Sạc không dây: phương pháp tiếp cận tích hợp là con đường để phát triển
Việc sạc điện bây giờ có thể thuận tiện như chính dữ liệu không dây

Hình 1: Chức năng sạc không dây mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và nhà sản xuất thiết bị

Dữ liệu đã được chuyển thành dữ liệu không giây trong một khoảng thời gian. Giờ đây, người tiêu dùng đang có nhu cầu về khả năng sạc điện không dây và các nhà phát triển công nghệ đang nỗ lực để đáp ứng. Trong bài viết kỹ thuật này, Infineon sẽ xem xét công nghệ tiên tiến hiện tại và so sánh các phương pháp và công nghệ kỹ thuật cũng như xem xét các lợi ích của các giải pháp sạc điện không dây tiên tiến bằng cách sử dụng phương pháp tích hợp hoàn toàn.

Cơ sở

Mỗi thiết bị điện tử đều cần phải có nguồn điện, nhưng ít thiết bị thực sự không dây vì nguồn điện được cung cấp từ ổ cắm trên tường thông qua một bộ chuyển đổi. Thuật ngữ 'không dây' bây giờ đồng nghĩa với việc truyền dữ liệu. Tuy nhiên, các trường điện từ không dây cũng có thể truyền nguồn điện sang một thiết bị, tạo sự thuận tiện cho người dùng. Vì không cần có cáp, vấn đề về khả năng tương thích sẽ giảm xuống và độ mạnh mẽ của thiết bị được tăng lên. 

Bằng cách loại bỏ tất cả các đầu nối, các thiết bị dễ dàng được bịt kín, mang lại lợi ích cho các ứng dụng lắp ghép cũng như cho tất cả người tiêu dùng nói chung, vì khoảng một trong năm điện thoại thông minh vô tình bị rơi vào chất lỏng tại một số điểm. Ưu điểm lớn nhất của việc sạc điện không dây là loại bỏ được bộ sạc pin cồng kềnh.

Khi ngành chuyển sang giải pháp sạc điện chung, nhiều khả năng sẽ có ngày càng nhiều các trạm sạc công cộng tương thích xuất hiện ở sân bay, khách sạn, địa điểm tổ chức sự kiện, quán cà phê nhanh và các địa điểm khác.

Những thách thức mà các nhà thiết kế gặp phải

Hầu hết các bộ sạc là Thiết bị Cấp nguồn ở Chế độ Chuyển mạch (SMPS) đòi hỏi phải có sự hiểu biết về từ tính - được nhiều kỹ sư coi là 'ma thuật'.

Sạc không dây hoạt động theo cách tương tự - ngoại trừ máy biến áp được chia tách giữa bộ sạc và thiết bị được sạc. Như vậy, thuật ngữ thay đổi - phía chính trở thành 'thiết bị truyền' và phía phụ là 'thiết bị nhận'.

Trong quá trình sạc không dây, các cuộn dây và khớp nối của chúng có một tác động lớn hơn về hiệu suất tổng thể so với SMPS. Khi các cuộn không dây được tách rời, ghép nối lỏng lẻo hơn so với SMPS. Tuy nhiên, có thể đạt được một hệ số ghép nối tốt và có thể truyền năng lượng với mức hiệu quả bất ngờ.

Ngoài các từ tính, các vấn đề bao gồm hiệu quả, đóng gói cơ khí, nhiễu điện từ (EMI), quản lý nhiệt và các vật kim loại lạ (như đồng xu và chìa khóa) tạo thêm thách thức cho các nhà thiết kế.

Các cấu trúc liên kết và công nghệ không dây

Các giải pháp sạc không dây thường có ba bộ phận chính; bộ chuyển đổi/bộ sạc, thiết bị phát và thiết bị nhận như được trình bày dưới đây.

Bộ chuyển đổi chuyển nguồn cấp điện lưới và cung cấp điện cho phía chính/thiết bị phát, thường có điện áp quy định là 5-20 VDC. Các bộ chuyển đổi thường là thiết bị riêng biệt có kết nối cáp với thiết bị phát, mặc dù chúng có thể được kết hợp thành một đơn vị.

Thiết bị phát có một bộ biến tần nửa cầu hoặc toàn cầu dựa trên MOSFET chuyển đổi nguồn điện DC thành dạng sóng AC và tạo ra từ trường xoay chiều. Bộ biến tần được điều khiển bởi một bộ vi điều khiển và các trình điều khiển MOSFET liên quan để cung cấp độ linh hoạt và chức năng cần thiết cho việc sạc không dây cảm ứng.

Loại D và Loại E là hai cấu trúc liên kết phổ biến dành cho các ứng dụng cộng hưởng. Mặc dù khá giống nhau ở một số khía cạnh, nhưng mỗi phương pháp tiếp cận lại mang lại những lợi ích khác nhau đôi chút phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Thực hiện sạc không dây Loại D được trình bày ở trên là một cấu trúc liên kết toàn cầu. Cũng có thể sử dụng cấu trúc liên kết nửa cầu. Loại D cung cấp một đường cong hiệu suất gần như phẳng trong phạm vi tải rộng, và do đó phù hợp với các trạm sạc không dây đa năng, chẳng hạn như ở những nơi công cộng, nơi có nhiều loại thiết bị có thể được sạc. Phương pháp này phù hợp cho nhiều mức công suất.

Cấu trúc liên kết Loại E được trình bày ở trên; đây có thể là một phương pháp tiếp cận một chiều hoặc một sự sắp xếp khác biệt (như được trình bày) có thể được sử dụng. Không giống như cấu trúc liên kết Loại D, Loại E được tối ưu hóa cho một bộ tham số cụ thể và, tại một điểm xác định nhất định, sẽ cho thấy hiệu quả cao hơn. Tuy nhiên, hiệu quả của Loại E giảm nhanh hơn từ điểm này. Do đó, cấu trúc liên kết Loại E là lựa chọn tốt nhất cho mức công suất cao hơn và để sạc điện cho một thiết bị cụ thể hoặc được sạc gần nguồn điện mục tiêu hoặc không được sạc. Chi phí BOM của Loại E có xu hướng thấp hơn một chút so với Loại D, nhưng không có sự khác biệt lớn.

Infineon Technologies cung cấp đầy đủ các giải pháp thành phần cho các thiết bị phát sạc không dây, cũng như các nguồn cấp chuyển đổi liên quan được sử dụng để chuyển đổi dòng điện AC thành DC được đưa vào biến tần.

Các sản phẩm có tính năng sạc không dây chính có phạm vi rộng mang đến cho các kỹ sư thiết kế sự tự tin về việc sử dụng các thành phần và các hệ thống phụ đảm bảo tính tương thích.

Bộ vi điều khiển cung cấp chức năng kiểm soát hệ thống/thông tin và nằm ở trung tâm của thiết kế của thiết bị phát. Dòng sản phẩm vi điều khiển XMC™ của Infineon mang đến cho các nhà thiết kế nhiều lựa chọn, mặc dù XMC1100, 1402 và XMC4108 phù hợp nhất với các cấu trúc liên kết Loại D và E phổ biến cho việc sạc không dây.

Các trình điều khiển cổng EiceDRIVER™ dịch các tín hiệu của bộ vi điều khiển để trực tiếp điều khiển các MOSFET. 2EDL71 mới phù hợp nhất với thiết kế Loại D và 1EDN phổ biến hơn cho các ứng dụng Loại E.

Infineon cung cấp rất nhiều các MOSFET. Các lựa chọn bao gồm các tuỳ chọn về kích thước gói cũng như các thông số hoạt động quan trọng như RDS(ON) và Qg, trong đó Infineon có Hệ số Chất lượng (FoM) hàng đầu trong ngành. Nhiều loại điện áp từ 30 V đến 250 V có sẵn, cho phép các nhà thiết kế sử dụng linh hoạt công nghệ cơ bản giống nhau để thiết kế các bộ sạc không dây ở nhiều mức công suất. Các MOSFET OptiMOS™ dẫn đầu thị trường của Infineon được sử dụng cho bộ biến đổi điện Loại D hoặc E (cũng như các cấu trúc liên kết chỉnh lưu đồng bộ) và các thiết bị CoolMOS™ trong các phiên bản CE và P7 cung cấp khả năng chuyển đổi cho Bộ chuyển đổi ACDC.

Infineon cũng cung cấp một loạt các bộ điều khiển Flyback dành cho các bộ chuyển đổi nguồn hoạt động tốt cùng với IC tích hợp CoolSET™ và giai đoạn công suất.

Hỗ trợ các giải pháp thành phần, bảng mạch thử nghiệm mới được phát triển của Infineon dành cho thiết bị phát của bộ khuếch đại công suất Loại D cho phép các nhà thiết kế bắt đầu nhanh chóng với việc thiết kế và phát triển các giải pháp hiệu quả cao và nhỏ gọn.

Bảng thử nghiệm cho phép các nhà thiết kế đánh giá tính năng và hiệu suất của Infineon MOSFET trong bộ khuếch đại công suất Loại D. Bao gồm hai nửa cầu được xây dựng với 80 V 2x2 Infineon MOSFET (IRL80HS120) và trình điều khiển có liên quan, bảng thử nghiệm cho phép người dùng chuyển đổi giữa cấu hình đơn (chỉ có một nửa cầu hoạt động) và cấu hình khác biệt (cả hai nửa cầu hoạt động).

Bộ tạo dao động tích hợp đảm bảo tần số hoạt động chính xác là 6,78 MHz và cũng cung cấp một chân để đặt tần số chuyển mạch bên ngoài với một máy phát dạng sóng thông qua đầu nối BNC.

Tất cả các thành phần cần thiết để thiết kế các giải pháp nguồn điện Chuyển mạch ở điện áp bằng 0 (ZVS) được bao gồm để đạt được hiệu quả cao nhất có thể. Bộ điều chỉnh tuyến tính gắn trong cung cấp điện áp cung cấp ổn định cho mạch logic.

Đầu nối BNC thứ hai cho phép kết nối một cuộn dây truyền ngoài để chuyển nguồn không dây. Nếu có một thiết bị nhận có khả năng sạc không dây, khi đó có thể tạo ra một thiết kế sạc không dây hoàn chỉnh.

Tóm tắt

Truyền tải nguồn điện không dây mang lại những lợi ích tương tự như với việc truyền dữ liệu không dây. Khi các tiêu chuẩn và các phương pháp tiếp cận hợp nhất, người dùng sẽ được hưởng lợi ngày càng tăng thông qua khả năng tương tác cao hơn giữa tất cả các bộ sạc và thiết bị cầm tay. Việc củng cố và đổi mới liên tục sẽ mang lại sự tiện lợi 'dừng lại và sạc' cũng như làm tăng mức công suất, do đó cho phép nhiều loại thiết bị được sạc không dây.

Là nhà cung cấp hàng đầu, Infineon có phạm vi sản phẩm toàn diện bao gồm tất cả các thành phần quan trọng cần thiết cho bộ chuyển đổi AC và thiết bị phát. Mỗi thành phần mang lại các mức hiệu suất cao, bao gồm các suy hao chuyển mạch/truyền dẫn thấp cũng như các gói có mức độ nhiễu âm thấp và một FoM tuyệt vời dành cho việc sạc không dây cho phép các nhà thiết kế thực hiện giải pháp với công nghệ silicon MOSFET hoàn chỉnh và đáng tin cậy. Kinh nghiệm lâu năm của Infineon về chất bán dẫn và bộ vi điều khiển đã mang lại danh tiếng như là một công ty hàng đầu về công nghệ và chất lượng.

Các bảng mạch thử nghiệm gia tăng tốc độ đánh giá và phát triển sản phẩm này bao gồm tất cả các khía cạnh của thiết kế sạc không dây. Infineon cung cấp một loạt các sản phẩm tiên tiến cũng như một hệ sinh thái hỗ trợ có giá trị cho các nhà thiết kế về các giải pháp sạc không dây - hiện tại và trong tương lai.

Stephan Schächer, Giám đốc Marketing Kỹ thuật & Hệ thống, DCDC Milko Paolucci, Kỹ sư Ứng dụng cấp cao của Infineon Technologies


Tin mới
Sản phẩm & dịch vụ
Sự kiện
Hoạt động
Copyright by Industrial Automation Magazine Vietnam
Sponsor by: Ministry Of Industry and Trade (MOIT)
All rights reserved of IAVIETNAM.net
Add: 224 Dien Bien Phu st, Ward 7, District 3, HCMC
Tel: +84 903 013616
Email: info@iavietnam.net