถยนต์ไฟฟ้าก็สามารถชาร์จได้โดยเพียงแค่จอดไว้ในโรงรถหรือตามถนนที่เปิดใช้งานการชาร์จแบบไร้สาย ช่วยขจัดปัญหาด้านความปลอดภัยทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการชาร์จด้วยสายไฟและเปิดประตูสู่อิสระรูปแบบใหม่สำหรับผู้ใช้

การชาร์จแบบไร้สายย้อนกลับไปในช่วงปลายทศวรรษที่ 1800 เมื่อ Nikola Tesla พัฒนาขดลวดเทสลาซึ่งควรจะช่วยส่งพลังงานแบบไร้สายในขณะที่การทดลองไม่บรรลุจุดมุ่งหมายในเวลานั้นมันจุดประกายความสนใจในสนามและผู้คนจำนวนมากเริ่มทำงาน ความคิด. ในปี 2549 MIT ได้เริ่มทดสอบการใช้การเชื่อมต่อแบบเรโซแนนซ์เพื่อส่งพลังงานจำนวนมากและนี่เป็นการปูทางไปสู่เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายที่ยอดเยี่ยมที่มีอยู่ในปัจจุบัน คุณสามารถตรวจสอบการทดลองนี้เพื่อสร้างขดลวด Mini Tesla เพื่อส่งพลังงานแบบไร้สาย

การส่งพลังงานแบบไร้สายทำงานอย่างไร

การชาร์จแบบไร้สายบางครั้งเรียกว่าการชาร์จแบบอุปนัยเนื่องจากเป็นไปตามหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับระบบสื่อสารไร้สายการชาร์จแบบไร้สายทำได้โดยการกระทำของเครื่องส่งและตัวรับพลังงานแบบไร้สาย โดยทั่วไปเครื่องส่งสัญญาณการชาร์จแบบไร้สายจะเรียกว่าแท่นชาร์จติดอยู่กับเต้าเสียบและส่งพลังงานที่จ่ายผ่านเต้าเสียบไปยังเครื่องรับซึ่งต่ออยู่กับอุปกรณ์เพื่อชาร์จและวางไว้ใกล้กับแท่นชาร์จแบบไร้สาย

ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพบล็อกเพื่ออธิบายส่วนประกอบของระบบชาร์จไร้สายและกระบวนการชาร์จ:

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้การชาร์จแบบไร้สายใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์เช่นการที่กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงรอบขดลวดนั้นซึ่งทำให้เกิดกระแสในขดลวดคู่อื่น นี่คือหลักการที่อยู่เบื้องหลังการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิในหม้อแปลงไฟฟ้าแม้ว่าจะดูเหมือนแยกกันด้วยไฟฟ้าก็ตาม ในการชาร์จแบบไร้สายแต่ละส่วนประกอบ (ตัวส่งและตัวรับ) ที่ประกอบขึ้นเป็นระบบมีขดลวด ขดลวดเครื่องส่งสัญญาณสามารถเปรียบได้กับขดลวดปฐมภูมิในขณะที่ขดลวดตัวรับสามารถเปรียบได้กับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อเสียบแท่นชาร์จเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ ACกระแสไฟที่จ่ายจะถูกแก้ไขเป็น DC โดยระบบวงจรเรียงกระแสหลังจากนั้นระบบสวิตชิ่งจะเข้ารับช่วงต่อ เหตุผลในการเปลี่ยนคือสามารถสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงซึ่งจำเป็นในการทำให้เกิดประจุในขดลวดตัวรับ

ขดลวดตัวรับจะรวบรวมพลังงานที่เข้ามาและส่งต่อไปยังวงจรรับซึ่งจะแปลงพลังงานที่เข้ามาเป็น DC จากนั้นใช้พลังงานที่ได้รับเพื่อชาร์จแบตเตอรี่

ตามที่กำหนดไว้ข้างต้นการถ่ายโอนกำลังเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งสร้างขึ้นโดยการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับในขดลวดตัวส่งจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าในขดลวดตัวรับ ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับปริมาณของฟลักซ์ที่สร้างโดยเครื่องส่งและปริมาณของฟลักซ์นั้นที่ขดลวดตัวรับสามารถจับได้ ปริมาณของฟลักซ์ที่ตัวรับจับขึ้นอยู่กับ“ ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์” ซึ่งกำหนดโดยขนาดระยะทางและตำแหน่งของขดลวดตัวรับที่สัมพันธ์กับขดลวดของเครื่องส่งสัญญาณ ซึ่งหมายความว่าปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์ที่สูงขึ้นจะส่งผลให้มีการถ่ายเทพลังงานสูงขึ้น เพื่อเพิ่มโอกาสในการเกิดการเชื่อมต่อที่สูงขึ้นแท่นชาร์จไร้สายบางรุ่นได้รับการออกแบบให้มีขดลวดตัวส่งสัญญาณหลายตัวดังที่แสดงในภาพด้านล่าง

มาตรฐานการชาร์จแบบไร้สาย

มาตรฐานการชาร์จแบบไร้สายหมายถึงชุดของกฎที่ควบคุมการออกแบบและการพัฒนาอุปกรณ์ไร้สาย ปัจจุบันมีมาตรฐานอุตสาหกรรมที่แตกต่างกันสองมาตรฐานสำหรับการชาร์จแบบไร้สายที่ได้รับการส่งเสริมโดยตัวเครื่องที่แตกต่างกัน

1. มาตรฐาน Rezence

2. มาตรฐาน QI

Rezenceมาตรฐานจะขึ้นอยู่กับจังหวะการชาร์จอุปนัยเช่นที่ชาร์จเกิดขึ้นเมื่อทั้งสองเครื่องส่งและรับขดลวดอยู่ในเสียงสะท้อน ด้วยมาตรฐานนี้อุปกรณ์สามารถมีระยะห่างระหว่างเครื่องส่งและตัวรับสัญญาณมากขึ้นสำหรับการชาร์จ มาตรฐานนี้ได้รับการส่งเสริมโดย Alliance for wireless power (A4WP)

ในทางกลับกันมาตรฐาน QIสามารถถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายโดยใช้การมีเพศสัมพันธ์ที่แน่นหนาระหว่างขดลวดและเทียบกับมาตรฐาน Rezence ขดลวดตัวส่งและตัวรับได้รับการออกแบบให้ทำงานในความถี่ที่แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากเชื่อว่ามีการส่งพลังงานมากขึ้นโดยใช้การตั้งค่านี้ มาตรฐาน QI ได้รับการส่งเสริมโดยกลุ่มพลังงานไร้สายซึ่งรวมถึงสมาชิกเช่น Apple inc, Qualcomm, HTC ที่จะกล่าวถึง

คุณสามารถเลือกมาตรฐานไร้สายที่เหมาะสมกับแอปพลิเคชันของคุณมากที่สุดโดยพิจารณาการแลกเปลี่ยนระหว่าง EMI ประสิทธิภาพและอิสระในการจัดตำแหน่งระหว่างสองมาตรฐาน อย่างไรก็ตามแท่นชาร์จแบบไร้สายบางรุ่นได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับทั้งสองมาตรฐานซึ่งให้ความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์สูง

การออกแบบชุดเครื่องชาร์จไร้สายอย่างง่าย

ก่อนสร้างระบบชาร์จไร้สายควรคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้

1. มาตรฐาน:เมื่อติดตั้งอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการชาร์จแบบไร้สายสิ่งแรกที่ต้องทำคือเลือกมาตรฐานพลังงานไร้สายที่เหมาะกับอุปกรณ์และกรณีการใช้งาน ระบบการชาร์จบางระบบขึ้นอยู่กับหลายมาตรฐาน

2. การเลือกคอยล์:สิ่งต่อไปคือการเลือกชนิดของขดลวดและรูปทรงขดลวดที่เหมาะสมเพื่อให้เหมาะกับกรณีการใช้งาน ผู้ขายจัดหาขดลวดเหล่านี้ในมาตรวัดมาตรฐานดังนั้นการเลือกที่เหมาะสมควรเป็นไปตามคำแนะนำของแผ่นข้อมูลของ IC เครื่องส่งสัญญาณการชาร์จแบบไร้สายที่จะใช้

3. สิ่งที่แนบมา:เมื่อออกแบบระบบไร้สายสิ่งสำคัญคือกล่องหุ้มของอุปกรณ์ไม่ใช่โลหะและมีพื้นผิวที่ค่อนข้างเรียบเพื่อให้ได้ปัจจัยการเชื่อมต่อที่สูงขึ้นระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ โลหะป้องกันไม่ให้พลังงานที่ส่งไปยังเครื่องรับได้อย่างมีประสิทธิภาพและโครงพลาสติกต้องได้รับการออกแบบให้บางเฉียบ

การออกแบบเครื่องส่งสัญญาณ

ระบบชาร์จไร้สายประกอบด้วยทั้งตัวส่งและตัวรับตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ ด้านล่างนี้คือแผนผังแสดงการออกแบบของเครื่องส่งสัญญาณที่

มีส่วนประกอบหลักสามส่วนที่ประกอบกันเป็นเครื่องส่งสัญญาณ แหล่งพลังงานขดเครื่องส่งสัญญาณและวงจรสลับแหล่งจ่ายไฟมักจะเป็น DC จาก AC ที่แก้ไขแล้ว หลังจากแก้ไขวงจร Switching จะถูกใช้เพื่อสร้างสัญญาณสลับที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงเพื่อกระตุ้นการถ่ายโอนกระแสจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับผ่านขดลวดเครื่องส่ง

การออกแบบตัวรับ

การออกแบบเครื่องรับจะคล้ายกับเครื่องส่งยกเว้นการกระทำจะเกิดขึ้นในลำดับย้อนกลับ เครื่องรับประกอบด้วยขดลวดตัวรับเครือข่ายเรโซแนนซ์และวงจรเรียงกระแสและ IC เครื่องชาร์จซึ่งใช้เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออยู่ ตัวอย่างของวงจรรับแสดงในภาพด้านล่างพร้อมกับไฮไลต์ส่วนการทำงาน ตัวอย่างนี้อ้างอิงจาก IC การชาร์จ LTC4120

การใช้งาน

ปัจจุบันมีการใช้การชาร์จแบบไร้สายในหลายแอปพลิเคชัน ได้แก่:

1. สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์สวมใส่
2. โน้ตบุ๊กและแท็บเล็ต
3. เครื่องมือไฟฟ้าและหุ่นยนต์บริการเช่นเครื่องดูดฝุ่น
4. มัลติคอปเตอร์และของเล่นไฟฟ้า
5. อุปกรณ์ทางการแพทย์
6. การชาร์จในรถยนต์

นอกเหนือจากเหตุผลที่น่าสนใจที่คุณควรใช้การชาร์จแบบไร้สายเช่นไม่จำเป็นต้องเสียบอุปกรณ์และไม่มีปัญหาความเข้ากันได้ของปลั๊กการชาร์จแบบไร้สายยังให้ความปลอดภัยจากอันตรายที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อโดยตรงกับสายไฟ นอกจากนี้ยังมีความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าเช่นการขุดเจาะและการขุดและช่วยให้สามารถชาร์จได้ทุกที่ทุกเวลา สุดท้ายการชาร์จแบบไร้สายจะช่วยขจัดปัญหาสายพันกันและความยุ่งเหยิงอื่น ๆ ที่เกิดจากสายไฟ เรามีเพียงแค่การขัดผิวหน้าของการชาร์จแบบไร้สายด้วยแอพพลิเคชั่นใหม่ ๆ การออกแบบผลิตภัณฑ์ทุกชิ้นที่ทำขึ้นโดยคำนึงถึงอนาคตควรพยายามรวมการชาร์จแบบไร้สายเข้าด้วยกันเป็นวิธีหนึ่งที่เราจะชาร์จอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในอนาคตอันใกล้