Leiterplattenbaugruppe für kabellose Ladegeräte

Grundlegende Einführung

Definition und Technologie

Unter einem kabellosen Ladegerät versteht man ein Ladegerät, das ohne herkömmliches Ladenetzkabel an ein Endgerät angeschlossen wird, das aufgeladen werden muss. Es nutzt die neueste kabellose Ladetechnologie. Durch Nutzung des zwischen den Spulen erzeugten Magnetfeldes, Es kann auf magische Weise elektrische Energie übertragen. Die induktive Kopplungstechnologie wird zu einer Brücke zwischen Ladestationen und Geräten.

Vor- und Nachteile

Drahtlose Ladetechnologie erhalten 20 Patente in 2007. Verschiedene Geräte können eine Ladestation nutzen, Erstellen von kabelgebundenen Ladeszenarien für Mobiltelefone, MP3-Player, Elektrowerkzeuge, und andere Netzteile veraltet. Der Vorteil der kabellosen Ladetechnologie liegt in ihrer Bequemlichkeit und Vielseitigkeit. Jedoch, Sein Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad und die Fähigkeit, nur elektrische Energie bereitzustellen.

Historischer Prozess

Historische Entdeckung

Damals in den 1830er Jahren, Michael Faraday entdeckte, dass Änderungen im umgebenden Magnetfeld einen elektrischen Strom in einem Draht induzieren würden. In den 1890er Jahren, Der in Serbien geborene Wissenschaftler Nikola Tesla meldete das erste Patent an. Bedauerlicherweise, Die Forschung auf diesem Gebiet verzögerte sich aufgrund der geringen Übertragungseffizienz und Sicherheitsrisiken um ein Jahrhundert.

Nachfolgende Entwicklung

Professor Xu Shuyuan von der City University of Hong Kong entwickelte erfolgreich ein “Plattform zum kabellosen Laden von Akkus” in den Anfangsjahren, das mehrere elektronische Produkte auf einer Ladeplattform durch niederfrequente elektromagnetische Felder automatisch laden kann. Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben auch Fortschritte bei der drahtlosen Übertragung von Elektrizität gemacht. Soljacics Design für die strahlungslose drahtlose Energieübertragung weist eine Entfernungsbeschränkung auf, und sie zielen darauf ab, die Effizienz zu steigern 70% Zu 80% innerhalb von drei bis fünf Jahren.

Arbeitsprinzip

Resonanz und Induktion

Physiker wissen seit langem, dass Energie effizient zwischen zwei Objekten übertragen wird, die mit derselben Frequenz schwingen. Die kabellose Ladetechnologie macht sich dieses Prinzip zunutze, Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Welleninduktion und der damit verbundenen Wechselstrom-Induktionstechnologie. Es verwendet entsprechende Spulen am Sende- und Empfangsende, um induzierte Wechselstromsignale zum Laden zu senden und zu empfangen.

Praktische Anwendung

Eine neue Art von kabellosem Ladegerät, ursprünglich von einem britischen Unternehmen erfunden, sieht aus wie ein Plastikmauspad, das mit einer dichten Anordnung kleiner Spulen ausgestattet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen und Energie an ein spezielles Ladegerät zu übertragen. Die Empfangsspule, Hergestellt aus einer magnetischen Legierung, umwickelt mit Draht, lässt sich problemlos an elektronische Geräte anbringen. Diese neue Erfindung ermöglicht das gleichzeitige Laden mehrerer Geräte überall auf der Welt “Mauspad,” und das erzeugte Magnetfeld ist schwach genug, um in der Nähe befindliche Gegenstände, die magnetische Aufzeichnungsdaten verwenden, nicht zu beeinträchtigen.

Prinzipien des kabellosen Ladens

Das kabellose Ladesystem nutzt hauptsächlich das Prinzip der elektromagnetischen Induktion und realisiert die Energieübertragung durch Energiekopplung über Spulen. Wie in der Abbildung gezeigt, wenn das System funktioniert:

• Der Eingangsanschluss wandelt den Wechselstrom über die Vollbrücken-Gleichrichterschaltung in Gleichstrom um, oder versorgt das System direkt über einen 24-V-DC-Anschluss mit Strom.
• Nach dem Durchlaufen des Energieverwaltungsmoduls, Der Ausgangsgleichstrom wird vom aktiven 2M-Quarzoszillator in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt und der Primärwicklung zugeführt.
• Die Energieeinkopplung erfolgt über zwei Induktionsspulen, und der von der Sekundärspule ausgegebene Strom wird von der Empfangsumwandlungsschaltung in Gleichstrom umgewandelt, um die Batterie zu laden.

Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt ein sich änderndes elektrisches Feld, Und umgekehrt. Ihre Größe hängt von ihrer Änderungsrate ab, und die Änderungsrate einer Sinusfunktion führt zu einer anderen Sinusfunktion. Somit, elektromagnetische Wellen können sich ausbreiten, und die Erzeugung der induzierten Spannung der Spule hängt mit der Änderung des Magnetflusses zusammen. Daher, Das sich ändernde Magnetfeld im Inneren der Spule erzeugt eine induzierte Spannung, Abschluss des Ladevorgangs.

Kabelloses Aufladen von Mobiltelefonen

Das kabellose Laden von Mobiltelefonen ist eine relativ neuartige Lademethode. Sein Prinzip ist einfach: Trennung der Primär- und Sekundärseite gewöhnlicher Transformatoren, um drahtlose Zwecke zu erreichen. Vor allem, Die Arbeitsgeschwindigkeit des kabellosen Ladens ist hoch, und sogar der Eisenkern kann weggeworfen werden, wobei die Direktspule die Funktion der Energieübertragung übernimmt.

Grundfunktionen der kabellosen Ladetechnologie

Sicherheit

Aus theoretischer Sicht, Die kabellose Ladetechnologie ist für die menschliche Sicherheit unbedenklich. Das beim kabellosen Laden verwendete Resonanzprinzip ist die Magnetfeldresonanz, die nur zwischen Spulen überträgt, die bei derselben Frequenz schwingen, während andere Geräte das Band nicht akzeptieren können. Das verwendete Magnetfeld ist für den menschlichen Körper selbst ungefährlich. Jedoch, eine neue Technologie sein, Manche Menschen haben möglicherweise anfängliche Bedenken, Ähnlich wie damals, als WLAN und Mobilfunk-Antennenmasten zum ersten Mal aufkamen. In Wirklichkeit, Die Technologie selbst ist harmlos.

Magnetische Resonanz

Die kabellose Ladetechnologie von Maiyuan nutzt Magnetresonanz, um Ladungen in den elektrischen und magnetischen Feldern zwischen dem Ladegerät und dem Gerät zu übertragen. Die Spule und der Kondensator bilden eine Resonanz zwischen dem Ladegerät und dem Gerät.

Breite Anwendungen

Maiyuan behauptet, dass dieses System in Zukunft weit verbreitet sein kann, wie Ladebereiche für Elektrofahrzeuge und Stromübertragung für Computerchips. Die Ladezeit des mit dieser Technologie entwickelten Ladesystems wird im Vergleich zu aktuellen Methoden deutlich verkürzt.

Hohe Conversion-Rate

Die Umwandlungsrate des kabellosen Ladens von Maiyuan ist mehrere Prozentpunkte höher als die des kabelgebundenen Ladens. Eine hohe Umwandlung ist entscheidend für den weltweiten Einsatz von kabellosen Ladegeräten. Jedoch, Die kabellose Ladetechnologie ist durch die Entfernung begrenzt. Für die zukünftige Entwicklung, Es ist notwendig, das Problem der genauen Positionierung des Wellenbandes und des Magnetfeldbereichs für die Übertragung über große Entfernungen zu lösen.

Kern-Chip-Herausforderungen

Der Kernchip stellt eine große Herausforderung bei der Anwendung der drahtlosen Ladetechnologie in Produkten dar. Präzise Kontrolle der Strahlungsreichweite, Magnetfeldfrequenz, und andere Steuerungen werden durch Chips implementiert.

Problemzusammenfassung

Engpass bei der Marktanwendungsentwicklung

1. Wesentliche Unvollkommenheiten der kabellosen Ladetechnologie
2. Schwierigkeiten bei der Fernübertragung
3. Hohe Hardwareanforderungen für die Positionierung über große Entfernungen
4. Kontrollierte und kleine Höhenanpassung der Magnetfeldresonanz
5. Begrenzter Anwendungsbereich
6. Marktfaktoren – Aufgrund der Verbraucherpsychologie zögern Entwickler, stark in Technologieforschung und -entwicklung zu investieren.

Strahlengefahr

MIT-Forscher geben an, dass der Körper stark auf elektrische Felder reagiert, jedoch kaum auf magnetische Felder, Dies deutet darauf hin, dass das System keine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben würde. Jedoch, das ist spekulativ. Einige Forscher äußern Bedenken, und vor der realen Anwendung sind weitere Experimente notwendig. Als elektronisches Ladeprodukt, Das Ladegerät selbst sendet Strahlung aus, aber die Leistung des kabellosen Ladegeräts ist gering, Die Ladezeit ist lang, und die erzeugte Strahlung ist minimal, den Menschen wenig Schaden zufügen.

Einheitlicher Port

Um unnötigen Müll zu vermeiden und mehr Elektroschrott zu erzeugen, China führt eine einheitliche Standardisierung der Ladeanschlüsse für Mobiltelefone ein. Die kabellose Ladetechnologie steht kurz davor, populär zu werden, nicht nur für Mobiltelefone, sondern auch für Digitalkameras nutzbar, iPhones, iPads, und Notizbücher. Das japanische Unternehmen Fujitsu möchte diesen Erfolg von tragbaren Elektronikgeräten auf das Laden von Elektrofahrzeugen ausweiten. Ihr oberstes Ziel ist es, Öffentlichkeit zu schaffen “Ladestationen” auf Straßen, Bereitstellung praktischer 24-Stunden-Allwetter-Ladedienste für tragbare digitale Geräte und Benutzer von Elektrofahrzeugen. Drahtlose Ladegeräte sind intelligenter und energieeffizienter. Obwohl ihre Effizienz etwa ist 70%, entspricht kabelgebundenen Ladegeräten, Sie verfügen über eine automatische Abschaltfunktion, wenn sie vollständig aufgeladen sind, Vermeidung unnötigen Energieverbrauchs. Die Leistungsakzeptanzraten verbessern sich kontinuierlich.

Integrierter Ladeempfänger für Mobiltelefone und einheitlicher Standard für kabelloses Laden

Durch die Integration eines Ladeempfängers in Mobiltelefone und die Etablierung eines einheitlichen Standards für kabelloses Laden, Die Akzeptanz und der Komfort des kabellosen Ladens können weiter verbessert werden.

Überblick über die kabellose Ladetechnologie

Um das kabellose Laden von Mobiltelefonen und anderen Produkten zu realisieren, es muss zwei teile geben: Der Sender, das an die Stromversorgung angeschlossen ist und für die Übertragung elektrischer Energie in einen weiten Raum verantwortlich ist, und der Empfänger, das in der Regel auf elektronischen Produkten installiert wird und zur Aufnahme elektrischer Energie dient. Die drahtlose Ladetechnologie wird zunehmend in Mobiltelefonprodukten eingesetzt. Nehmen wir das iPhone als Beispiel, Die Hersteller des kabellosen Ladens haben es umgerüstet und eine Art eingebaut “Kleidung” ähnlich “Apfelschale”. Als kabelloser Ladeempfänger, Es erscheint in Form des Hinzufügens einer Ladehülle für Mobiltelefone, aber verwandte modifizierte Produkte können in China auf den Markt gebracht werden. Genannt “Qi von,” Die Hülle unterstützt sowohl iPhones als auch BlackBerrys, Benutzern frühzeitigen Zugriff auf die Funktion zu ermöglichen, ohne dass sie ihre Telefone austauschen müssen. In früh 2013, Der kabellose Ladeempfänger ist voll “abgespeckt” und zu einem drahtlosen Lade-Empfangschip werden, der in Mobiltelefone integriert ist, nur so groß wie ein Fingernagel. Nokia, Philips, LG, Samsung, Sony Ericsson, iPhone, HTC, Google, ZTE, Scharf, RAND, und viele andere international renommierte Mobiltelefonhersteller unterstützen diese Technologie, und kabellose Ladegeräte können auch zusammen mit Mobiltelefonen zum Verkauf angeboten werden.

Kompatibilität und der Qi-Standard

Die Bedeutung der Kompatibilität

Der Schlüssel zum kabellosen Laden von Mobiltelefonen ist die Kompatibilität, und der Qi-Standard kann Markenkompatibilität gewährleisten. Die kabellose Ladetechnologie nutzt hauptsächlich elektromagnetische Technologie. Der Sender wandelt den Strom in elektromagnetischen Strom um, und das Mobiltelefon nutzt den eingebauten Chip-Empfänger, um die elektromagnetische Energie in Strom umzuwandeln, um das Mobiltelefon aufzuladen. Der Schlüssel zur Förderung der kabellosen Ladetechnologie liegt darin, sicherzustellen, dass die kabellosen Ladegeräte verschiedener Hersteller kompatibel sind.

Der Qi-Standard

Die Formulierung des Qi-Standards ermöglicht eine einheitliche technische Spezifikation für das kabellose Laden und gewährleistet die Kompatibilität desselben Ladegeräts mit mehreren Marken und Produkten. Menno Treffers, Vorsitzender der Wireless Charging Alliance, sagte, dass der Qi-Standard für kabelloses Laden elektromagnetische Induktionstechnologie nutzt, Das ist effizienter und sicherer als andere Technologien. Der Qi-Standard für kabelloses Laden umfasst drei Aspekte: Schnittstelle, Leistung, und Vorschriften. Dies stellt eine erhebliche Herausforderung für die Popularisierung der drahtlosen Ladetechnologie dar. daher, Mobiltelefone, die den Qi-Standard erfüllen, können an jeder Qi-zertifizierten Ladestation mit Strom versorgt werden, Base, oder andere wiederaufladbare Geräte. Qis erste Voraussetzung für Geräte ist nicht höher als 5 Watt, Dies kann für einige Hersteller, die möchten, dass Laptops auch die drahtlose Ladetechnologie verwenden, eine große Einschränkung darstellen.

Marktverfügbarkeit von Qi-Standardprodukten

Hersteller haben kabellose Ladeprodukte nach Qi-Standard auf den Markt gebracht, und der Markt ist umfangreich. Der weltweit größte Hersteller von Batterien und tragbaren Beleuchtungsgeräten Energizer (Energiespender) kündigte an, bald ein kabelloses Ladegerät auf den Markt zu bringen, das den Qi-Standard unterstützt, und wird zunächst Benutzern von Apple iPhone3GS und Blackberry Curve8900 ein neues kabelloses Ladeerlebnis bieten. Gleichzeitig, nach Angaben des Marktforschungsunternehmens iSuppli, Der Markt für drahtlose Ladegeräte erreichte eine Größenordnung von 14 Milliarden US-Dollar 2013. Philips hat bereits damit begonnen, neue Telefone herzustellen, die über kabelloses Laden verfügen. Das Mobiltelefon Philips X723 ist bereits erschienen, und es verfügt über einen 3,2-Zoll-Bildschirm mit 240 x 400 Pixeln, GPS und eine 3-Megapixel-Kamera. Die gute Nachricht ist, dass das Gerät standardmäßig mit einem kabellosen Ladegerät XeniumQ1 ausgestattet ist (Qi-Standard der Wireless Charging Alliance), Der genaue Startzeitpunkt und der Preis wurden jedoch noch nicht bekannt gegeben.

Empfangsantenne

Obwohl sich dieser Artikel auf Ladegeräte konzentriert, Außerdem gibt es einen Überblick über Empfangsantennen. Denn diese Art von kabellosem Ladegerät ist im Wesentlichen ein Transformator, Der Primärteil ist im Ladegerät verbaut, und die Sekundärseite wird im Terminal installiert.

Auswahl einer guten Ladeantenne

Denn die nicht zum Ladegerät passende Empfangsantenne führt zu Stromschwankungen im Ladekreis, So wählen Sie eine gute Ladeantenne aus?

Die Terminalantenne benötigt eine magnetische Abschirmung

Wenn die Ladeantenne nur eine Hohlspule ist, wenn sich in der Nähe befindliche Metallgegenstände nähern, es wird Wirbelstrom verursachen, Dadurch wird die Ladeeffizienz verringert, verhindern, dass die Energie des Ladegeräts nach außen abstrahlt, Erhöhen Sie den Strom, und dazu führen, dass sich das Ladegerät erwärmt.

Auswahl magnetischer Medien

Das vom Ladegerät ausgewählte magnetische Medium ist in zwei Kategorien unterteilt: organische magnetische Materialien und anorganische magnetische Materialien. Das organische Magnetmaterial kann sehr dünn und verformt hergestellt werden, Das eignet sich zum Verkleben der Rückseite des Mobiltelefons und wird im Mobiltelefon verwendet; Das anorganische Magnetmaterial besteht aus gesintertem Ferrit, die zerbrechlich und für die Installation in großen Räumen geeignet ist.