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

LPC54000. 2-rdzeniowe mikrokontrolery Cortex-M

Numer: Listopad/2017

Mikrokontrolery z serii LPC54000 są unowocześnionymi następcami popularnej rodziny LPC1700. Nowe mikrokontrolery charakteryzuje innowacyjna konstrukcja, bazująca na dwurdzeniowej jednostce CPU, integrującej Cortex-M4 i Cortex-M0+. Obecnie rodzina mikrokontrolerów LPC54000 jest podzielona na trzy główne podrodziny: LPC5410x, LPC5411x, LPC546xx. Kolejno omówimy ich parametry i możliwości.

ADAU1466 - nowy procesor DSP z rodziny Sigma DSP

Numer: Listopad/2017

Analog Devices ponownie rozszerza rodzinę Sigma DSP. Przedstawione na łamach EP procesory ADAU1452 doczekały się modyfikacji w postaci układu ADAU1466, który jest pierwszym przedstawicielem nowej linii Sigma DSP ADAU146x.

STM8S001J3 (2). Projekt referencyjny zestawu ewaluacyjnego

Numer: Listopad/2017

W sierpniu firma STMicroelectronics rozszerzyła 8-bitową rodzinę mikrokontrolerów STM8 o pierwszy układ w 8-pinowej obudowie ? STM8S001J3. Celem artykułu jest pokazanie, jak łatwe jest projektowanie urządzeń elektronicznych w oparciu o ten mikrokontroler. Jako przykład niech posłuży projekt referencyjny zestawu ewaluacyjnego, który składa się z dwóch płytek: płytki z mikrokontrolerem i płytki rozszerzeniowej.

Protokoły i moduły bezprzewodowe dla IoT (2)

Numer: Listopad/2016

Rozwój technologii IoT wymaga wsparcia przez odpowiednie protokoły i oprogramowanie. Można tworzyć własne standardy i sieci sensorów, jednak jest to nieopłacalne, ponieważ - myśląc globalnie - pojawi się problem spięcia naszej sieci z całą "resztą świata". Dlatego idąc w sukurs konstruktorom budującym urządzenia dla IoT firmy - producenci podzespołów wręcz prześcigają się tworząc różnego rodzaju udogodnienia. Do takich, ...

8-bitowa kontrofensywa (1). Nowe peryferie mikrokontrolerów PIC

Numer: Listopad/2016

Microchip, jeden z największych na świecie graczy w obszarze projektowania i produkcji mikrokontrolerów, wymyślił strategię, dzięki której użytkownicy poszukujący nieskomplikowanych mikrokontrolerów chętnie sięgną po 8-bitowe, sprawdzone mikrokontrolery PIC. Zastosowano pomysłowe połączenie starego, ale sprawdzonego i bardzo popularnego rdzenia PIC16 z nietypowymi, nowatorskimi peryferiami, pracującymi niezależnie od rdzenia (core ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Grudzień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym