W zestawie otrzymaliśmy moduł transmitera WCT A13, zasilacz wtyczkowy 12V 2A, interfejs USB<->UART(3.3V), adapter ładowania bezprzewodowego ZEI401B w postaci obudowy na telefon oraz odbiornik z wyjściem mikro USB PowerKiss.
Poza testowanymi odbiornikami istnieją miniaturowe wkładki instalowane między baterię a obudowę telefonu (np. PQI Wireless Tag) lub wymienne elementy oryginalnej obudowy z wbudowanym odbiornikiem.
Kontroler WCT1001 (lub w nowsza wersja WCT1003) umożliwia pracę z odbiornikami Qi w wersji 1.0 oraz 1.1 (możliwość przesyłania informacji o odbieranej energii). Zgodnie z opisem urządzenie ma pozwalać na transfer energii ze sprawnością >60% oraz mocą 5W dostępną po stronie odbiornika.
Gdy odbiorniki ładowania bezprzewodowego będą standardowym wyposażeniem telefonu, będziemy mogli w wygodny sposób naładować urządzenie odkładając je w określone miejsce w samochodzie lub na biurku wyposażonym w nadajnik WCT (FurniQi - stolik z wbudowaną ładowarką indukcyjną Qi, Ładowarki indukcyjne Qi w podstawach lamp IKEA). Ciężko konkurować z rozwiązaniem tak prostym i bezstratnym jak zwykła wtyczka ładująca, jednak ładowanie bezprzewodowe zapewnia wygodę użytkowania i ograniczenie możliwości uszkodzenia złącza. W przypadku np. smartwatch-a bezprzewodowe ładowanie zapewni wygodę i ułatwi zaprojektowanie wodoszczelnej obudowy.
Poza standardami Qi oraz Powermat pracującymi z wykorzystaniem częstotliwości 110kHz istnieją inne systemy ładowania bezprzewodowego np. 6.78MHz (Qualcomm i Samsung).
Testowany nadajnik i odbiornik pozwalał na utrzymanie transmisji energii przy odległości do ~2cm po między cewkami nadajnika i odbiornika. Im większa odległość tym większe straty. W praktycznych zastosowaniach, ładowane urządzenie leży na nadajniku, tak że ograniczona odległość nie jest problemem.
Kontroler WCT1001 umożliwia sterowanie tranzystorami mostka do którego podłączone są cewki oraz dobiera napięcie przetwornicy zasilającej mostek. Dodatkowo kontroler demoduluje sygnał nadawany przez odbiornik oraz umożliwia komunikację NFC, CAN a także nadaje i odbiera sygnały informacyjne i kontrolne.
Mostek złożony z czterech tranzystorów wytwarza napięcie przemienne zasilające jedną z cewek. Wybór cewki, do której dostarczana jest energia umożliwiają trzy tranzystory.
Podczas oddalania odbiornika napięcie rośnie na szynie zasilającej mostek. W miarę oddalania odbiornika maleje sprawność przesyłania energii. Można ustalić górny akceptowalny poziom strat, po którego przekroczeniu ładowanie zostanie przerwane. Poniżej widoczny jest wzrost amplitudy sygnału przy oddalaniu cewki. Po zerwaniu transmisji widoczne są krótkie impulsy podawane na kolejne cewki pozwalające na wykrycie odbiornika w zasięgu.
Podczas ładowania, w kształcie przebiegu na cewce nadajnika można dostrzec modulację, w ten sposób odbiornik przekazuje informacje do nadajnika. Można m.in. uzyskać informację o pobieranej energii, stopniu naładowania akumulatora, sytuacjach awaryjnych (np. zbyt duża moc pobierana z odbiornika).
Moduł A13 udostępnia dwie konsole szeregowe pozwalające na odbieranie komunikatów tekstowych oraz współpracę z oprogramowaniem FreeMASTER.
Konsola szeregowa dostarcza m.in. informacji o napięciu na szynie, wypełnieniu przebiegu sterującego, mocy oddawanej przez odbiornik, numerze wykorzystywanej cewki, stopniu naładowania akumulatora oraz występujących błędach i awariach. Konsola pracuje z szybkością 19200b/s.
Druga konsola dostarcza danych do programu FreeMASTER, który m.in. umożliwia graficzną prezentację zmieniających się parametrów nadajnika (np. dostarczana moc, prądy itp.).
Elektronika jest zamknięta w metalowej puszce ekranującej, do górnej puszki przyklejone są cewki nadawcze. Płytka z antena NFC pozwala na zamontowanie czujników temperatury.
Wśród złącz znajduje się także interfejs JTAG.
Odbiornik PowerKiss pozwalał na pobór mocy maksymalnej ~3.4W (~700mA i 4.8V). Przy mniejszych obciążeniach napięcie wyjściowe odbiornika było zbliżone do 5V oraz pozbawione tętnień.
Podczas pracy temperatura cewek wynosiła około 42°C natomiast odbiornik osiągnął 45°C.
Podczas oczekiwania na odbiornik urządzenie pobierało około 1.2W, moc można obniżyć np. wykorzystując czujnik zbliżeniowy i stan uśpienia urządzenia.
W opisie transmitera A13 znajdziemy informację o sprawności >60%. Sprawność rosła wraz ze zwiększaniem mocy pobieranej z odbiornika. Odbiornik PowerKiss nie pozwolił na pobranie mocy maksymalnej 5W. Przy ~3.3W pobieranej z odbiornika sprawność przekazywania energii wynosiła ~50%.
Poniżej wyniki pomiarów prądów i napięć na wejściu nadajnika i wyjściu odbiornika. Dla prądów odbiornika <500mA dokładność pomiarów:
napięcie wejściowe zakres pomiarowy 20V dokładność 0,5%+1C
prąd wejściowy zakres pomiarowy 500mA dokładność 0,2%+4C
napięcie wyjściowe zakres pomiarowy 4V dokładność 0,6%+4C
prąd wyjściowy zakres pomiarowy 500mA dokładność 0,2%+4C
Dla prądów odbiornika >=500mA
prąd wejściowy zakres pomiarowy 5A dokładność 0,2%+4C
prąd wyjściowy zakres pomiarowy 5A dokładność 0,2%+4C
| Iwe [mA] | Uwe [V] | Iwy [mA] | Uwy [V] |
| 265,3 | 11,35 | 50,97 | 4,94 |
| 284,8 | 11,33 | 101,2 | 4,93 |
| 279,2 | 11,34 | 149,1 | 4,92 |
| 307,1 | 11,25 | 201,1 | 4,91 |
| 321,9 | 11,21 | 251,1 | 4,91 |
| 345,3 | 11,22 | 299,0 | 4,90 |
| 373,7 | 11,16 | 349,7 | 4,89 |
| 407,6 | 11,06 | 400,4 | 4,88 |
| 445,8 | 10,98 | 453,4 | 4,87 |
| 475,0 | 10,96 | 495,8 | 4,86 |
| Iwe [A] | Uwe [V] | Iwy [A] | Uwy [V] |
| 0,505 | 11,75 | 0,575 | 4,84 |
| 0,589 | 11,67 | 0,701 | 4,82 |
W przypadku zakresu pomiarowego 500mA widać większy spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej amperomierza i obniżenie napięcia zasilającego WCT.
Tak wygląda zależność sprawności bezprzewodowego przekazywania energii w stosunku do mocy pobieranej z odbiornika:
Niższa sprawność przy mniejszych mocach wynika nie tylko z wielokrotnego przekształcania energii lecz także z zapotrzebowania na energię samego transmitera.
Freescale przygotowuje aplikację bezprzewodowej ładowarki przenoszącej moc do 150W @24V. Przy większych mocach ładowarek straty mocy są istotnym elementem, w przygotowywanym rozwiązaniu sprawność ma sięgać nawet 93%.
Straty mocy w bezprzewodowym przesyłaniu energii są nieuniknione, jednak rozwiązanie sprawdzi się tam gdzie liczy się wygoda, eliminacja zużywającego się mechanicznie gniazda ładowania, eliminacja ryzyka uszkodzenia mechanicznego gniazda, zapewnienie wodoszczelności.
Co myślicie o bezprzewodowym ładowaniu urządzeń przenośnych?
Czy obecnie wykorzystujecie ładowarkę bezprzewodową, w jakim standardzie?
Osobiście jestem przeciwny stosowaniu ładowania bezprzewodowego "na siłę", na zasadzie wprowadzenia mody na WCT.
Natomiast chętnie skorzystam z wygodnego ładowania telefonu w samochodzie lub smartwatch-a poprzez odłożenie go na szafce.
Ciekawa jest możliwość monitorowania stanu odbiornika przez nadajnik oraz możliwość integrowania rozwiązania z interfejsem dotykowym oraz NFC (np. automatyczna zmiana profilu telefonu/ połączenie z zestawem głośnomówiącym w samochodzie).
Straty energii ładowarki 5W są dość duże (<40% wg specyfikacji oraz ~50% wg. pomiarów przy odbieraniu połowy dostępnej mocy). Zobaczymy jak bardzo uda się podnieść sprawność w rozwiązaniach o znacznie większej mocy rzędu 150W.
Istotnym elementem jest także pobór mocy nawet wtedy gdy odbiornik nie jest położony na nadajniku.
Nakładki i adaptery ładujące można traktować jako rozwiązanie przejściowe. Dopiero fabryczne i standardowe wyposażenie urządzeń mobilnych w odbiorniki ładowania bezprzewodowego powinno zapewnić wygodę użytkowania.
Cz. II - ładowanie bezprzewodowe - zakłócenia, budowa odbiornika.
Cool? Ranking DIY
) jednak nie podejrzewam znaczących różnic w konstrukcji.
