ชุดประกอบ PCB ที่ชาร์จแบบไร้สาย

การแนะนำขั้นพื้นฐาน

คำจำกัดความและเทคโนโลยี

เครื่องชาร์จไร้สายหมายถึงเครื่องชาร์จที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ขั้วที่ต้องชาร์จโดยไม่มีสายไฟชาร์จแบบดั้งเดิม. ใช้เทคโนโลยีการชาร์จไร้สายล่าสุด. โดยใช้สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นระหว่างขดลวด, มันสามารถส่งพลังงานไฟฟ้าได้อย่างน่าอัศจรรย์. เทคโนโลยีการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยจะกลายเป็นสะพานเชื่อมต่อสถานีและอุปกรณ์การชาร์จ.

ข้อดีและข้อเสีย

ได้รับเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย 20 สิทธิบัตรใน 2007. อุปกรณ์ที่หลากหลายสามารถใช้สถานีฐานชาร์จหนึ่งแห่ง, ทำสถานการณ์การชาร์จแบบสายสำหรับโทรศัพท์มือถือ, เครื่องเล่น MP3, เครื่องมือไฟฟ้า, และอะแดปเตอร์พลังงานอื่น ๆ ล้าสมัย. ข้อได้เปรียบของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายนั้นอยู่ในความสะดวกและความเก่งกาจ. อย่างไรก็ตาม, ข้อเสียของมันคือประสิทธิภาพต่ำและความสามารถในการให้พลังงานไฟฟ้าเท่านั้น.

กระบวนการทางประวัติศาสตร์

การค้นพบประวัติศาสตร์

ย้อนกลับไปในยุค 1830, Michael Faraday ค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโดยรอบจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสายไฟ. ในยุค 1890, Nikola Tesla นักวิทยาศาสตร์ที่เกิดในเซอร์เบียได้ยื่นขอสิทธิบัตรครั้งแรก. น่าเสียดาย, งานวิจัยในพื้นที่นี้ล่าช้าเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษเนื่องจากประสิทธิภาพการส่งผ่านต่ำและอันตรายด้านความปลอดภัย.

การพัฒนาที่ตามมา

ศาสตราจารย์ Xu Shuyuan จาก City University of Hong Kong ประสบความสำเร็จในการพัฒนาก “แพลตฟอร์มการชาร์จแบตเตอรี่ไร้สาย” ในช่วงปีแรก ๆ, ซึ่งสามารถชาร์จผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์หลายรายการบนแพลตฟอร์มการชาร์จผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำโดยอัตโนมัติ. นักวิจัยที่ Massachusetts Institute of Technology ได้มีความคืบหน้าในการส่งกระแสไฟฟ้าแบบไร้สาย. การออกแบบของ Soljacic สำหรับการส่งพลังงานไร้สายที่ไม่ใช่รังสีมีขีด จำกัด ระยะทาง, และพวกเขามุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ 70% ถึง 80% ภายในสามถึงห้าปี.

หลักการทำงาน

เสียงสะท้อนและการเหนี่ยวนำ

นักฟิสิกส์รู้จักกันมานานแล้วว่าพลังงานถูกถ่ายโอนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สะท้อนด้วยความถี่เดียวกัน. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายใช้ประโยชน์จากหลักการนี้, การใช้หลักการของการเหนี่ยวนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเทคโนโลยีการเหนี่ยวนำ AC ที่เกี่ยวข้อง. มันใช้ขดลวดที่สอดคล้องกันในการส่งและรับสิ้นสุดเพื่อส่งและรับสัญญาณ AC ที่เหนี่ยวนำให้เกิดการชาร์จ.

การใช้งานจริง

เครื่องชาร์จแบบไร้สายชนิดใหม่, แต่เดิมคิดค้นโดย บริษัท อังกฤษ, ดูเหมือนแผ่นรองเมาส์พลาสติกที่ติดตั้งขดลวดขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กและส่งพลังงานไปยังเครื่องชาร์จโดยเฉพาะ. ขดลวดที่ได้รับ, ทำจากแผลโลหะผสมแม่เหล็กด้วยลวด, สามารถติดกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างง่ายดาย. สิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้อนุญาตให้มีการชาร์จอุปกรณ์หลายเครื่องพร้อมกันได้ทุกที่ในไฟล์ “แผ่นรองเมาส์,” และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นนั้นอ่อนแอพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อรายการใกล้เคียงที่ใช้ข้อมูลการบันทึกแม่เหล็ก.

หลักการของการชาร์จไร้สาย

ระบบการชาร์จแบบไร้สายส่วนใหญ่ใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและตระหนักถึงการส่งพลังงานผ่านการเชื่อมต่อพลังงานผ่านขดลวด. ดังที่แสดงในรูป, เมื่อระบบทำงาน:

• เทอร์มินัลอินพุตจะแปลงกำลังไฟ AC เป็นพลังงาน DC ผ่านวงจรวงจรเรียงกระแสเต็มสะพาน, หรือส่งพลังงานโดยตรงให้กับระบบด้วยเทอร์มินัล 24V DC.
• หลังจากผ่านโมดูลการจัดการพลังงาน, กระแสสัญญาณเอาท์พุทโดยตรงจะถูกแปลงเป็นกระแสสลับความถี่สูงโดย oscillator คริสตัลที่ใช้งานอยู่ 2M และส่งไปยังขดลวดหลัก.
• พลังงานถูกรวมกันผ่านสองขดลวดอุปนัย, และเอาต์พุตปัจจุบันโดยคอยล์ทุติยภูมิจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงโดยวงจรการแปลงที่รับเพื่อชาร์จแบตเตอรี่.

สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไป, และในทางกลับกัน. ขนาดของพวกเขาเกี่ยวข้องกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา, และอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชั่นไซน์ทัลส่งผลให้ฟังก์ชั่น sinusoidal อื่น. เพราะฉะนั้น, คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเผยแพร่ได้, และการสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากขดลวดนั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก. ดังนั้น, สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงภายในขดลวดสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น, เสร็จสิ้นกระบวนการชาร์จ.

การชาร์จแบบไร้สายโทรศัพท์มือถือ

การชาร์จแบบไร้สายโทรศัพท์มือถือเป็นวิธีการชาร์จที่ค่อนข้างแปลกใหม่. หลักการของมันตรงไปตรงมา: การแยกหม้อแปลงหลักและรองของหม้อแปลงธรรมดาเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ไร้สาย. อย่างเด่น, อัตราการทำงานของการชาร์จไร้สายสูง, และแม้แต่แกนเหล็กก็สามารถทิ้งได้, ด้วยขดลวดโดยตรงที่บรรลุการทำงานของการถ่ายโอนพลังงาน.

คุณสมบัติพื้นฐานของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย

ความปลอดภัย

จากมุมมองทางทฤษฎี, เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายนั้นไม่เป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของมนุษย์. หลักการเรโซแนนซ์ที่ใช้ในการชาร์จแบบไร้สายคือการสั่นพ้องของสนามแม่เหล็ก, ซึ่งจะส่งผ่านระหว่างขดลวดเท่านั้นที่มีความถี่เดียวกัน, ในขณะที่อุปกรณ์อื่นไม่สามารถยอมรับวงดนตรีได้. สนามแม่เหล็กที่ใช้นั้นไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์. อย่างไรก็ตาม, เป็นเทคโนโลยีใหม่, บางคนอาจมีข้อกังวลเบื้องต้น, คล้ายกับเมื่อ Wi-Fi และเสาเสาอากาศโทรศัพท์มือถือปรากฏตัวครั้งแรก. ในความเป็นจริง, เทคโนโลยีนั้นไม่เป็นอันตราย.

เรโซแนนซ์แม่เหล็ก

เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายของ Maiyuan ใช้การสั่นพ้องแม่เหล็กเพื่อส่งประจุในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กระหว่างเครื่องชาร์จและอุปกรณ์. ขดลวดและตัวเก็บประจุก่อตัวเป็นเสียงสะท้อนระหว่างเครื่องชาร์จและอุปกรณ์.

แอปพลิเคชันที่กว้าง

Maiyuan อ้างว่าระบบนี้สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในอนาคต, เช่นพื้นที่ชาร์จสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและระบบส่งกำลังสำหรับชิปคอมพิวเตอร์. เวลาการชาร์จที่ต้องการโดยระบบการชาร์จที่พัฒนาโดยเทคโนโลยีนี้จะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับวิธีการปัจจุบัน.

อัตราการแปลงสูง

อัตราการแปลงของการชาร์จไร้สาย Maiyuan นั้นสูงกว่าการชาร์จแบบใช้สายหลายเปอร์เซ็นต์. การแปลงสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานทั่วโลกของเครื่องชาร์จไร้สาย. อย่างไรก็ตาม, เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายถูก จำกัด ด้วยระยะทาง. เพื่อการพัฒนาในอนาคต, จำเป็นต้องแก้ปัญหาการวางตำแหน่งที่แม่นยำของแถบคลื่นและช่วงสนามแม่เหล็กสำหรับการส่งทางไกล.

ความท้าทายชิปหลัก

ชิปหลักเป็นความท้าทายที่สำคัญในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายในผลิตภัณฑ์. การควบคุมช่วงรังสีที่แม่นยำ, ความถี่สนามแม่เหล็ก, และการควบคุมอื่น ๆ จะถูกนำไปใช้โดยชิป.

สรุปปัญหา

คอขวดการพัฒนาแอปพลิเคชันตลาด

1. ความไม่สมบูรณ์ของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายหลัก
2. ความยากลำบากในการบรรลุการส่งผ่านทางไกล
3. ข้อกำหนดฮาร์ดแวร์สูงสำหรับการวางตำแหน่งทางไกล
4. การจับคู่ความสูงและความสูงขนาดเล็กของการสั่นพ้องของสนามแม่เหล็ก
5. ช่วงแอปพลิเคชันที่ จำกัด
6. ปัจจัยตลาด – นักพัฒนามีความลังเลที่จะลงทุนอย่างมากในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเนื่องจากจิตวิทยาผู้บริโภค.

อันตรายจากรังสี

นักวิจัยของ MIT ระบุว่าร่างกายตอบสนองอย่างมากต่อสนามไฟฟ้า แต่แทบจะไม่ไปสนามแม่เหล็ก, การแนะนำระบบจะไม่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์. อย่างไรก็ตาม, นี่คือการเก็งกำไร. นักวิจัยบางคนแสดงความกังวล, และจำเป็นต้องมีการทดลองเพิ่มเติมก่อนการใช้งานจริง. เป็นผลิตภัณฑ์ชาร์จอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องชาร์จเองปล่อยรังสี, แต่กำลังของเครื่องชาร์จไร้สายมีขนาดเล็ก, เวลาในการชาร์จนาน, และรังสีที่ผลิตน้อยที่สุด, ก่อให้เกิดอันตรายเล็กน้อยต่อผู้คน.

พอร์ตแบบครบวงจร

เพื่อหลีกเลี่ยงของเสียที่ไม่จำเป็นและสร้างของเสียทางอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น, จีนกำลังใช้มาตรฐานที่เป็นมาตรฐานของพอร์ตเครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายพร้อมที่จะเป็นที่นิยม, ใช้งานได้ไม่เพียง แต่สำหรับโทรศัพท์มือถือ แต่ยังสำหรับกล้องดิจิตอล, iPhone, ไอแพด, และสมุดบันทึก. ฟูจิตสึของญี่ปุ่นมีเป้าหมายที่จะขยายความสำเร็จนี้จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาไปจนถึงการชาร์จยานพาหนะไฟฟ้า. เป้าหมายสูงสุดของพวกเขาคือการตั้งค่าสาธารณะ “จุดชาร์จ” บนถนน, ให้บริการชาร์จทุกสภาพอากาศตลอด 24 ชั่วโมงสำหรับอุปกรณ์ดิจิตอลแบบพกพาและผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า. เครื่องชาร์จไร้สายนั้นฉลาดกว่าและประหยัดพลังงาน. แม้ว่าประสิทธิภาพของพวกเขาจะเกี่ยวกับ 70%, เท่ากับอุปกรณ์ชาร์จแบบมีสาย, พวกเขามีฟังก์ชั่นการปิดระบบอัตโนมัติเมื่อชาร์จเต็ม, หลีกเลี่ยงการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็น. อัตราการยอมรับประสิทธิภาพมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง.

โทรศัพท์มือถือตัวรับสัญญาณในตัวและมาตรฐานการชาร์จแบบไร้สายแบบครบวงจร

โดยการรวมตัวรับสัญญาณชาร์จเข้ากับโทรศัพท์มือถือและสร้างมาตรฐานการชาร์จแบบไร้สายแบบครบวงจร, การยอมรับและความสะดวกสบายของการชาร์จแบบไร้สายสามารถเพิ่มขึ้นได้อีก.

ภาพรวมของเทคโนโลยีการชาร์จไร้สาย

เพื่อตระหนักถึงการชาร์จแบบไร้สายของโทรศัพท์มือถือและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ, จะต้องมีสองส่วน: เครื่องส่งสัญญาณ, ซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟและรับผิดชอบในการส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังพื้นที่กว้าง, และผู้รับ, ซึ่งติดตั้งโดยทั่วไปในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และใช้เพื่อรับพลังงานไฟฟ้า. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายได้เริ่มใช้ในผลิตภัณฑ์โทรศัพท์มือถือ. ยกตัวอย่าง iPhone, ผู้ผลิตที่ชาร์จแบบไร้สายได้ทำการปรับปรุงและติดตั้งประเภทหนึ่ง “เสื้อผ้า” คล้ายกับ “เปลือกแอปเปิ้ล”. ในฐานะผู้รับการชาร์จแบบไร้สาย, ปรากฏในรูปแบบของการเพิ่มเคสชาร์จโทรศัพท์มือถือ, แต่ผลิตภัณฑ์ดัดแปลงที่เกี่ยวข้องสามารถเปิดตัวได้ในประเทศจีน. ขนานนาม “Qi ผ่าน,” กรณีรองรับทั้ง iPhone และ BlackBerrys, ให้ผู้ใช้เข้าถึงคุณสมบัติได้เร็วโดยไม่ต้องเปลี่ยนโทรศัพท์. ในช่วงต้น 2013, ตัวรับสัญญาณการชาร์จแบบไร้สายจะสมบูรณ์ “ผอมลง” และกลายเป็นชาร์จแบบไร้สายที่ได้รับชิปที่สร้างขึ้นในโทรศัพท์มือถือ, ใหญ่เท่ากับเล็บ. นอก, ฟิลิปส์, LG, ซัมซุง, Sony Ericsson, iPhone, HTC, Google, zte, คม, ขอบ, และผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือที่มีชื่อเสียงระดับสากลอื่น ๆ อีกมากมายสนับสนุนเทคโนโลยีนี้, และเครื่องชาร์จไร้สายอาจรวมกับโทรศัพท์มือถือเพื่อขาย.

ความเข้ากันได้และมาตรฐาน QI

ความสำคัญของความเข้ากันได้

กุญแจสำคัญในการชาร์จแบบไร้สายของโทรศัพท์มือถือคือความเข้ากันได้, และมาตรฐาน QI สามารถมั่นใจได้ว่าเข้ากันได้ของแบรนด์. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กไฟฟ้า. เครื่องส่งสัญญาณจะแปลงกระแสเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า, และโทรศัพท์มือถือใช้เครื่องรับชิปในตัวเพื่อแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปัจจุบันเพื่อชาร์จโทรศัพท์มือถือ. กุญแจสำคัญในการส่งเสริมเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายคือเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องชาร์จไร้สายของผู้ผลิตหลายรายนั้นเข้ากันได้.

มาตรฐาน QI

การกำหนดมาตรฐาน QI ช่วยให้การชาร์จแบบไร้สายมีข้อกำหนดทางเทคนิคแบบครบวงจรและทำให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ของเครื่องชาร์จเดียวกันกับหลายยี่ห้อและผลิตภัณฑ์. Menno Treffers, ประธานพันธมิตรการเรียกเก็บเงินไร้สาย, กล่าวว่ามาตรฐานการชาร์จแบบไร้สาย Qi ใช้เทคโนโลยีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า, ซึ่งมีประสิทธิภาพและปลอดภัยกว่าเทคโนโลยีอื่น ๆ. มาตรฐานการชาร์จแบบไร้สาย Qi ประกอบด้วยสามด้าน: ส่วนต่อประสาน, ผลงาน, และกฎระเบียบ. นี่เป็นความท้าทายอย่างมากต่อการสร้างความนิยมของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย. ดังนั้น, โทรศัพท์มือถือที่ผ่านมาตรฐาน Qi สามารถใช้พลังงานได้โดยสถานีฐานชาร์จที่ได้รับการรับรองจาก QI, ฐาน, หรืออุปกรณ์ชาร์จอื่น ๆ. การตอบสนองล่วงหน้าก่อนสำหรับอุปกรณ์ของ Qi นั้นไม่สูงกว่า 5 วัตต์, ซึ่งอาจเป็นข้อ จำกัด ที่ยิ่งใหญ่สำหรับผู้ผลิตบางรายที่ต้องการให้แล็ปท็อปใช้เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย.

ความพร้อมใช้งานของตลาดของผลิตภัณฑ์มาตรฐาน QI

ผู้ผลิตได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ชาร์จแบบไร้สายมาตรฐาน QI, และตลาดก็กว้างขวาง. แบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในโลกและผู้ผลิตอุปกรณ์ส่องสว่างแบบพกพา Energizer (ผู้ใช้พลังงาน) กล่าวว่าในไม่ช้าจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์เครื่องชาร์จไร้สายที่รองรับมาตรฐาน QI, และจะนำประสบการณ์การชาร์จแบบไร้สายใหม่มาสู่ Apple iPhone3Gs และ BlackBerry BlackBerry Curve8900 ผู้ใช้. ในเวลาเดียวกัน, จากข้อมูลที่จัดทำโดย บริษัท วิจัยตลาด ISUPPLI, ตลาดอุปกรณ์ชาร์จไร้สายมาถึงระดับ 14 พันล้านดอลลาร์สหรัฐใน 2013. ฟิลิปส์ได้เริ่มสร้างโทรศัพท์ใหม่ที่มีการชาร์จแบบไร้สายแล้ว. โทรศัพท์มือถือของ Philips X723 ปรากฏขึ้นแล้ว, และมีหน้าจอ 240x400 ขนาด 3.2 นิ้วพร้อม GPS และกล้อง 3 ล้านพิกเซล. ข่าวดีก็คือว่าเครื่องมาพร้อมกับมาตรฐานด้วยเครื่องชาร์จไร้สาย XENIUMQ1 (Qi Wireless Charging Alliance Standard), แต่ยังไม่ได้เปิดเผยเวลาและราคาที่เฉพาะเจาะจง.

รับเสาอากาศ

แม้ว่าบทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่เครื่องชาร์จ, นอกจากนี้ยังมีภาพรวมของการรับเสาอากาศ. เพราะอุปกรณ์ชาร์จแบบไร้สายประเภทนี้เป็นหม้อแปลงหลัก, ติดตั้งหลักในเครื่องชาร์จ, และรองถูกติดตั้งในเทอร์มินัล.

การเลือกเสาอากาศชาร์จที่ดี

เนื่องจากเสาอากาศที่ได้รับซึ่งไม่ตรงกับเครื่องชาร์จจะทำให้เกิดความผันผวนในปัจจุบันในวงจรการชาร์จ, วิธีเลือกเสาอากาศที่ดี?

เสาอากาศเทอร์มินัลต้องการการป้องกันแม่เหล็ก

หากเสาอากาศชาร์จเป็นเพียงขดลวดกลวง, เมื่อวัตถุโลหะใกล้เคียงเข้าใกล้, มันจะทำให้ Eddy ปัจจุบัน, ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการชาร์จ, ป้องกันพลังงานของเครื่องชาร์จจากการแผ่ออกไป, เพิ่มกระแสไฟฟ้า, และทำให้เครื่องชาร์จร้อนขึ้น.

การเลือกสื่อแม่เหล็ก

สื่อแม่เหล็กที่เลือกโดยเครื่องชาร์จแบ่งออกเป็นสองประเภท: วัสดุแม่เหล็กอินทรีย์และวัสดุแม่เหล็กอนินทรีย์. วัสดุแม่เหล็กอินทรีย์สามารถทำให้บางและแปรปรวนได้มาก, ซึ่งเหมาะสำหรับการผูกฝาหลังของโทรศัพท์มือถือและใช้ในโทรศัพท์มือถือ; วัสดุแม่เหล็กอนินทรีย์ทำจากเฟอร์ไรต์ที่ถูกเผา, ซึ่งเปราะบางและเหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ขนาดใหญ่.