Bezdrátové nabíjení proudem 100 mA. Bezpečně a s optimálním přenosem

Obvody LTC4124 [1] využijeme na pozici výkonného 100mA bloku přijímače, který v systémech bezdrátového nabíjení Li-Ion článků umožňuje v omezeném prostoru a pouze s několika vnějšími součástkami dosahovat skutečně malých celkových rozměrů. Dvojici pak vytváří společně s prvky LTC4125 [2], vysílací jednotkou sloužící k bezdrátovému napájení s funkcí vyhledávání optimálního výkonu a také detekcí cizích předmětů. To vše s cílem zajistit bezpečné a zároveň účinné řešení.

Bezdrátové nabíjení s vysokou mírou integrace

U kapesní nebo též nositelné elektroniky se bezdrátové nabíjení těší stále větší oblibě. A není se ani čemu divit, zvláště když se pak zařízení bez odhalených konektorů či portů stává robustnějším a pohodlněji se s ním i pracuje. Abychom se třeba u naslouchátek dokázali vypořádat s obvyklým nedostatkem prostoru, struktura LTC4124 zahrnuje též řízení bezdrátově navrženého systému napájení. Převádí totiž střídavé napětí z rezonančního obvodu přímo na stabilizovaný stejnosměrný výstup. Vzniklé DC napětí pak součástka využije v rámci plnohodnotné lineární nabíječky baterií zajišťující správné provozní cykly. Vysoká míra integrace se nyní podepisuje pod skutečně malým návrhem systému bezdrátového nabíjení, který si kromě integrovaného prvku dále žádá jen rezonanční obvod přijímače a baterii samotnou.

Efektivní nakládání s energií

Na obr. 2 sledujeme, co se stane v případě, že obvod LTC4124 obdrží více energie, než k nabíjení článku sám potřebuje. Vlastní řídicí systém pak napětí V_CC vstupující do IO udržuje na nízké úrovni díky stažení rezonančního obvodu přijímače k zemi. Lineárně řešená nabíječka může proto pracovat velmi efektivně, protože její vstup je neustále udržován přesně nad úrovní napětí baterie V_BATT. Při aktivním přemostění obdrží díky neodpovídajícímu kmitočtu méně energie též i rezonanční obvod.

S vysílačem LTC4125 jako jeden celek

Obvod LTC4125 zachycený na obr. 3 zde vystupuje jako výkonný blok vysílače bezdrátového systému s přívlastkem AutoResonant™ a veškerými ochrannými prvky pro takto řešené nabíjení. Funkce vyhledávání optimálního výkonu pak upraví dodávku energie v závislosti na zatěžovacích podmínkách strany přijímače. LTC4125 se rovněž pyšní různými metodami vyhodnocení cizích předmětů s cílem zamezit nežádoucímu odběru ze zdroje.

Při spárování s obvodem LTC4124 lze změnit konfiguraci rezonančního budiče LTC4125 z plného můstku na poloviční a využít při vyhledávání jemnějších kroků. Malovýkonové bloky přijímače proto obdrží jen tolik energie, kolik při nabíjení článku skutečně využijí. Když se pak přibližuje plné nabití baterie, vstoupí obvod LTC4124 do režimu konstantního napětí a snižuje přitom velikost regulovaného proudu. Na vzniklou situaci automaticky zareaguje i protější strana s obvodem LTC4125, který odpovídajícím způsobem upraví množství energie dodávané přijímači. V průběhu celého nabíjecího cyklu je tak možné omezovat výkonovou ztrátu a udržet přitom jak nabíječku v podobě obvodu LTC4124, tak i samotnou baterii chladné.

Teplotu obvodů přijímače při plném zatížení a také v režimu konstantního napětí s omezením proudu zachycuje obr. 4. Při pokojové teplotě ani jednou nepřekročíme +40 °C.

Jakmile se přijímací část systému bezdrátového nabíjení dostane z dosahu vysílače, obvod LTC4125 již nemůže najít aktivní zátěž a poplatně režimu standby snižuje svůj výkon, přesně jak to vidíme na obr. 5. Z obr. 6 pak jasně vyplývá, co se stane v případě, když se na vysílači objeví cizí kovový předmět. Struktura LTC4125 detekuje vysoký rezonanční kmitočet a vstupuje do pohotovostního režimu.

Závěr

Obvod LTC4124 nabízí na straně přijímače vlastní řízení výstupu bezdrátově navrženého systému napájení a také plnohodnotnou nabíječku baterií Li-Ion s cílem zjednodušit návrh přijímací části v zapojeních s omezeným prostorem. LTC4125 pak využijeme na pozici spolupracující vysílací jednotky v konfiguraci polovičního můstku, čímž vzniká vysoce účinné a také zabezpečené řešení bezdrátového nabíjení.