تکنولوژی

مروری بر تکنولوژی شارژ بیسیم (شارژر های وایرلس)

شارژ بی سیم فرایند شارژ مجدد دستگاه های الکترونیکی مجهز به باتری بدون اتصال مستقیم آن ها با استفاده از سیم و کابل به منبع تغذیه است. این فرآیند به کاربران امکان می دهد بدون نیاز به اتصال به پریز برق، تلفن خود را شارژ کنند. این به این معنی است که با شارژ بی سیم می توان تلفن های هوشمند و سایر دستگاه ها را به سادگی با قرار دادن آن ها روی میز شارژ کرد و یا حتی ماشین آلات پیچیده تری مانند اتومبیل های الکتریکی را می توان با پارک کردن آن ها در گاراژ یا با شارژ بی سیم در جاده شارژ کرد. همچنین تمام مسائل ایمنی مربوط به شارژ با سیم را حذف کرده و راه جدیدی را برای کاربران باز می کند.

همچنین مقاله انواع انتقال برق بیسیم را بخوانید.

شارژ بی سیم به اواخر دهه 1800 برمی گردد، زمانی که نیکولا تسلا “کویل تسلا” را تولید می کرد هدف این بود که به صورت بی سیم انتقال انرژی انجام شود، در حالی این آزمایش برای رسیدن به این هدف در آن زمان شکست خورد اما باعث ایجاد علاقه در این زمینه شد و افراد بسیاری شروع به کار بر روی این ایده کردند. در سال 2006، MIT آزمایش استفاده از اتصال رزونانس را برای انتقال مقدار زیادی انرژی آغاز کرد و این زمینه را برای برخی از تکنولوژی های شارژ بی سیم عالی که امروزه وجود دارد هموار کرد. می توانید برای ساخت یک سیم پیچ کوچک تسلا برای انتقال برق به صورت بی سیم، این آزمایش را بررسی کنید.

نحوه انتقال برق به صورت بی سیم

از شارژ بی سیم گاهی به عنوان شارژ القایی یاد می شود زیرا بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی است. همانند سیستم ارتباطاتی بی سیم، شارژ بی سیم از طریق عملکرد فرستنده و گیرنده انرژی بی سیم بدست می آید. فرستنده شارژ بی سیم معمولا به عنوان ایستگاه شارژ متصل به یک پریز برق است و انرژی را از طریق خروجی پریز به گیرنده ای که همیشه به دستگاه متصل است منتقل می کند و در نزدیکی ایستگاه شارژ بی سیم قرار داده می شود.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

در زیر نمودار بلوکی برای توصیف اجزای سیستم شارژ بی سیم و فرآیند شارژ آورده شده است.

نحوه انتقال برق به صورت بی سیم

همانطور که قبلاً گفته شد، شارژ بی سیم از اصل القای مغناطیسی استفاده می کند که در ترانسفورماتور های برق، ژنراتور ها و موتور ها استفاده می شود. به این ترتیب که عبور جریان الکتریکی از یک سیم پیچ باعث تغییر میدان مغناطیسی اطراف آن سیم پیچ می شود که باعث ایجاد جریان در سیم پیچ دیگر می شود. این اصل انتقال انرژی الکتریکی بین سیم پیچ اولیه و ثانویه در یک ترانسفورماتور الکتریکی است، حتی اگر از نظر الکتریکی جدا باشند.

در شارژ بی سیم هر یک از اجزای سازنده (فرستنده و گیرنده) که سیستم را تشکیل می دهند دارای یک سیم پیچ هستند. سیم پیچ فرستنده را می توان به سیم پیچ اولیه و سیم پیچ گیرنده را می توان به سیم پیچ ثانویه یک ترانسفورماتور قدرت الکتریکی تشبیه کرد. هنگامی که یک ایستگاه شارژ به برق AC متصل می شود، منبع تغذیه از طریق سیستم یکسوساز، پس از آن که سیستم سوئیچینگ مورد استفاده قرار می گیرد، به DC تبدیل می شود. دلیل سوئیچینگ این است که شما می توانید شار مغناطیسی متغیر مورد نیاز برای القا بارها را در سیم پیچ گیرنده ایجاد کنید.

سیم پیچ فرستنده برق ورودی را جمع کرده و آن را به مدار گیرنده منتقل می کند که جریان ورودی را به DC تبدیل می کند و سپس برق دریافت شده را برای شارژ باتری اعمال می کند.

همانطور که در بالا مشخص شد، انتقال برق هنگامی اتفاق می افتد که شار مغناطیسی ایجاد شده توسط ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب در سیم پیچ فرستنده، به یک جریان الکتریکی در سیم پیچ گیرنده تبدیل شود.

میزان جریان الکتریکی تولید شده به میزان شار تولید شده توسط فرستنده و میزان شار سیم پیچ گیرنده بستگی دارد. مقدار شاری که گیرنده می گیرد به “ضریب اتصال” بستگی دارد که با توجه به اندازه، فاصله و موقعیت سیم پیچ گیرنده نسبت به سیم پیچ فرستنده تعیین می شود. این به این معنی است که ضریب اتصال بالاتر منجر به انتقال انرژی بیشتر می شود. برای افزایش ضریب اتصال، برخی از ایستگاه های شارژ بی سیم با چندین سیم پیچ فرستنده مانند تصویر زیر طراحی شده اند.

مدار داخلی کویل شارژر بیسیم

استاندارد های شارژ بی سیم

استاندارد های شارژ بی سیم به مجموعه قوانین حاکم بر طراحی و توسعه دستگاه های بی سیم اشاره دارد. در حال حاضر دو استاندارد مختلف صنعتی برای شارژ بی سیم توسط ارگان های مختلف تبلیغ می شود.

  1. استاندارد Rezence
  2. استاندارد QI

استاندارد Rezence بر اساس شارژ القایی رزونانس است به گونه ای که وقتی هر دو سیم پیچ فرستنده و گیرنده در رزونانس باشند، شارژدهی اتفاق می افتد. با استفاده از این استاندارد، دستگاه ها می توانند فاصله بیشتری بین فرستنده و گیرنده برای شارژ داشته باشند. این استاندارد توسط اتحاد برای برق بی سیم (A4WP) تبلیغ می شود.

از طرف دیگر، استاندارد QI با استفاده از اتصال فشرده بین سیم پیچ ها و بر خلاف استاندارد Rezence، انتقال انرژی بی سیم را به دست می آورد.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

سیم پیچ فرستنده و گیرنده همیشه برای کار در فرکانس های متفاوت کمی طراحی شده اند زیرا اعتقاد بر این است که با استفاده از این تنظیم، انرژی بیشتری دریافت می شود. کنسرسیوم برق بی سیم که شامل اعضای مختلفی مانند Apple inc ،Qualcomm ، HTC می باشد، توسط استاندارد IQ کنسرسیوم برق بی سیم ارتقا می یابد.

با در نظر گرفتن EMI، کارایی و آزادی در انتخاب استاندارد میتوانید استاندارد بی سیم متناسب با پروژه خود را انتخاب کنید.با این وجود، برخی از ایستگاه های شارژ بی سیم برای پشتیبانی از هر دو استاندارد طراحی شده اند، این ها قابلیت همکاری بالایی بین دستگاه ها فراهم می کنند.

طراحی شارژر بی سیم ساده

قبل از ساخت سیستم شارژ بی سیم موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد.

  1. استاندارد: هنگام تجهیز دستگاهی به قابلیت شارژ بی سیم، اولین کاری که باید انجام شود انتخاب استاندارد برق بی سیم متناسب با دستگاه و موارد استفاده از آن است. یک سیستم شارژ ویژه براساس چندین استاندارد انجام می شود.
  2. انتخاب سیم پیچ: مورد بعدی انتخاب نوع سیم پیچ مناسب و شکل سیم پیچ متناسب با مورد استفاده است. فروشندگان این سیم پیچ ها را در معیار های استاندارد تهیه می کنند بنابراین انتخاب مناسب باید براساس پیشنهاد دیتاشیت IC فرستنده شارژ بی سیم باشد که استفاده می شود.
  3. محفظه: هنگام طراحی سیستم های بی سیم، مهم است که محفظه دستگاه ها فلزی نباشد و از سطح نسبتاً مسطحی برخوردار باشد تا ضریب اتصال بالاتر بین فرستنده و گیرنده حاصل شود. فلز به طور موثر از رسیدن انرژی منتقل شده به گیرنده جلوگیری می کند و محفظه پلاستیکی باید بسیار نازک طراحی شود.

طراحی فرستنده شارژ وایرلس

همانطور که قبلاً گفته شد، سیستم شارژ بی سیم از فرستنده و گیرنده تشکیل شده است. در زیر شماتیک نشان دهنده طراحی یک فرستنده است.

طراحی فرستنده شارژ وایرلس

سه مولفه اصلی وجود دارد که فرستنده را تشکیل می دهد. منبع تغذیه، سیم پیچ فرستنده و مدار سوئیچینگ. منبع تغذیه معمولاً برق DC، از یک برق AC اصلاح شده است. پس از اصلاح مدار سوئیچینگ به منظور تولید سیگنال متناوب بکار گرفته شده در ایجاد میدان مغناطیسی جهت القای انتقال جریان از فرستنده به گیرنده از سیم پیچ فرستنده استفاده می شود.

طراحی گیرنده شارژ وایرلس

طراحی گیرنده مشابه فرستنده است با این تفاوت که کار ها به ترتیب معکوس انجام می شود. گیرنده متشکل از سیم پیچ گیرنده، شبکه تشدید و یکسو کننده و یک IC شارژر است که از خروجی مدار یکسوساز برای شارژ باتری متصل استفاده می کند. نمونه ای از مدار گیرنده در تصویر زیر با قسمت های عملکردی هایلایت شده نشان داده شده است. این مثال براساس آی سی شارژ LTC4120 ساخته شده است.

طراحی گیرنده شارژ وایرلس

کاربرد های تکنولوژی شارژ بیسیم

در حال حاضر از شارژ بی سیم در بسیاری از کاربرد ها استفاده می شود که عبارتند از:

  1. تلفن های هوشمند
  2. نوت بوک و تبلت
  3. ابزار قدرت و وسایل خدماتی، مانند جاروبرقی
  4. اسباب بازی های برقی
  5. دستگاه های پزشکی
  6. شارژ داخل ماشین

علاوه بر دلایل استفاده از شارژ بی سیم، مانند عدم نیاز به اتصال به دستگاه و عدم وجود مشکل سازگاری دوشاخه، شارژ بی سیم ایمنی را از خطرات مربوط به اتصال مستقیم به شبکه برق تأمین می کند. علاوه بر این، در محیط های سخت تر مانند حفاری و استخراج از قابلیت اطمینان برخوردار است و امکان شارژ بی نقص هنگام کار را فراهم می کند. سرانجام، شارژ بی سیم گره خوردن سیم و سایر مشکلات ایجاد شده توسط سیم ها را از بین می برد. ما فقط چندین کاربرد شارژ بی سیم را دیده ایم، هر طراحی محصول که انجام می شود باید شامل شارژ بی سیم باشد زیرا مطمئناً یکی از راه های شارژ دستگاه های مجهز به باتری در آینده نزدیک است.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *