Bežično punjenje

autor: Alok Parmar i Sukant Khurana

Bežično punjenje tehnologija je koja omogućuje punjenje vaših uređaja bez da oni zapravo nisu u kontaktu. Da, dobro ste čuli, u procesu bežičnog punjenja ne zahtijevamo glomazni i dugački USB svaki put da se pričvrstimo na telefon kako bi se vaš telefon napunio, ali putem ove tehnologije, snaga se prenosi kroz slobodan prostor. U prvoj polovici članka prelazimo na srednjoškolsku fiziku, što stoji iza ove cool tehnologije. Ako želite preskočiti, prijeđite na odjeljak o dostupnim proizvodima.

Kako to zapravo djeluje? Mobilni punjači se koriste za transformiranje izmjeničnog napona
od mreže do potrebnih istosmjernih razina, a zatim se nakon određenog postupka ispravljanja i filtracije istosmjerne razine dovode u bateriju radi punjenja. U uobičajenom punjenju, punjač napaja struju u krugu za punjenje mobilnog uređaja putem vodljivog medija (USB kabela), ali pretpostavimo slučaj da se ovaj prijenos energije s punjača na sklop za punjenje događa bez vanjskog zahtjeva za fizičkim medijem?

Bežično punjenje temelji se na principu magnetske rezonance, odnosno induktivnog prijenosa snage (IPT). Ovaj postupak prijenosa električne struje između dva objekta može se postići korištenjem zavojnica za indukciju elektromagnetskog polja. Dakle, da bismo razumjeli Pojmove koji stoje iza bežičnog punjenja, moramo se upoznati s terminologijama koje su s tim povezane. Prijenos energije s punjača na Mobile vrši se međusobnom indukcijom, reguliranom Faradayevim zakonom o indukciji.

EKSPERIMENTI FARADA

Faraday je uspješno dokazao da ako jačina magnetskog polja varira tada nastaje samo inducirana struja. Jačina magnetskog polja može se pretpostaviti kao broj magnetskog polja koji prolazi kroz određeno područje. To se također naziva i magnetski tok.

Od: https://byjus.com/physics/faradays-law/

Sljedeći Faradayev eksperiment dokazao je da kada struja prođe kroz željeznu šipku, on postaje elektromagnet. Primijetio je da kada postoji relativno kretanje između magneta i zavojnice, nastaje inducirana elektromagnetska sila. Kada se magnet okreće oko svoje osi ili se magnet drži nepomično, ne svjedoče nikakve elektromotorne sile. Iz navedenog pokusa se izvodi zaključak da bi trebala postojati varijacija fluksa za proizvodnju elektromagnetske sile.

U trećem je pokusu ustanovio da galvanometar ne pokazuje nikakvu odstupnicu i da se u zavojnici ne stvara inducirana struja kada se zavojnica pomiče u stacionarnom magnetskom polju. Ampermetar se okreće u suprotnom smjeru kada se magnet odmakne od petlje.

ZAKONI ZA FARADE:

Faradayev prvi zakon:
Faradayev prvi zakon elektromagnetske indukcije kaže da se kad god se vodič nalazi u fluktuirajućem magnetskom polju, inducira se EMF koji je identificiran kao inducirani EMF ako je krug vodiča zatvoren, također se inducira struja koja se naziva i inducirana struja.

Načini promjene magnetskog polja:
1. Rotiranjem zavojnice u odnosu na magnet.
2. Pomicanjem zavojnice u ili van magnetskog polja.
3. Promjenom područja zavojnice smještene u magnetskom polju.
4. Pomicanjem magneta prema zavojnici ili dalje od nje.

Faradayev drugi zakon:
Kaže da je inducirani EMF jednak brzini promjene veze fluksa, gdje spoj fluksa nije ništa drugo do rezultat broja zavoja u zavojnici i fluksa povezanog s zavojnicom.

Faradayev zakon indukcije:
ε = -NΔφΔt
Inducirana elektromotorna sila stvara struju koja se kreće u jednome smjeru tako da se promijenjeno polje može zamijeniti magnetskim poljem. Struja se također može proizvoditi u krugu bez baterije. Faradayev zakon opisuje induciranu elektromotornu silu i način pronalaženja inducirane elektromotorne sile induciranjem struje.

Dakle, zaključak je da kad se magnetski tok ili magnetsko polje s vremenom mijenjaju, stvara se elektromotorna sila ”.

Uzajamna induktivnost

Međusobna induktivnost osnovno je načelo rada motora, transformatora, generatora i bilo koje druge električne komponente koja djeluje na drugom magnetskom polju. Tada možemo definirati međusobnu indukciju kao struju koja teče u jednoj zavojnici koja inducira EMF u susjednoj zavojnici.
Otuda je uzajamna indukcija definirana kao svojstvo dviju zavojnica čijom se moći svaka zavojnica protivi promjeni snage struje koja teče kroz drugu inducirajući emf u sebi. (ili jednostavnim riječima, kad god se magnetski tok povezan s jednom zavojnicom promijeni, u susjednoj zavojnici inducira se emf.)

Od: https://circuitglobe.com/

Ako je jedna zavojnica smještena vrlo blizu druge zavojnice, tada će gotovo sav magnetski tok generiran prvom zavojnicom utjecati na okrete zavojnice druge zavojnice što inducira relativno veliki emf i stoga stvara veliku vrijednost međusobne induktivnosti.

Ako je udaljenost između zavojnica znatno velika, mala količina
magnetski tok iz primarne povezat će se s obratom zavoja sekundarnog
zavojnica, inducirajući mali emf u sekundarnoj zavojnici.

KONCEPT BEZBEDNOG PROMJENJIVANJA:

Koraci povezani s procesom bežičnog punjenja su:

Prekinimo cijeli postupak punjenja u dva kruga koja su:
Krug odašiljača
Prijemni krug

Svrha kruga odašiljača je transformirati primljeni napon u visokofrekventnu izmjeničnu struju. Nakon što strujna struja generira struju odašiljača, dovodi se do odašiljača u samom krugu. Kako se izmjenjivačka struja visoke frekvencije odriče kroz zavojnicu, ona inducira magnetsko polje u zavojnici i zavojnica sada djeluje kao elektromagnet u skladu s 2 i Zakonom o elektromagnetskoj indukciji. Sada, kako se magnetsko polje u jednoj zavojnici mijenja, a ako se drugi zavojnica postavi na dovoljno bliskoj udaljenosti, emf će se inducirati u susjednu zavojnicu. Naizmjenična struja inducira izmjenični tok u odašiljačkoj zavojnici što inducira izmjenični magnetski tok u jezgri. Kako se jezgra prostire kroz sekundarnu, tako je i neki magnetski tok povezan sa sekundarnim. Sada će se opet dogoditi isti obrnuti fenomen, inducirano magnetsko polje u zavojnici prijemnika generirat će izmjeničnu struju u krugu prijemnika u skladu s faradamskim zakonom indukcije. Stoga se energija prenosi iz odašiljačkog kruga u prijemni krug indukcijom ili spajanjem. Sada se u posljednjem koraku inducirana izmjenična struja pretvara u potrebni istosmjerni napon kroz niz filtera i ispravljača. Napokon se stabilna struja puni u bateriju radi punjenja. Stoga se na taj način odvija bežično punjenje.

Standardne bežične energetske tehnologije:
Kad govorimo o tehnologiji bežičnog punjenja, na tržištu postoje dvije najčešće tehnologije. To su: bežični energetski konzorcij (WPC) i Power Matters Alliance (PMA). Bežična tehnologija nalazi se na tržištu od jednog desetljeća, kako bi se ova tehnologija iskoristila za potrebe tržišnih potrošača, stoga je 2008. osnovan bežični strujni konzorcij (WPC) za standardizaciju razvoja rješenja za bežično punjenje. Nakon toga PMA je uveden 2012. godine kako bi služio istoj svrsi.
PMA i WPC su slične tehnike i djeluju na istom principu magnetske indukcije, ali se razlikuju u učestalosti rada i različitim protokolima povezivanja.

Od: https://www.idt.com/products/power-management/wireless-power/introduction-to-wireless-battery-chargingOd: http://techlife.samsung.com/6-times-wireless-charging-:59-handy-1557.html

PREGLED:
Kada govorimo o WPC standardu za naplatu, to je organizacija otvorenog članstva koja održava standarde naplate; jedan od njih je Qi Standard. Qi standard je najčešći standard koji doprinosi više od 90% tržišnog standarda i dostupan je na mnogim mobilnim uređajima i tržišnim liderima poput Samsung, HTC, Nokia i Apple Phones.
Uređaji koji se pune putem Qi standarda trebaju fizičku vezu s izvorom punjenja. Qi tehnologija trenutno podržava bežični prijenos energije do 5 W na udaljenosti do 5 mm, ali razvija se za do 15 W, a nakon toga i do 120 W na mnogo većim udaljenostima.

U Qi standardu postoji fizička veza između uređaja i izvora za punjenje. Izvor također nazvan bazna stanica pruža induktivnu snagu mobilnim uređajima. Bazna stanica sastoji se od odašiljača koji generira izmjenični emf, a mobilni uređaj sadrži prijemnički krug s ugrađenom zavojnicom prijemnika. Sljedeći korak je da izmjenični EMF inducira struju u zavojnici prijemnika međusobnom indukcijom. Također, Qi tehnika djeluje koristeći rezonantnu induktivnu između stanice i uređaja.

Radna frekvencija je 100–200hz. Na sličnim principima, PMA tehnologija djeluje na istom induktivnom principu, ali djeluje na različitom frekvencijskom rasponu (obično dvostrukom od onog Qi standarda). Proteklih dana PMA i A4WP potpisali su sporazum o stvaranju spojenog standarda (sada Savez za zračno gorivo). Ta se tehnologija temelji na drugačijem principu zvanom
magnetska rezonanca ('MR'). U ranoj fazi standardno dopušteno napajanje iznosi 3,5 W i 6,5 W, no nedavno je to povećano na 50 W. Kako obje tehnologije rade na magnetskoj spojnici, ali A4WP se sastoji od labavije spojenog, ali usko podešenog prijemnika. i zavojnice odašiljača, s vrlo visokim Q (faktorom kvalitete). Kao takvo, Air-gorivo nudi veću fleksibilnost u pogledu fizičkog postavljanja odašiljača na prijamnik.

Induktivne vs rezonantne tehnologije punjenja:
Gore navedeni diskusijski standardi za bežično punjenje rade na tehnologijama indukcije i rezonancije. Inductive tehnologija je vrsta sukladnosti koju primarno koristi Qi standard za punjenje. Ova tehnologija koristi usko spojene zavojnice i odašilje snagu samo na vrlo kratkim udaljenostima koristeći rezonantne spremnike niske frekvencije. Udaljenost na kojoj se odvija prijenos snage manja je od 10 mm. U početku, kada se Qi standard pojavljuje na tržištu potrošača. U to vrijeme potrebna snaga se smatra vrlo niskom (oko 5 W). Kako je vrijeme odmicalo, mogućnost isporuke električne energije putem Qi standarda povećala se na 15W snage („Srednja snaga“) u 2012. Eksperimentalni rezultati i ispitivanja potvrdili su da tehnologija Soon Qi cilja na prijenos snage 100 W.

Nedostatak prijenosa snage na vrlo kratkim udaljenostima nadvladava druga bežična tehnologija napajanja, rezonantna, što se smatra slabo spojenim rješenjem. Pomoću ove tehnologije možemo prenositi snagu na velikim udaljenostima (mnogostruko pregibima većim od induktivne spojnice). Frekvencija na kojoj rezonantna tehnologija djeluje veća je od induktivne. Također, još jedna prednost Resonant tehnologije je mogućnost punjenja više uređaja na 22W. Spajanje magnetske rezonance obično pogoduje u frekvencijskom spektru megaherca, faktori kvalitete su obično visoki. Sa povećanjem raspona punjenja, faktor visoke kvalitete pomaže ublažavanju naglog smanjenja učinkovitosti spajanja, a time i učinkovitosti punjenja.

Od: http://wirelesspowerrenaissance.blogspot.in/2014/05/ieee-p21001-a4wp-pma-wpc.htmlOd: www.mediatek.com

BEŽIČNI punjači na tržištu:

Mophie baza za bežično punjenje:
Ovaj punjač posebno je dizajniran za iPhone modele, posebno iPhone 8 i X. Ovaj bežični punjač vrlo je prenosiv i ima vrlo mali oblik faktora dimenzija 0,45 x 3,82 x 3,82 inča i lagan je 4,37 unci. Ova bežična stanica za punjenje može se lako spremiti u ruksak ili kofer. Punjač je dizajniran za brzo punjenje Vaših IOS uređaja. Ovo je Qi Standardni punjač koji ima oblik paka, a gumena površina sprječava njegovo klizanje s glatkih površina. Mophie punjač je najefikasniji energetski punjač na tržištu koji ima mogućnost punjenja Appleovih uređaja na 7,5 W što je veća od prosječne snage. Kad se ta baza za punjenje poveže s vašim uređajem, pametni sklop za punjenje ugrađen u ovaj punjač komunicira s vašim uređajem kako bi odredio pravu količinu
snage koja mu je potrebna za sigurno i brzo punjenje. Sigurnosno zaštićen krug sprečava prekomjerno punjenje i kako bi se spriječilo pregrijavanje pametno kontrolira temperaturu.

Neke se odlikuju značajkama:
Izuzetno brzo vrijeme odziva: Uređaj odmah započinje punjenje nakon kontakta.
Struja u mirovanju: Ova značajka osigurava minimalno crtanje struje u praznom hodu.
Otkrivanje stranih predmeta: Pametno komunicira s uređajem u blizini, osiguravajući da se snaga šalje samo kompatibilnim bežičnim uređajima (standardni Qi uređaji).

Izlazna snaga 7,5 W

Standardni Qi
Dimenzije 0,45 ″ x 3,82 ″
Težina 4,37 g (124 g)
Kabel uključen: Da
Uključen ispravljač: Da

Od: http://www.macotakara.jp/blog/accessories/entry-33405.html

Pad bežičnog brzog punjenja tvrtke Ravpower:
Ovaj punjač radi s različitim uređajima poput Android platforme, pametnih satova itd. Također je punjač na bazi Qi-a i može isporučiti maksimalnu snagu
od 10W. Osim bežičnog punjača RavPower punjač se može koristiti i kao USB punjač, ​​podržavajući Qualcomm Quick Charge 3.0. Uz to, adapter za brzo punjenje (Quick Charge 3.0) se isporučuje zajedno s gore spomenutim bežičnim punjačem koji predaju snagu od 24 W. Dodajući atraktivnosti ovog uređaja, on ima inteligentni indikator koji vas obavještava o trenutnom stanju baterije, a ugrađene zaštite poput prekomjerne struje, prenapona i previsoke temperature osiguravaju zaštitu vašeg telefona i uređaja. Nema nikakve sumnje po konkurentnim cijenama od 50 USD, to je jedan od najbržih i najpovoljnijih bežičnih punjača koji su dostupni za novac.
Izlazna snaga 10 W
Standardni Qi
Dimenzije 3,54 ″ x 0,62 ″
Težina NA
Kabel uključen: Da
Uključen ispravljač: Da

Od: https://www.ravpower.com/RAVPower-wireless-charger-quick-charger-QC-adapter.html

BELKIN BOOST ↑ UP ™ bežični punjač:
Posebno dizajniran za Apple uređaje, Belkin punjač odlikovan je inovacijom godine 2018. Belkin usko surađuje s Appleom u proizvodnji tehnologije bežičnog punjenja za Apple uređaje poput iPhone X, iPhone 8 itd.
Neke su ključne značajke -
1. Belkin je blisko surađivao s Appleom kako bi dizajnirao jastučić za punjenje za iPhone X, iPhone 8
Osim toga, i iPhone 8. Tehnologija vrlo precizno prilagođena novim iPhoneima,
vaš se telefon slučajno neće pregrijati ili isključiti Ovaj punjač je
podešen za isporuku snage na 7,5 W. 7W W BOOST ↑ UP Wireless
Pad za punjenje može brže izlaziti od standardnih 5W
punjači i omogućava vam da istražite svoj telefon bez
gnjavaža često punjenje.
1. Čvrsto zeleno LED svjetlo daje savršeni pokazatelj kada je vaš
telefon je ispravno poravnat s podlogom i punjenjem. Kad se pojavi zeleno svjetlo, možete otkriti svoj dan znajući da će se vaš iPhone X automatski napuniti i biti spreman za vas.

2. Neki metalni predmeti, poput ključeva i kovanica, postavljeni na jastučić ili u bliskom rasponu, mogu držati vaš telefon dalje od punjenja i ometati funkciju punjenja, čak uzrokujući oštećenje iPhonea ili uređaja za punjenje. Da biste zaštitili svoje uređaje, BOOST ↑ UP bežična ploča za punjenje sadrži pametni indikator koji vas upozorava kada se otkriju strani objekti ili vaš telefon nije pravilno poravnat.
Izlazna snaga 7.5
Standardni Qi
Dimenzije 7,5 ″ x 1,75 ″ x 5,5 ″
Težina NA
Kabel uključen? Da
AC adapter je uključen? Da

Od: http://www.belkin.com/us/p/P-F7U027/http://www.belkin.com/us/p/P-F7U014/

Jastučić za bežično punjenje:
Ovaj punjač opremljen je postoljem od nehrđajućeg čelika i drvenim čepom poput punjača. Svojim dizajnom i oblikom oblika, doista je jedan od najboljih izbora na tržištu. Ovaj punjač radi na Qi tehnologiji i kompatibilan je sa svim Qi pogonima.

Izlazna snaga 7,5 W
Standardni Qi
Dimenzije 0,45 ″ x 3,82 ″
Težina 4,37 g (124 g)
Kabel uključen: Da
Uključen ispravljač: Da

od: https://grovemade.com/product/wireless-charging-pad-light

PREDNOSTI BEŽIČNOG ISPUNJENJA BATERIJE:

Glavna prednost bežičnog punjenja je što pruža siguran način punjenja elektroničkih uređaja i poboljšava prijatnost za korisnika jer se uklanjaju gnjavaže povezivih kabela. Dakle, ne morate se brinuti za kabel. Uz napredak rezonantne magnetske spojke i A4WP tehnologije, različite marke i različiti modeli uređaja također mogu koristiti isti punjač. Možda imamo različite uređaje koji nisu kompatibilni s istim USB kabelom, ali bežični se punjač može koristiti sa svim mobilnim telefonima, ali i s drugim uređajima. Tako jedno punjenje može podržavati punjenje više uređaja. Sljedeća prednost je što omogućuje bolju trajnost proizvoda (npr. Vodootporan i otporan na prašinu) za uređaje bez kontakta. Kako je tehnologija bežičnog punjenja beskontaktni proces, habanje uređaja može biti zanemarivo. Bežično punjenje je efikasan proces jer punjač omogućuje napajanje koje zahtijevaju uređaji za punjenje na način na zahtjev. Uz pametne punjače dostupne na tržištu, učinak grijanja i vrijeme punjenja značajno su smanjeni.

Od: https://grovemade.com/product/wireless-charging-pad-light

Crteži:

 Znamo da se pri punjenju kroz indukciju energija prenosi kroz slobodni prostor, pa je stoga učinkovitost ovih punjača u usporedbi s tradicionalnim relativno manja. Prosječna učinkovitost prijenosa koja se postiže bežičnim punjenjem iznosi oko 70%.
 Kako se energija gubi tijekom prijenosa, proces punjenja zapravo je sporiji. Toplina koju stvara bežični punjač vrlo je velika u usporedbi s uobičajenim punjenjem.
 Bežični punjač emitira EM valove u svemir i njihove zdravstvene posljedice potrebno je pažljivije proučiti.
 Bežični punjač zapravo nije pravi bežični punjač jer biste napunili uređaj koji trebate da punjač uključite u napajanje što ga čini ne prenosivim uređajem.

Reference:
I. https://en.wikipedia.org/wiki/Inductive_charging
II. https://www.electronicshub.org/wireless-mobile- punjač baterija- sklop /
III. https://thewirecutter.com/blog/
IV. http://www.techradar.com/news/best-wireless- punjači
V. https://byjus.com/physics/faradays-law/
VI. https://www.theguardian.com/technology/2017/sep/13/apple-iphone- 8-iphone- x-
što-što je-bežično punjenje-to-trebam
VII. https://en.wikipedia.org/wiki/Qi_(standard)
VIII. https://www.androidauthority.com/wireless-charging-

- -

Oko:

Gospodin Alok Parmar radi s dr. Khuranom kao građanski znanstvenik.

LinkedIn račun - https://www.linkedin.com/in/alok-parmar-3412ba57

Facebook račun - https://m.facebook.com/alok.parmar1?ref=bookmarks

Dr. Sukant Khurana vodi akademski laboratorij i nekoliko tehnoloških tvrtki. Također je poznati umjetnik, autor i govornik. Možete saznati više o Sukantu na www.brainnart.com ili www.dataisnotjustdata.com, a ako želite raditi na biomedicinskim istraživanjima, neuroznanosti, održivom razvoju, umjetnoj inteligenciji ili projektima znanosti o podacima za javno dobro, možete ga kontaktirati na skgroup. iiserk@gmail.com ili ako mu se obrati na poveznici https://www.linkedin.com/in/sukant-khurana-755a2343/.

Ova priča objavljena je u najvećoj poduzetničkoj publikaciji The Startup, koju prati 300.118 i više ljudi.

Pretplatite se za primanje naših najboljih priča ovdje.