Cómo un nuevo sistema de alimentación mejora la carga inalámbrica

El auge de los sistemas de carga inalámbrica no es ninguna sorpresa. Estos dispositivos ofrecen más comodidad y flexibilidad que sus homólogos con cable. Sin embargo, varios factores limitantes impiden que los cargadores inalámbricos se conviertan en el estándar del sector.

Recientemente, un equipo de ingenieros de la Universidad Nacional de Incheon introdujo a novel power management system that has the potential to drastically improve wireless charging solutions. The new system provides stable power and reduces interference. Here’s what you need to know.

¿Cómo funciona la carga inalámbrica?

Cuando se coloca un teléfono o un smartwatch en una estación de carga inalámbrica ocurren muchas cosas entre bastidores. Estos dispositivos logran la transferencia inalámbrica de energía (WPT) sin enchufes y a través de carcasas que utilizan inducción electromagnética.

La inducción electromagnética se produce de forma inalámbrica después de que una bobina transmisora inalámbrica situada en la estación de carga se acerque a una bobina receptora. Este escenario hace que los electrones de la bobina receptora oscilen, creando un campo electromagnético entre las dos bobinas que carga tu dispositivo.

Circuito resonante

One of the key components of wireless charging systems is the resonant circuit.  These devices balance the inductance of the receiver coil to achieve frequency resonance. They also serve a crucial role in boosting power transfer to the unit and lowering circuit impedance.

Sintonización por resonancia

To control interference and system power, resonance tuning is used. These adjustments will often employ parallel compensated receivers to help modulate the system’s operating frequency. Interestingly, it’s this modulation that creates a mismatch between the modulated and resonant frequencies, resulting in reduced performance.

Problemas actuales de los sistemas de carga inalámbrica

Wireless charging has some serious caveats at this time. For example, it’s much slower than cable alternatives. Additionally, your device needs to be very close for most charging systems to function correctly.

Interferencias electromagnéticas

The power supply systems and resonant circuits used in today’s wireless charging stations can interfere with resonant circuitry on other devices in the vicinity. This electromagnetic interference reduces the efficiency and performance of wireless charging stations as well.

Baja eficiencia del sistema

Los sistemas tradicionales de carga inalámbrica pueden sufrir pérdidas de potencia repentinas e inesperadas. La razón principal de esta caída repentina de potencia son los cambios drásticos de frecuencia en los circuitos resonantes. Este escenario provocará que tus dispositivos se calienten y se carguen lentamente.

Soluciones de ajuste de resonadores

Se han introducido múltiples soluciones de ajuste en el sector desde que la carga inalámbrica entró en el mercado. En particular, todas ellas requieren algún tipo de hardware adicional. El problema es que estos dispositivos aumentan la complejidad, los requisitos energéticos y el tamaño general de estos aparatos. Además, son caros y pueden requerir expertos para navegar por los complejos ajustes de control.

Estándar de carga inalámbrica Qi

El estándar de carga inalámbrica más popular en la actualidad es el estándar Qi. Este tipo de estación de carga puede suministrar energía inalámbrica a un dispositivo situado a unos 4 cm de distancia. Sus frecuencias de funcionamiento oscilan entre 110 y 205 kHz, y puede cargar varios dispositivos al mismo tiempo.

Source – Torro

Qi is popular but not efficient. It’s slow and can result in your devices heating up. Your device getting hot can lower battery performance over time. As such, there’s a direct need for more stable and efficient wireless charging solutions. Thankfully, a solution is on the horizon.

Estudio sobre la mejora de la carga inalámbrica

Incheon National University engineers published a study labeled “Rectificador de sintonía resonante para receptores compensados en paralelo en la transferencia inalámbrica de energía"¹ en la revista científica IEEE Transactions on Industrial Electronics de este mes. El estudio presenta una nueva solución de rectificador resonante sintonizado que puede proporcionar energía inalámbrica estable y podría revolucionar el mercado.

Rectificador de sintonía resonante (RTR)

Los rectificadores de sintonía resonante (RTR) ayudan a corregir el desajuste de resonancia de los RX compensados en paralelo que se produce durante las modulaciones de frecuencia de espectro ensanchado. Para ello, la unidad ajusta de forma autónoma la capacitancia efectiva.

This step allows the RTR to tune the resonant frequency by syncing control signals and the system’s current. Once synced, the device can begin compensating for any mismatches between intrinsic resonance and modulation periods.

Specifically, the scientist achieved tuning by synchronizing the rectifier MOSFET’s turn-off with the zero-crossing of the primary current. The system leverages an integrated sensor coil to extract phase information and synchronize its output with the system’s primary current.

Prueba de carga inalámbrica mejorada

Para probar su sistema de carga inalámbrica mejorado, los ingenieros construyeron un prototipo de estación de carga de 2,2 kW para vehículos eléctricos. La estación de carga para automóviles se sometió a varias fases de prueba. Durante estas pruebas, el equipo recopiló datos sobre su rendimiento, eficiencia, niveles de interferencia, estabilidad e impacto en las baterías. Los resultados fueron impresionantes.

Mejora de los resultados de las pruebas de carga inalámbrica

The new power supply setup improved performance across the board for the charging station. For one, it maintained an operating frequency modulation tuned between 80 — 90 kHz. This frequency allowed the station to provide constant output power.

The engineers noted a 3.5%–8.1% improvement in efficiency when utilizing the upgraded device. The new system achieved added efficiency via its automated systems and its zero voltage switching (ZVS) turn-on and low dv/dt turn-off feature. This feature prevents power loss due to switching.

Beneficios del estudio sobre carga inalámbrica mejorada

Son muchas las ventajas que el estudio de la carga inalámbrica introduce en el mercado. Por un lado, ofrece una alternativa de bajo coste al statu quo que mejora el rendimiento. Además, el diseño minimalista ofrece más ajustes de control que permiten adaptarse en tiempo real a los escenarios de uso.

Suministro estable de energía

La principal ventaja de la solución de carga mejorada es un suministro de energía fiable y estable. Este beneficio es crucial para crear una electrónica más eficaz y útil. El sistema mejorado superó a sus predecesores y produce un caudal de energía estable con una pérdida de energía mínima.

Sin necesidad de componentes de potencia

Another major benefit of this research is the elimination of additional power components. The new RTR doesn’t require a complex system or added batteries, capacitors, or other bulky power components that would increase the unit’s form factor.

Sin necesidad de lógica de control

En la misma línea de pensamiento, el RTR actualizado elimina la necesidad de integrar complejos circuitos de retroalimentación. Se ahorra mucha energía y espacio, eliminando la necesidad de sistemas de comunicación transmisor-receptor. El resultado son unidades más pequeñas y duraderas.

Aplicaciones mejoradas del sistema de carga inalámbrica

Las aplicaciones de los sistemas de carga inalámbrica de alto rendimiento son prácticamente ilimitadas. Además de alimentar su vehículo eléctrico, teléfono o reloj, estas unidades podrían suministrar energía a ordenadores, sensores y toda una serie de dispositivos para simplificar la vida de miles de millones de personas. He aquí algunas de las posibles aplicaciones de las estaciones de carga inalámbricas de alto rendimiento.

Médico

La industria médica podría utilizar esta tecnología para crear procesos de seguimiento y tratamiento más eficaces. Estos dispositivos podrían dar cobertura a los pacientes las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Los ingenieros ya han estudiado wearables, implantes y otros dispositivos médicos críticos que podrían utilizar esta tecnología para mejorar sus capacidades.

Logística

Otra industria que podría beneficiarse de la mejora de las capacidades de carga inalámbrica es el sector logístico. El sector logístico podría aprovechar este estudio para mejorar sus sistemas de seguimiento, incluidos los dispositivos IoT. Estos dispositivos podrían proporcionar un seguimiento las 24 horas del día a un nivel completamente nuevo utilizando soluciones de carga inalámbrica. En el futuro, sus artículos estarán seguros gracias a sensores IoT en almacenes, camiones y tiendas.

Mejora del sistema de carga inalámbrica Investigadores

El estudio sobre la carga inalámbrica fue dirigido por investigadores de la Universidad Nacional de Incheon (Incheon, Corea), con la ayuda de un equipo de la Universidad de Auckland (Auckland). En concreto, Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho y Duk Ju Ahn contribuyeron al trabajo. Ahora, el equipo pretende ampliar las capacidades de su sistema de carga y abaratar sus costes, lo que permitirá su integración a gran escala.

Empresas líderes en carga inalámbrica

The rise of wireless charging options has resulted in several firms becoming dominant players in the market. These companies specialize in R&D and continue to introduce more capable and affordable devices. Here’s one company that is positioned to secure significant ROIs due to any major tech breakthroughs in the industry.

Corporación Energous

Corporación Energous (WATT -2.66%) entró en el mercado en 2012. Se fundó en San José, California, y desde entonces ha crecido hasta convertirse en uno de los principales proveedores de sistemas de carga inalámbrica. Actualmente, la empresa ofrece una amplia selección de soluciones de carga inalámbrica que van desde las tradicionales almohadillas hasta soluciones de carga inalámbrica de almacén de largo alcance.

Energous Corporation’s main product is the WattUp wireless power network. These devices work with IoT units to provide long-range smart charging. It utilizes radio frequency-based charging and is compatible with a massive selection of  IoT devices and other electronics.

WATT is seen as a strong addition to your portfolio for several key reasons. For one, the stock has seen recent positive movements. The company’s leading role in the wireless charging sector, plus promised tech updates, is driving this growth.

Currently, WATT has a market cap of $10.791M and a 52-week range of 0.2800 – 2.7000. Those seeking a reputable charging station manufacturer should consider more research into Energous Corp and its offerings.

Lo último sobre Energous Corporation

Finalmente, la carga inalámbrica será la norma.

There’s little doubt that the moment wireless charging catches up to corded alternatives, it will become the standard. The cost savings, convenience, and flexibility continue to make wireless charging the preferred option for users and manufacturers alike. As such, you may not be too far away from never needing to look for a charging cable or battery again.

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Referencia del estudio:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Resonant tuning rectifier for parallel compensated receivers in wireless power transfer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}