Firma Renesas Electronics, dostawca zaawansowanych rozwiązań półprzewodnikowych, przedstawiła nowe rozwiązanie problemu bezprzewodowego ładowania dla systemów o niskim zużyciu energii – takich, jak aparaty słuchowe i inne urządzenia ubieralne, które muszą być zabezpieczone przed wilgocią i pyłem.
Nowe rozwiązanie ładowania bezprzewodowego składa się z układu odbiornika mocy (RAA457100) i nadajnika mocy (RAA458100). Każdy z nich jest pojedynczym układem dysponującym pełnym zestawem funkcji potrzebnych do ładowania bezprzewodowego. Renesas wprowadzi również do oferty zestaw testowy wspomagający projektowanie bezprzewodowych systemów ładowania.
Technologia bezprzewodowego ładowania eliminuje potrzebę wymiany baterii lub podłączania kabla zasilania. Taka wygoda jest ważna w wielu zastosowaniach, takich jak smartfony czy urządzenia ubieralne. Technologia bezprzewodowego ładowania jest szczególnie istotna w przypadku urządzeń o niskim zużyciu mocy, takich jak aparaty słuchowe – muszą być one być małe oraz odporne na wilgoć i pył. Jednak istniejące dotychczas technologie bezprzewodowego ładowania zostały uznane za niewystarczające do potrzeb systemów zasilanych z kompaktowych baterii litowo-jonowych. Jest to spowodowane trudnością w uzyskaniu małych rozmiarów przy zachowaniu wielkości anteny wymaganej przez obecnie standardy. Problemem jest również wydzielanie ciepła – do ładowania układów niskiej mocy są wykorzystywane duże prądy.
Renesas opracował nowe rozwiązanie bezprzewodowego ładowania, bazując na swym doświadczeniu w tworzeniu systemów bezprzewodowego ładowania. Firma wykorzystała sprawdzone mikrokontrolery, które pozwalają zmieścić wszystkie kluczowe elementy systemu w małej objętości, co ułatwia realizację projektu.
Najważniejsze cechy odbiornika mocy RAA457199:
- Obudowa o rozmiarach 3,22 x 2,77 mm pozwala na tworzenie bardziej kompaktowych urządzeń mieszczących wszystkie elementy.
Zintegrowany odbiornik mocy zawiera synchroniczny prostownik, który przekształca napięcie zmienne powstałe wskutek pobudzenia uzwojenia anteny odbiornika na napięcie stałe. Natomiast układ sterujący ładowaniem zarządza ogniwem baterii litowo-jonowej. Poziom napięcia i prąd baterii monitoruje 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy. Otrzymane dane są następnie przekazywane do nadajnika, aby utrzymać optymalny poziom mocy podczas ładowania. Układ zawiera również wbudowane funkcje ochrony ładowanego ogniwa i zasilacz prądu stałego.
- Wbudowany zasilacz DC/DC osiąga sprawność 85%, pozwalając na dłuższą pracę na baterii.
Urządzenia o niskim poborze mocy, takie jak urządzenia ubieralne i aparaty słuchowe, zazwyczaj wykorzystują małe baterie o niskiej pojemności. W takie sytuacji kluczowa jest sprawność zasilacza. Zintegrowany konwerter DC/DC uzyskuje wysoką sprawność na poziomie 85% przy niskim obciążeniu systemu na poziomie 1 mA. Pozwala to uzyskać dłuższy czas pracy z zasilaniem bateryjnym.
Najważniejsze cechy nadajnika mocy RAA458100:
- Nadajnik zawiera wszystkie układy potrzebne do bezprzewodowej transmisji mocy. Może pracować z napięciem 5 V uzyskanym z pojedynczej baterii w urządzeniu przenośnym.
Zazwyczaj bezprzewodowa transmisja mocy polega na przyłożeniu napięcia zmiennego o częstotliwości 125 Hz do uzwojenia anteny nadajnika mocy, aby pobudzić uzwojenie anteny odbiornika i wymusić w nim powstanie napięcia zmiennego. Nowy zintegrowany nadajnik mocy opracowany przez Renesas wysterowuje układ mostka i kontroluje napięcie zmienne, aby uzyskać transmitowaną moc wymaganą przez odbiornik mocy. Układ nadajnika mocy zawiera zabezpieczenie chroniące mostek przed nadmiernym prądem, a także funkcje ochrony przed przegrzaniem przy użyciu dwóch zewnętrznych linii. Producenci urządzenia mogą zmienić parametry pracy i dostosować je do swych wymagań, programując odczytywane rejestry z zewnętrznej pamięci EEPROM za pośrednictwem interfejsu I2C. Możliwa jest ponadto dalsze rozwinięcie tego rozwiązania poprzez podłączenie zewnętrznego mikrokontrolera.
Do konfiguracji układu mostka można użyć zalecanego tranzystora MOSFET firmy Renesas oznaczony symbolem uPA2690T1R. Po połączeniu go z nadajnikiem RAA458100 producent urządzenia może wybrać konfigurację półmostka lub pełnego mostka, aby wyregulować moc nadajnika.
Próbki nowych układów dla systemów bezprzewodowego ładowania zapowiadane są na listopad 2016 roku, może to jednak ulec zmianie.
