wersja mobilna | kontakt z nami

LTC4123 - miniaturowa ładowarka bezprzewodowa

Numer: Marzec/2017

Pomimo rozwoju tej techniki, ładowanie bezprzewodowe raczej z dużą trudnością adaptuje się w sprzęcie powszechnego użytku. Zbyt długie prace nad standardem, obecność kilku konkurencyjnych rozwiązań nie ułatwiają wyboru i ?doposażenia? własnych konstrukcji w funkcje ładowania bezprzewodowego. W artykule przedstawiono rozwiązanie proponowane przez Linear Technology służące do bezprzewodowego ładowania akumulatora NiMH o niewielkiej pojemności.

Pobierz PDF

r1W ofercie firmy Linear Technology jest kilka układów do ładowania bezprzewodowego np.: LTC4120, LTC4123, LTC4125. Pracują one ze względnie małą częstotliwością nośną (kilkaset kHz), a do transmisji energii wykorzystują bezpośrednie sprzężenie obwodów magnetycznych cewki nadawczej i odbiorczej będących w rezonansie. Układy nadajnika i odbiornika nie wykorzystują żadnych standardowych protokołów komunikacyjnych, więc są łatwe w aplikacji i nie wymagają specjalnych procesorów nadzorujących.

Najprostszy z układów – LTC4123, zastosowany w opisywanym zestawie, jest kompleksowym rozwiązaniem odbiornika, zawierającym układ pozyskujący energię ze sprzężonego z cewką nadawczą obwodu rezonansowego, prostownika oraz obwodu ładowania, detekcji i nadzoru akumulatora. Schemat blokowy LTC4123 zamieszczono na rysunku 1.

W związku z przeznaczeniem LTC4123 dla elektroniki „noszonej” (wearable) współpracuje on z miniaturowym akumulatorem pastylkowym NiMH o niewielkiej pojemności (do kilkudziesięciu mAh). Taki akumulator jest bezpieczniejszy w eksploatacji oraz przy odpowiednim doborze typu – zgodny mechanicznie z baterią pastylkową, która w sytuacjach awaryjnych może go zastąpić (szczególnie ważne np. w aparacie słuchowym).

W skład zestawu testowego (rysunek 2) wchodzą: płytki nadajnika i odbiornika, akumulator, elementy mechaniczne ustalające położenie, ułatwiające eksperymenty z zestawem.

r2Dla sprawdzenia zestawu jest konieczny zasilacz 5 V/0,5 A z wtykiem micro USB lub zasilacz laboratoryjny 4,5…5,5 V/0,5 A. Zasilanie doprowadzamy do płytki nadajnika (rysunek 3, po lewej DC2301A). Ideę aplikacji do ładowania bezprzewodowego pokazano na rysunku 4. Zastosowany układ LTC4123 jest produkowany w obudowie DFN6 o wymiarach 2 mm×2 mm. Razem z elementami towarzyszącymi (bez cewki) zajmuje kilkanaście mm2 powierzchni płytki. Układ nadajnika składa się z generatora przebiegu prostokątnego zasilającego cewkę nadawczą, z której poprzez sprzężenie magnetyczne energia przekazywana jest do cewki odbiorczej. Częstotliwość pracy jest stała. Doprowadzenie zasilania do nadajnika jest sygnalizowane świeceniem LED D1. Od tego momentu cewka niezależnie od położenia odbiornika generuje pole elektromagnetyczne. Przebieg sygnału przedstawia rysunek 5 (sygnał zmierzono 10-zwojową cewką o średnicy 10 mm podłączoną bezpośrednio do wejścia oscyloskopu). Częstotliwość nośna sygnału wynosi ok. 245 kHz. Amplituda zależna jest od współczynnika sprzężenia cewek. Jak widać na oscylogramie, sygnał rzeczywiście nie zawiera żadnej transmisji, tylko czysty przebieg nośny (nie licząc gasnących oscylacji kluczowania). Moc nadajnika ograniczona jest koniecznością spełnienia wymagań USB 1.0. Limituje to pobierany przez nadajnik prąd do 100 mA, rzutując bezpośrednio na przekazywaną moc.

r3Do zestawu dodano komplet podkładek dystansowych umożliwiających sprawdzenie wpływu oddalenia cewek na ilość przekazanej energii. Zestaw pracuje poprawnie w zakresie przerwy pomiędzy cewkami od 0,8…4 mm. Przebieg wejściowy (ACIN) uzyskany na płytce odbiornika (rys. 3, prawa strona DC2300A) przy szczelinie 4 mm (4 podkładki) pokazano na rysunku 6. Zależność pomiędzy przekazaną mocą i odległością cewek przedstawia rysunek 7.

Jak wspomniano, układ LTC4123 zawiera oprócz obwodów pozyskiwania energii, kompletną ładowarkę CC-CV dla akumulatora NiMH 1,5 V. Prąd ładowania jest ustalany rezystorem Rprog zgodnie ze wzorem:

ICHG = 24 V/RRPROG

Obwód ładowania integruje wszystkie podstawowe zabezpieczenia akumulatora, timer chroniący przed przeładowaniem o ustalonym na 6 godzin czasie ładowania, zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją i przekroczeniem temperatury akumulatora. Ładowarka dostosowuje prąd ładowania w zależności od temperatury otoczenia (2,5 mV/°C). W związku z możliwą zamienną współpracą w niektórych aplikacjach z nieładowalnym ogniwem cynkowo-powietrznym, LTC4123 ma dodatkowo układ detekcji ogniwa blokujący ładowanie. Oprócz zasilania „bezprzewodowego”, układ może zostać zasilony w typowy sposób napięciem z przedziału 2,2…5,5 V przez pin VCC. Umożliwia to budowę zasilaczy hybrydowych, łączących ładowanie bezprzewodowe i przewodowe.

r4Wbudowana w układ odbiornika LED D1 sygnalizuje kilka stanów pracy:

- Zasilanie i ładowanie – powolne miganie z częstotliwością ok. 1 Hz.
- Brak zasilania i ładowania – LED D1 zgaszona.
- Usterka, co może oznaczać brak lub odwrotne przyłączony akumulator, baterię Zn-Air, przekroczoną temperaturę, początek procesu ładowania – szybkie miganie z częstotliwością ok. 5 Hz.
- Ładowanie zakończone – wyjście przechodzi w stan wysokiej impedancji (LED D1 gaśnie).

Ładowarka umożliwia szybkie sprawdzenie idei ładowania bezprzewodowego małej mocy. Układ LTC4123 pomimo stosunkowo niewielkiej mocy jest interesującym rozwiązaniem i z pewnością znajdzie zastosowanie w przyszłych projektach. Szczególnie przydatny może okazać się nie tylko w aplikacjach „noszonych”, ale także razem z przetwornicą podwyższającą napięcie 1,5 V/3,3 V jako alternatywne źródło zasilania przyrządów pomiarowych, rejestratorów itp. Zwykle do zasilania których wystarczy niewielka ilość energii, a ważne jest zachowanie szczelności lub iskrobezpieczności. Niestety, ze względu na ceny elementów indukcyjnych nie jest to rozwiązanie tanie, ale gdy weźmiemy pod uwagę koszt złączy hermetycznych, to różnica jest niewielka. Zaletą testowanego układu jest prostota aplikacji, dostępność elementów (szczególnie indukcyjnych), wadą mała sprawność i cena rozwiązania – niestety jest to wspólna bolączka układów ładowania bezprzewodowego, ograniczająca ich szersze zastosowanie.

Adam Tatuś, EP

 

r5

 

 

r6

 

 

r7


Pozostałe artykuły

Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie przemysłowych wyświetlaczy LCD

Numer: Marzec/2016

Od dłuższego czasu obserwujemy bardzo szybki postęp w branży dużych wyświetlaczy ciekłokrystalicznych. Dotyczy on nie tylko telewizorów - nowości technologiczne z rynku konsumenckiego szybko przenoszone są do sektora przemysłowego. Pomimo znacznie ostrzejszych wymagań odnośnie do wytrzymałości urządzeń przemysłowych, wiodącym na rynku firmom udaje się wprowadzać do sprzedaży produkty o zaskakująco dobrych parametrach. Przegląd ...

MAXimator - tani zestaw startowy z Altera FPGA z rodziny MAX10

Numer: Marzec/2016

Nowoczesna elektronika nie istnieje bez układów FPGA, czego jednak nie widać na co dzień, zwłaszcza w "zarduinizowanym" świecie mikrokontrolerów. Jedną z przyczyn słabej percepcji technologii FPGA są relatywnie wysokie ceny zestawów startowych, które zniechęcają wielu początkujących. Mamy przyjemność poinformować, że sytuacja uległa zmianie i to dzięki polskiej firmie KAMAMI, której biuro konstrukcyjne opracowało i rozpoczęło ...

D32PRO - skalowalny procesor 32-bitowy

Numer: Marzec/2016

Jakiś czas temu informowaliśmy o polskim procesorze z rdzeniem 32-bitowym D32PRO, a teraz dzięki uprzejmości firmy Digital Core Design z Bytomia, możemy podać więcej szczegółów związanych z jego architekturą i listą rozkazów. Firma DCD zajmuje się projektowaniem IP Core od 1999 roku, zatem można powiedzieć, że jej najnowsze dzieło - procesor D32PRO - jest sumą doświadczeń zbieranych przez inżynierów firmy na przestrzeni ...

Renesas Synergy, czyli jak rozwijać produkty w świecie IoT

Numer: Marzec/2016

Przemysł elektroniczny wygląda obecnie zupełnie inaczej niż jeszcze 5 lat temu. Trudno precyzyjnie wskazać moment, w którym zaszła ta zmiana, ale można śmiało powiedzieć, że elektronika stała się bardzo powszechna i modna. Nie oznacza to niestety, że lutowanie i projektowanie obwodów stało się popularne, lecz że zaczęła podlegać prawom panującym w modzie. Produkt wprowadzony w ubiegłym sezonie szybko staje się passé, ...

Anteny helikalne firmy Maxtena

Numer: Marzec/2016

W aplikacjach dla łączności satelitarnej wykorzystywane są pasma gigahercowe. Stwarza to możliwość stosowania anten o niewielkich rozmiarach. Anteny i odbiorniki muszą odznaczać się wystarczająco dużą wydajnością i zyskiem oraz małymi szumami. O jakości i zasięgu łączności w dużym stopniu decydują anteny.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Marzec 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym