कैसे एक नई पावर सिस्टम वायरलेस चार्जिंग को सुधार रहा है

वायरलेस चार्जिंग सिस्टम का बढ़ना आश्चर्यजनक नहीं है। ये उपकरण अपने तार वाले समकक्षों की तुलना में अधिक सुविधा और लचीलापन प्रदान करते हैं। हालांकि, कई सीमित कारक वायरलेस चार्जरों को उद्योग मानक के रूप में उभरने से रोकते हैं।

विशेष रूप से, इंचियन नेशनल यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों की एक टीम ने हाल ही में एक नया पावर मैनेजमेंट सिस्टम प्रस्तुत किया है, जिसमें वायरलेस चार्जिंग समाधान को नाटकीय रूप से सुधारने की क्षमता है। नया सिस्टम स्थिर पावर प्रदान करता है और हस्तक्षेप को कम करता है। यहाँ वह सब है जो आपको जानना चाहिए।

वायरलेस चार्जिंग कैसे काम करती है?

जब आप अपना फोन या स्मार्टवॉच वायरलेस चार्जिंग स्टेशन पर रखते हैं, तो पर्दे के पीछे बहुत कुछ हो रहा होता है। ये उपकरण इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन का उपयोग करके बिना प्लग के और केस के माध्यम से वायरलेस पावर ट्रांसफर (WPT) को पूरा करते हैं।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन वायरलेस रूप से तब होता है जब चार्जिंग स्टेशन में स्थित वायरलेस ट्रांसमिटिंग कॉइल रिसीवर कॉइल के निकट आती है। इस स्थिति से रिसीवर कॉइल में इलेक्ट्रॉन दोलन करने लगते हैं, जिससे दो कॉइलों के बीच एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फ़ील्ड बनता है जो आपके डिवाइस को चार्ज करता है।

रेज़ोनेंट सर्किट

वायरलेस चार्जिंग सिस्टम के प्रमुख घटकों में से एक रेजोनेंट सर्किट है। ये उपकरण रिसीवर कॉइल की इंडक्टेंस को संतुलित करके फ़्रीक्वेंसी रेजोनेंस प्राप्त करते हैं। वे यूनिट को पावर ट्रांसफर बढ़ाने और सर्किट इम्पीडेंस को कम करने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

रेज़ोनेंस ट्यूनिंग

हस्तक्षेप और सिस्टम पावर को नियंत्रित करने के लिए रेजोनेंस ट्यूनिंग का उपयोग किया जाता है। ये समायोजन अक्सर समानांतर क्षतिपूर्ति रिसीवर्स का उपयोग करके सिस्टम की ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी को मॉड्यूलेट करने में मदद करते हैं। रोचक बात यह है कि यह मॉड्यूलेशन ही मॉड्यूलेटेड और रेजोनेंट फ़्रीक्वेंसी के बीच असंगति पैदा करता है, जिससे प्रदर्शन घट जाता है।

आज के वायरलेस चार्जिंग सिस्टम की समस्याएँ

वर्तमान में वायरलेस चार्जिंग में कुछ गंभीर सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए, यह केबल विकल्पों की तुलना में बहुत धीमी है। इसके अलावा, अधिकांश चार्जिंग सिस्टम सही ढंग से काम करने के लिए आपके डिवाइस को बहुत नज़दीक होना आवश्यक है।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप

आज के वायरलेस चार्जिंग स्टेशनों में उपयोग किए जाने वाले पावर सप्लाई सिस्टम और रेजोनेंट सर्किट्स आसपास के अन्य डिवाइसों की रेजोनेंट सर्किट्री में हस्तक्षेप कर सकते हैं। यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप वायरलेस चार्जिंग स्टेशनों की दक्षता और प्रदर्शन को भी कम करता है।

कम सिस्टम दक्षता

पारंपरिक वायरलेस चार्जिंग सिस्टम अचानक और अप्रत्याशित पावर लॉस का सामना कर सकते हैं। इस अचानक पावर गिरावट का मुख्य कारण रेजोनेंट सर्किट्स में तीव्र फ़्रीक्वेंसी परिवर्तन है। यह स्थिति आपके डिवाइसों के गरम होने और धीरे-धीरे चार्ज होने का कारण बनती है।

रेज़ोनेटर ट्यूनिंग समाधान

वायरलेस चार्जिंग के बाजार में प्रवेश के बाद से इस क्षेत्र में कई ट्यूनिंग समाधान प्रस्तुत किए गए हैं। विशेष रूप से, सभी को अतिरिक्त हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। समस्या यह है कि ये उपकरण जटिलता, पावर आवश्यकताओं और कुल आकार को बढ़ाते हैं। इसके अलावा, ये महंगे होते हैं और जटिल नियंत्रण सेटिंग्स को नेविगेट करने के लिए विशेषज्ञों की आवश्यकता हो सकती है।

Qi वायरलेस चार्जिंग मानक

आज के समय में सबसे लोकप्रिय वायरलेस चार्जिंग मानक Qi मानक है। इस प्रकार के चार्जिंग स्टेशन लगभग 4 सेंटीमीटर दूरी पर डिवाइस को वायरलेस ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं। इसकी ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी 110-205kHz के बीच होती है, और यह एक साथ कई डिवाइसों को चार्ज कर सकता है।

स्रोत – टॉरो

Qi लोकप्रिय है लेकिन प्रभावी नहीं है। यह धीमा है और आपके डिवाइसों के गरम होने का कारण बन सकता है। डिवाइस का गरम होना समय के साथ बैटरी प्रदर्शन को घटा सकता है। इसलिए, अधिक स्थिर और प्रभावी वायरलेस चार्जिंग समाधान की सीधी आवश्यकता है। सौभाग्य से, एक समाधान क्षितिज पर है।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग अध्ययन

इंचियन नेशनल यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों ने इस महीने वैज्ञानिक जर्नल IEEE Transactions on Industrial Electronics में “वायरलेस पावर ट्रांसफर में समानांतर क्षतिपूर्ति रिसीवर्स के लिए रेजोनेंट ट्यूनिंग रेक्टिफायर“¹ शीर्षक वाला अध्ययन प्रकाशित किया। यह अध्ययन एक नया रेजोनेंट ट्यूनिंग रेक्टिफायर समाधान प्रस्तुत करता है जो स्थिर वायरलेस पावर प्रदान कर सकता है और बाजार में क्रांति ला सकता है।

रेज़ोनेंट ट्यूनिंग रेक्टिफायर (RTR)

रेज़ोनेंट ट्यूनिंग रेक्टिफायर (RTR) स्प्रेड-स्पेक्ट्रम फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन के दौरान उत्पन्न समानांतर-क्षतिपूर्ति RX की रेजोनेंस मिसमैच को सुधारने में मदद करते हैं। इस कार्य को पूरा करने के लिए, यूनिट स्वायत्त रूप से प्रभावी कैपेसिटेंस को समायोजित करती है।

यह चरण RTR को नियंत्रण संकेतों और सिस्टम की धारा को सिंक करके रेजोनेंट फ़्रीक्वेंसी को ट्यून करने की अनुमति देता है। एक बार सिंक हो जाने पर, डिवाइस अंतर्निहित रेजोनेंस और मॉड्यूलेशन अवधि के बीच किसी भी मिसमैच की पूर्ति शुरू कर सकता है।

विशेष रूप से, वैज्ञानिक ने रेक्टिफायर MOSFET के टर्न-ऑफ़ को प्राथमिक धारा के ज़ीरो-क्रॉसिंग के साथ सिंक्रोनाइज़ करके ट्यूनिंग हासिल की। सिस्टम एकीकृत सेंसर कॉइल का उपयोग करके फेज़ जानकारी निकालता है और अपने आउटपुट को सिस्टम की प्राथमिक धारा के साथ सिंक्रोनाइज़ करता है।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग परीक्षण

अपने सुधारे हुए वायरलेस चार्जिंग सिस्टम का परीक्षण करने के लिए, इंजीनियरों ने 2.2 kW ईवी चार्जिंग स्टेशन प्रोटोटाइप बनाया। ऑटोमोबाइल चार्जिंग स्टेशन ने कई परीक्षण चरणों से गुज़रा। इन परीक्षणों के दौरान, टीम ने इसके प्रदर्शन, दक्षता, हस्तक्षेप स्तर, स्थिरता और बैटरियों पर प्रभाव के डेटा एकत्र किए। परिणाम प्रभावशाली थे।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग परीक्षण परिणाम

नया पावर सप्लाई सेटअप ने चार्जिंग स्टेशन के लिए समग्र प्रदर्शन को सुधारा। एक बात यह है कि इसने 80‑90 kHz के बीच ट्यून की गई ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन को बनाए रखा। इस फ़्रीक्वेंसी ने स्टेशन को निरंतर आउटपुट पावर प्रदान करने की अनुमति दी।

इंजीनियरों ने अपग्रेडेड डिवाइस का उपयोग करने पर 3.5%‑8.1% की दक्षता सुधार नोट किया। नया सिस्टम अपनी स्वचालित प्रणालियों और ज़ीरो वोल्टेज स्विचिंग (ZVS) टर्न-ऑन तथा कम dv/dt टर्न-ऑफ़ फीचर के माध्यम से अतिरिक्त दक्षता प्राप्त करता है। यह फीचर स्विचिंग के कारण पावर लॉस को रोकता है।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग अध्ययन के लाभ

वायरलेस चार्जिंग अध्ययन बाजार में कई लाभ लाता है। एक बात यह है कि यह मौजूदा स्थिति का कम लागत वाला विकल्प प्रदान करता है जो प्रदर्शन को सुधारता है। इसके अलावा, न्यूनतम डिज़ाइन अधिक नियंत्रण सेटिंग्स प्रदान करता है जो उपयोग केस परिदृश्यों के अनुसार रीयल‑टाइम अनुकूलन सक्षम करती हैं।

स्थिर पावर डिलीवरी

अपग्रेडेड चार्जिंग समाधान द्वारा प्रदान किया गया मुख्य लाभ विश्वसनीय और स्थिर पावर डिलीवरी है। यह लाभ अधिक प्रभावी और उपयोगी इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। अपग्रेडेड सिस्टम ने अपने पूर्ववर्तियों से बेहतर प्रदर्शन किया और न्यूनतम ऊर्जा हानि के साथ स्थिर पावर थ्रूपुट उत्पन्न करता है।

पावर घटकों की आवश्यकता नहीं

इस शोध का एक और प्रमुख लाभ अतिरिक्त पावर घटकों को समाप्त करना है। नया RTR जटिल सिस्टम या अतिरिक्त बैटरियों, कैपेसिटर या अन्य बड़े पावर घटकों की आवश्यकता नहीं रखता जो यूनिट के फॉर्म फैक्टर को बढ़ा सकते हैं।

कंट्रोल लॉजिक की आवश्यकता नहीं

इसी विचारधारा के तहत, अपग्रेडेड RTR जटिल फीडबैक सर्किट्री को एकीकृत करने की आवश्यकता को समाप्त करता है। इससे बहुत सारी ऊर्जा और स्थान बचता है, और ट्रांसमीटर‑रिसीवर संचार सिस्टम की आवश्यकता नहीं रहती। परिणामस्वरूप छोटे और अधिक टिकाऊ यूनिट बनते हैं।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग सिस्टम के अनुप्रयोग

उच्च-प्रदर्शन वायरलेस चार्जिंग सिस्टम के लगभग असीमित अनुप्रयोग हैं। आपके ईवी, फोन या घड़ी को शक्ति देने के अलावा, ये यूनिट कंप्यूटर, सेंसर और विभिन्न डिवाइसों को पावर प्रदान कर सकते हैं, जिससे अरबों लोगों का जीवन सरल हो सकता है। यहाँ उच्च-प्रदर्शन वायरलेस चार्जिंग स्टेशनों के संभावित अनुप्रयोगों में से कुछ हैं।

चिकित्सा

चिकित्सा उद्योग इस तकनीक का उपयोग अधिक प्रभावी मॉनिटरिंग और उपचार प्रक्रियाओं के लिए कर सकता है। ये डिवाइस रोगियों को 24/7 कवरेज प्रदान कर सकते हैं। पहले ही, इंजीनियरों ने वेयरएबल्स, इम्प्लांट्स और अन्य महत्वपूर्ण मेडिकल डिवाइसों को देखा है जो इस तकनीक का उपयोग करके अपनी क्षमताओं को सुधार सकते हैं।

लॉजिस्टिक्स

एक और उद्योग जो सुधरे हुए वायरलेस चार्जिंग क्षमताओं से लाभ उठा सकता है वह लॉजिस्टिक्स सेक्टर है। लॉजिस्टिक्स सेक्टर इस अध्ययन का उपयोग करके अपने ट्रैकिंग सिस्टम, जिसमें IoT डिवाइस शामिल हैं, को सुधार सकता है। ये डिवाइस वायरलेस चार्जिंग समाधान का उपयोग करके पूरी नई स्तर पर 24 घंटे मॉनिटरिंग प्रदान कर सकते हैं। भविष्य में, आपके सामान वेयरहाउस, ट्रक और स्टोर्स में IoT सेंसरों द्वारा सुरक्षित रहेंगे।

सुधारित वायरलेस चार्जिंग सिस्टम शोधकर्ता

वायरलेस चार्जिंग अध्ययन का नेतृत्व इंचियन नेशनल यूनिवर्सिटी, इंचियन, कोरिया के शोधकर्ताओं ने किया, जिसमें द यूनिवर्सिटी ऑफ ऑकलैंड, ऑकलैंड की टीम की मदद शामिल थी। विशेष रूप से, सईदुल आलम चौधरी, सोंगमिन किम, संगवोन किम, इंकुई चो, और डुक जू अह्न ने इस पेपर में योगदान दिया। अब, टीम अपने चार्जिंग सिस्टम की क्षमताओं को विस्तारित करने और लागत को कम करने की कोशिश कर रही है, जिससे बड़े पैमाने पर एकीकरण संभव हो सके।

वायरलेस चार्जिंग में अग्रणी कंपनियाँ

वायरलेस चार्जिंग विकल्पों के बढ़ने से कई कंपनियाँ बाजार में प्रमुख खिलाड़ी बन गई हैं। ये कंपनियाँ R&D में विशेषज्ञ हैं और अधिक सक्षम और किफायती डिवाइस पेश करती रहती हैं। यहाँ एक कंपनी है जो उद्योग में किसी भी बड़े तकनीकी प्रगति के कारण महत्वपूर्ण ROI सुरक्षित करने की स्थिति में है।

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) ने 2012 में बाजार में प्रवेश किया। यह सैन जोस, कैलिफ़ोर्निया में स्थापित हुआ, और तब से एक प्रमुख वायरलेस चार्जिंग सिस्टम प्रदाता बन गया है। कंपनी वर्तमान में पारंपरिक पैड से लेकर लंबी दूरी के वेयरहाउस वायरलेस चार्जिंग समाधान तक विभिन्न वायरलेस चार्जिंग समाधान की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

Energous Corporation का मुख्य उत्पाद WattUp वायरलेस पावर नेटवर्क है। ये डिवाइस IoT यूनिट्स के साथ काम करके लंबी दूरी का स्मार्ट चार्जिंग प्रदान करते हैं। यह रेडियो फ़्रीक्वेंसी-आधारित चार्जिंग का उपयोग करता है और बड़ी संख्या में IoT डिवाइसों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत है।

WATT को कई प्रमुख कारणों से आपके पोर्टफ़ोलियो में एक मजबूत जोड़ माना जाता है। एक बात, इस स्टॉक ने हाल ही में सकारात्मक आंदोलन देखे हैं। वायरलेस चार्जिंग सेक्टर में कंपनी की अग्रणी भूमिका, साथ ही वादे किए गए तकनीकी अपडेट, इस वृद्धि को चला रहे हैं।

वर्तमान में, WATT का मार्केट कैप $10.791M है और 52‑सप्ताह रेंज 0.2800 – 2.7000 है। जो लोग एक प्रतिष्ठित चार्जिंग स्टेशन निर्माता की तलाश में हैं, उन्हें Energous Corp और उसकी पेशकशों पर अधिक शोध करने पर विचार करना चाहिए।

Energous Corporation पर नवीनतम

वायरलेस चार्जिंग अंततः मानक बन जाएगी।

इस बात में बहुत कम संदेह है कि जब वायरलेस चार्जिंग केबल वाले विकल्पों के बराबर हो जाएगी, तो यह मानक बन जाएगी। लागत बचत, सुविधा और लचीलापन लगातार वायरलेस चार्जिंग को उपयोगकर्ताओं और निर्माताओं दोनों के लिए पसंदीदा विकल्प बनाते हैं। इसलिए, आप शायद बहुत दूर नहीं हैं जब आपको फिर कभी चार्जिंग केबल या बैटरी की तलाश नहीं करनी पड़ेगी।

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अध्ययन संदर्भ:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). रेजोनेंट ट्यूनिंग रेक्टिफायर फॉर पैरालल कंपेंसेटेड रिसीवर्स इन वायरलेस पावर ट्रांसफर. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}