Comment un nouveau système d’alimentation améliore la charge sans fil

L’essor des systèmes de charge sans fil n’est pas une surprise. Ces appareils offrent plus de commodité et de flexibilité que leurs homologues filaires. Cependant, plusieurs facteurs limitants empêchent les chargeurs sans fil de devenir la norme de l’industrie.

Notamment, une équipe d’ingénieurs de l’Incheon National University a récemment introduit un nouveau système de gestion de l’énergie qui pourrait améliorer considérablement les solutions de charge sans fil. Le nouveau système fournit une alimentation stable et réduit les interférences. Voici ce que vous devez savoir.

Comment fonctionne la charge sans fil ?

Beaucoup de choses se passent en coulisses lorsque vous posez votre téléphone ou votre montre connectée sur une station de charge sans fil. Ces appareils réalisent le transfert d’énergie sans fil (WPT) sans prise et à travers les coques grâce à l’induction électromagnétique.

L’induction électromagnétique se produit sans fil lorsqu’une bobine d’émission située dans la station de charge se trouve à proximité d’une bobine réceptrice. Cette situation fait osciller les électrons de la bobine réceptrice, créant un champ électromagnétique entre les deux bobines qui charge votre appareil.

Circuit résonnant

L’un des composants clés des systèmes de charge sans fil est le circuit résonnant. Ces dispositifs équilibrent l’inductance de la bobine réceptrice pour atteindre la résonance en fréquence. Ils jouent également un rôle crucial dans l’augmentation du transfert de puissance vers l’unité et la réduction de l’impédance du circuit.

Ajustement de la résonance

Pour contrôler les interférences et la puissance du système, on utilise l’ajustement de la résonance. Ces réglages emploient souvent des récepteurs parallèlement compensés afin de moduler la fréquence de fonctionnement du système. Fait intéressant, c’est cette modulation qui crée un désaccord entre les fréquences modulées et résonantes, entraînant une performance réduite.

Problèmes des systèmes de charge sans fil aujourd’hui

La charge sans fil présente actuellement des inconvénients sérieux. Par exemple, elle est beaucoup plus lente que les alternatives filaires. De plus, votre appareil doit être très proche pour que la plupart des systèmes de charge fonctionnent correctement.

Interférences électromagnétiques

Les systèmes d’alimentation et les circuits résonnants utilisés dans les stations de charge sans fil d’aujourd’hui peuvent interférer avec les circuits résonnants d’autres appareils à proximité. Ces interférences électromagnétiques réduisent également l’efficacité et la performance des stations de charge sans fil.

Faible efficacité du système

Les systèmes de charge sans fil traditionnels peuvent subir des pertes de puissance soudaines et inattendues. La principale raison de cette chute brutale de puissance est les changements drastiques de fréquence dans les circuits résonnants. Cette situation entraîne le chauffage de vos appareils et une charge lente.

Solutions d’ajustement du résonateur

De nombreuses solutions d’ajustement ont été introduites dans le secteur depuis l’arrivée de la charge sans fil sur le marché. Notamment, toutes nécessitent une forme de matériel supplémentaire. Le problème est que ces dispositifs augmentent la complexité, les besoins en énergie et la taille globale de ces appareils. De plus, ils sont coûteux et peuvent nécessiter des experts pour gérer les réglages de contrôle complexes.

Norme de charge sans fil Qi

La norme de charge sans fil la plus répandue aujourd’hui est la norme Qi. Ce type de station de charge peut fournir de l’énergie sans fil à un appareil situé à environ 4 cm. Ses fréquences de fonctionnement varient entre 110 et 205 kHz, et elle peut charger plusieurs appareils simultanément.

Source – Torro

Le Qi est populaire mais pas efficace. Il est lent et peut entraîner le chauffage de vos appareils. Un appareil qui chauffe peut réduire la performance de la batterie avec le temps. Ainsi, il existe un besoin direct de solutions de charge sans fil plus stables et efficaces. Heureusement, une solution se profile à l’horizon.

Étude sur la charge sans fil améliorée

Des ingénieurs de l’Incheon National University ont publié une étude intitulée « Redresseur à réglage résonnant pour récepteurs parallèlement compensés dans le transfert d’énergie sans fil»¹ dans la revue scientifique IEEE Transactions on Industrial Electronics ce mois-ci. L’étude présente une nouvelle solution de redresseur à réglage résonnant capable de fournir une énergie sans fil stable et pourrait révolutionner le marché.

Redresseur à réglage résonnant (RTR)

Les redresseurs à réglage résonnant (RTR) aident à corriger le désaccord de résonance des récepteurs parallèlement compensés (RX) qui survient lors des modulations de fréquence à spectre étalé. Pour accomplir cette tâche, l’unité ajuste de façon autonome la capacité effective.

Cette étape permet au RTR d’ajuster la fréquence résonnante en synchronisant les signaux de contrôle et le courant du système. Une fois synchronisé, l’appareil peut commencer à compenser les désaccords entre la résonance intrinsèque et les périodes de modulation.

Plus précisément, le chercheur a réalisé le réglage en synchronisant l’extinction du MOSFET du redresseur avec le passage à zéro du courant primaire. Le système utilise une bobine capteur intégrée pour extraire les informations de phase et synchroniser sa sortie avec le courant primaire du système.

Test de charge sans fil améliorée

Pour tester leur système de charge sans fil amélioré, les ingénieurs ont construit un prototype de station de charge EV de 2,2 kW. La station de charge automobile a traversé plusieurs phases de test. Au cours de ces essais, l’équipe a recueilli des données sur ses performances, son efficacité, les niveaux d’interférences, sa stabilité et son impact sur les batteries. Les résultats ont été impressionnants.

Résultats du test de charge sans fil améliorée

La nouvelle configuration d’alimentation a amélioré les performances de la station de charge dans tous les domaines. D’une part, elle a maintenu une modulation de fréquence de fonctionnement réglée entre 80 et 90 kHz. Cette fréquence a permis à la station de fournir une puissance de sortie constante.

Les ingénieurs ont constaté une amélioration de l’efficacité de 3,5 % à 8,1 % lors de l’utilisation du dispositif amélioré. Le nouveau système a gagné en efficacité grâce à ses systèmes automatisés et à sa fonction d’activation à commutation zéro voltage (ZVS) et de désactivation à faible dv/dt. Cette fonction empêche les pertes de puissance dues à la commutation.

Avantages de l’étude sur la charge sans fil améliorée

Cette étude sur la charge sans fil apporte de nombreux avantages au marché. D’une part, elle propose une alternative à faible coût au statu quo tout en améliorant les performances. De plus, le design minimaliste offre davantage de réglages de contrôle permettant une adaptation en temps réel aux scénarios d’utilisation.

Livraison d’énergie stable

Le principal avantage offert par la solution de charge améliorée est une alimentation fiable et stable. Cet avantage est essentiel pour créer des appareils électroniques plus efficaces et utiles. Le système amélioré a surpassé ses prédécesseurs et produit un débit d’énergie stable avec des pertes minimales.

Pas besoin de composants d’alimentation

Un autre avantage majeur de cette recherche est l’élimination des composants d’alimentation supplémentaires. Le nouveau RTR ne nécessite pas de système complexe ni de batteries, condensateurs ou autres composants d’alimentation encombrants qui augmenteraient le facteur de forme de l’unité.

Pas besoin de logique de contrôle

Dans le même ordre d’idées, le RTR amélioré élimine la nécessité d’intégrer une logique de rétroaction complexe. Cela permet d’économiser beaucoup d’énergie et d’espace, supprimant le besoin de systèmes de communication émetteur‑récepteur. Le résultat est des unités plus petites et plus durables.

Applications du système de charge sans fil amélioré

Les applications des systèmes de charge sans fil haute performance sont presque infinies. En plus d’alimenter votre véhicule électrique, votre téléphone ou votre montre, ces unités pourraient fournir de l’énergie aux ordinateurs, capteurs et à une multitude d’appareils afin de simplifier la vie de milliards de personnes. Voici quelques‑unes des applications potentielles des stations de charge sans fil haute performance.

Médical

L’industrie médicale pourrait exploiter cette technologie pour créer des processus de surveillance et de traitement plus efficaces. Ces appareils pourraient offrir une couverture 24 h/24 aux patients. Déjà, des ingénieurs ont étudié les dispositifs portables, les implants et d’autres appareils médicaux critiques qui pourraient utiliser cette technologie pour améliorer leurs capacités.

Logistique

Un autre secteur qui pourrait bénéficier des capacités de charge sans fil améliorées est la logistique. Le secteur logistique pourrait exploiter cette étude pour améliorer ses systèmes de suivi, y compris les appareils IoT. Ces dispositifs pourraient offrir une surveillance continue à un tout nouveau niveau grâce aux solutions de charge sans fil. À l’avenir, vos articles seront sécurisés par des capteurs IoT dans les entrepôts, les camions et les magasins.

Chercheurs du système de charge sans fil amélioré

L’étude sur la charge sans fil a été dirigée par des chercheurs de l’Incheon National University, Incheon, Corée, avec l’aide d’une équipe de l’University of Auckland, Auckland. Plus précisément, Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho et Duk Ju Ahn ont contribué à l’article. Désormais, l’équipe cherche à étendre les capacités de leur système de charge et à réduire ses coûts, permettant une intégration à grande échelle.

Entreprises leaders dans la charge sans fil

L’essor des options de charge sans fil a conduit plusieurs entreprises à devenir des acteurs dominants du marché. Ces sociétés se spécialisent en R&D et continuent d’introduire des appareils plus performants et abordables. Voici une entreprise qui est bien placée pour obtenir des retours sur investissement significatifs grâce à d’éventuelles percées technologiques majeures dans le secteur.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) est entrée sur le marché en 2012. Elle a été fondée à San Jose, CA, et s’est depuis développée pour devenir un fournisseur leader de systèmes de charge sans fil. L’entreprise propose actuellement une large gamme de solutions de charge sans fil allant des pads traditionnels aux solutions de charge sans fil à longue portée pour entrepôts.

Le produit principal d’Energous Corporation est le WattUp réseau d’alimentation sans fil. Ces appareils fonctionnent avec des unités IoT pour fournir une charge intelligente à longue portée. Il utilise la charge basée sur les radiofréquences et est compatible avec une vaste sélection d’appareils IoT et d’autres électroniques.

WATT est considéré comme un ajout solide à votre portefeuille pour plusieurs raisons clés. D’une part, l’action a connu des mouvements positifs récents. Le rôle de premier plan de l’entreprise dans le secteur de la charge sans fil, ainsi que les mises à jour technologiques promises, stimulent cette croissance.

Actuellement, WATT a une capitalisation boursière de 10,791 M$ et une fourchette sur 52 semaines de 0,2800 à 2,7000. Ceux qui recherchent un fabricant de stations de charge réputé devraient envisager d’approfondir leurs recherches sur Energous Corp et ses offres.

Dernières nouvelles d’Energous Corporation

La charge sans fil deviendra éventuellement la norme.

Il ne fait aucun doute que dès que la charge sans fil rattrapera les alternatives filaires, elle deviendra la norme. Les économies de coûts, la commodité et la flexibilité continuent de faire de la charge sans fil l’option privilégiée tant pour les utilisateurs que pour les fabricants. Ainsi, vous pourriez ne pas être très loin du moment où vous n’aurez plus jamais besoin de chercher un câble de charge ou une batterie.

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Référence de l’étude :

^{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}