Hur ett nytt kraftsystem förbättrar trådlös laddning

Ökningen av trådlösa laddningssystem är ingen överraskning. Dessa enheter ger mer bekvämlighet och flexibilitet än sina trådbundna motsvarigheter. Dock hindrar flera begränsande faktorer trådlösa laddare från att bli branschstandard.

Noterbart har ett team av ingenjörer från Incheon National University nyligen introducerat ett nytt krafthanteringssystem som har potential att avsevärt förbättra trådlösa laddningslösningar. Det nya systemet levererar stabil ström och minskar interferens. Här är vad du behöver veta.

Hur fungerar trådlös laddning?

Mycket händer bakom kulisserna när du lägger din telefon eller en smartwatch på en trådlös laddningsstation. Dessa enheter utför trådlös kraftöverföring (WPT) utan sladdar och genom fodral med hjälp av elektromagnetisk induktion.

Elektromagnetisk induktion sker trådlöst när en trådlös sändningsspole i laddningsstationen kommer i närheten av en mottagarspole. Detta får elektronerna i mottagarspolen att oscillera, vilket skapar ett elektromagnetiskt fält mellan de två spolarna som laddar din enhet.

Resonanskrets

En av nyckelkomponenterna i trådlösa laddningssystem är resonanskretsen. Dessa enheter balanserar induktansen i mottagarspolen för att uppnå frekvensresonans. De spelar också en avgörande roll för att öka kraftöverföringen till enheten och sänka kretsimpedansen.

Resonanstuning

För att kontrollera interferens och systemkraft används resonanstuning. Dessa justeringar använder ofta parallellt kompensateda mottagare för att modulera systemets driftfrekvens. Intressant nog är det just denna modulering som skapar ett missmatch mellan den modulerade och resonanta frekvensen, vilket leder till reducerad prestanda.

Problem med trådlösa laddningssystem idag

Trådlös laddning har för närvarande några allvarliga nackdelar. Till exempel är den mycket långsammare än kabelalternativ. Dessutom måste din enhet vara mycket nära för att de flesta laddningssystem ska fungera korrekt.

Elektromagnetisk interferens

Strömförsörjningssystemen och resonanskretsarna som används i dagens trådlösa laddningsstationer kan störa resonanskretsar på andra enheter i närheten. Denna elektromagnetiska interferens minskar även effektiviteten och prestandan hos trådlösa laddningsstationer.

Låg systemeffektivitet

Traditionella trådlösa laddningssystem kan drabbas av plötslig och oväntad strömförlust. Huvudorsaken till detta plötsliga effektfall är drastiska frekvensändringar i resonanskretsarna. Detta leder till att dina enheter blir varma och laddas långsamt.

Lösningar för resonatortuning

Flera tuningslösningar har introducerats i sektorn sedan trådlös laddning kom på marknaden. Noterbart kräver alla någon form av extra hårdvara. Problemet är att dessa enheter ökar komplexiteten, strömkraven och den totala storleken på enheterna. Dessutom är de dyra och kan kräva experter för att hantera de komplexa styrinställningarna.

Qi-standard för trådlös laddning

Den mest populära trådlösa laddningsstandarden idag är Qi-standarden. Denna typ av laddningsstation kan leverera trådlös energi till en enhet på cirka 4 cm avstånd. Dess driftfrekvenser ligger mellan 110–205 kHz, och den kan ladda flera enheter samtidigt.

Källa – Torro

Qi är populärt men inte effektivt. Det är långsamt och kan leda till att dina enheter blir varma. När din enhet blir het kan batteriets prestanda försämras över tid. Därför finns ett direkt behov av mer stabila och effektiva trådlösa laddningslösningar. Lyckligtvis är en lösning på horisonten.

Studie om förbättrad trådlös laddning

Ingenjörer från Incheon National University publicerade en studie med titeln “Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer“¹ i den vetenskapliga tidskriften IEEE Transactions on Industrial Electronics denna månad. Studien introducerar en ny resonanstuningslikriktarlösning som kan leverera stabil trådlös kraft och kan revolutionera marknaden.

Resonanstuningslikriktare (RTR)

Resonanstuningslikriktare (RTR) hjälper till att korrigera resonansmissmatchen hos parallellt kompensateda mottagare som uppstår under spridningsspektrum-frekvensmoduleringar. För att utföra denna uppgift justerar enheten autonomt den effektiva kapacitansen.

Detta steg gör det möjligt för RTR att justera resonansfrekvensen genom att synkronisera kontrollsignaler och systemets ström. När de är synkroniserade kan enheten börja kompensera för eventuella missmatch mellan inneboende resonans och modulationsperioder.

Specifikt uppnådde forskaren tuningen genom att synkronisera likriktarens MOSFET:s avstängning med nollgenomgången för huvudströmmen. Systemet utnyttjar en integrerad sensorkrans för att extrahera fasinformation och synkronisera sin utgång med systemets huvudström.

Test av förbättrad trådlös laddning

För att testa deras förbättrade trådlösa laddningssystem byggde ingenjörerna en prototyp av en 2,2 kW EV-laddningsstation. Bilens laddningsstation genomgick flera testfaser. Under dessa prov samlade teamet in data om dess prestanda, effektivitet, interferensnivåer, stabilitet och påverkan på batterier. Resultaten var imponerande.

Resultat från test av förbättrad trådlös laddning

Den nya strömförsörjningsuppsättningen förbättrade prestandan över hela linjen för laddningsstationen. Till exempel upprätthöll den en driftfrekvensmodulering som var inställd mellan 80–90 kHz. Denna frekvens gjorde det möjligt för stationen att leverera konstant uteffekt.

Ingenjörerna noterade en förbättring i effektiviteten på 3,5 %–8,1 % när den uppgraderade enheten användes. Det nya systemet uppnådde extra effektivitet genom sina automatiserade system och sin zero voltage switching (ZVS) påslagning samt låg dv/dt avstängningsfunktion. Denna funktion förhindrar strömförlust på grund av omkoppling.

Fördelar med studien om förbättrad trådlös laddning

Det finns många fördelar som studien om trådlös laddning introducerar på marknaden. För det första erbjuder den ett lågt kostnadsalternativ till status quo som förbättrar prestanda. Dessutom ger den minimalistiska designen fler kontrollinställningar som möjliggör realtidsanpassning till olika användningsscenarier.

Stabil strömförsörjning

Den främsta fördelen med den uppgraderade laddningslösningen är pålitlig och stabil strömleverans. Denna fördel är avgörande för att skapa mer effektiva och användbara elektronikprodukter. Det uppgraderade systemet överträffade sina föregångare och producerar stabil strömgenomströmning med minimal energiförlust.

Ingen behov av strömkomponenter

En annan stor fördel med denna forskning är elimineringen av extra strömkomponenter. Den nya RTR:n kräver inte ett komplext system eller tillagda batterier, kondensatorer eller andra skrymmande strömkomponenter som skulle öka enhetens formfaktor.

Ingen behov av styrlogik

På samma sätt eliminerar den uppgraderade RTR:n behovet av att integrera komplex återkopplingskrets. Mycket energi och utrymme sparas, vilket eliminerar behovet av sändar-mottagar-kommunikationssystem. Resultatet blir mindre och mer hållbara enheter.

Tillämpningar för förbättrat trådlöst laddningssystem

Det finns nästan oändliga tillämpningar för högpresterande trådlösa laddningssystem. Förutom att driva din EV, telefon eller klocka kan dessa enheter leverera ström till datorer, sensorer och en rad andra enheter för att förenkla livet för miljarder människor. Här är bara några av de potentiella tillämpningarna för högpresterande trådlösa laddningsstationer.

Medicinsk

Medicinska sektorn kan använda denna teknik för att skapa mer effektiva övervaknings- och behandlingsprocesser. Dessa enheter kan ge 24/7-täckning för patienter. Redan har ingenjörer tittat på wearables, implantat och andra kritiska medicinska enheter som kan använda tekniken för att förbättra sina möjligheter.

Logistik

En annan bransch som kan dra nytta av förbättrade trådlösa laddningsmöjligheter är logistiksektorn. Logistiksektorn kan utnyttja denna studie för att förbättra sina spårningssystem, inklusive IoT-enheter. Dessa enheter kan erbjuda dygnet-runt-övervakning på en helt ny nivå med hjälp av trådlösa laddningslösningar. I framtiden kommer dina föremål att vara säkra genom IoT-sensorer i lager, lastbilar och butiker.

Forskare bakom förbättrat trådlöst laddningssystem

Studien om trådlös laddning leddes av forskare från Incheon National University, Incheon, Korea, med hjälp av ett team från The University of Auckland, Auckland. Specifikt bidrog Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho och Duk Ju Ahn till artikeln. Nu strävar teamet efter att utöka sina laddningssystemkapaciteter och sänka kostnaderna, vilket möjliggör storskalig integration.

Företag som leder inom trådlös laddning

Ökningen av trådlösa laddningsalternativ har lett till att flera företag blivit dominerande aktörer på marknaden. Dessa företag specialiserar sig på forskning och utveckling och fortsätter att introducera mer kapabla och prisvärda enheter. Här är ett företag som är positionerat för att säkra betydande avkastning på investeringar på grund av eventuella stora tekniska genombrott i branschen.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) gick in på marknaden 2012. Företaget grundades i San Jose, CA, och har sedan dess vuxit till att bli en ledande leverantör av trådlösa laddningssystem. Företaget erbjuder för närvarande ett brett urval av trådlösa laddningslösningar som sträcker sig från traditionella plattor till långdistanslagerlösningar för trådlös laddning.

Energous Corporations huvudprodukt är WattUp trådlöst kraftnätverk. Dessa enheter fungerar med IoT-enheter för att erbjuda långdistans smart laddning. Det använder radiovågsbaserad laddning och är kompatibelt med ett enormt urval av IoT-enheter och annan elektronik.

WATT ses som ett starkt tillskott till din portfölj av flera viktiga skäl. För det första har aktien haft positiva rörelser på sistone. Företagets ledande roll inom trådlös laddning, samt lovade tekniska uppdateringar, driver denna tillväxt.

För närvarande har WATT ett börsvärde på 10,791 M$ och ett 52‑veckorsintervall på 0,2800 – 2,7000. De som söker en ansedd tillverkare av laddningsstationer bör överväga att göra mer forskning om Energous Corp och deras erbjudanden.

Senaste om Energous Corporation

Trådlös laddning kommer så småningom att bli standard.

Det råder liten tvekan om att så snart trådlös laddning hänger med de kabelanslutna alternativen, kommer den att bli standard. Kostnadsbesparingar, bekvämlighet och flexibilitet fortsätter att göra trådlös laddning till det föredragna alternativet för både användare och tillverkare. Därför kan det vara inte så långt kvar innan du aldrig mer behöver leta efter en laddningskabel eller batteri igen.

Läs om andra innovativa kraftlösningar HÄR.

Studierreferens:

^{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}