Inductie Electromagnetica

2014

ABSTRACT

Implementarea de noi tehnologii ne face viața noastră de zi cu zi mai simplă.

Încărcarea fără fir prin cuplaj inductiv ar putea fi una dintre următoarele tehnologii care va aduce viitorul mai aproape. În acest proiect se demonstrează că este posibil să se încarce dispozitivele de mică putere fără fir, prin cuplaj inductiv rezonant.

Prin implementarea acestei tehnologii se minimizează complexitatea circuitelor și se pot obține importante reduceri de costuri față de utilizarea sistemelor convenționale ce utilizează conectare prin fire.

În plus, proiectul dorește să demonstreze că în viața noastră de zi cu zi există multiple posibilități de aplicare pentru aceste sisteme de încărcare wireless.

INTRODUCERE

Se numește inducție electromagnetică fenomenul de generare a unei tensiuni electromotoare într-un circuit străbătut de un flux magnetic variabil în timp. Fenomenul de inducție electromagnetică a fost pus în evidență experimental de M. Faraday în 1831. El a constatat că prin variația unui câmp magnetic se poate produce curent electric.

Fenomenul stă la baza unor aplicații de mare importanță tehnică, precum mașinile electrice rotative și transformatorul electric, în care energia electrică este transferată din circuitul primar (care produce un câmp magnetic variabil, în miezul magnetic al transformatorului) în circuitul secundar (câmpul magnetic variabil din miezul magnetic al transformatorului produce o tensiune electrică în înfașurarea secundară).

Transmisia puterii pe distanțe scurte se bazează, de obicei, pe principiul inducției magnetice. Cu această tehnologie, puterea este transferată numai dacă receptorul este aproape de transmițător. Totuși, în acest caz orice diferență mică de aliniere a bobinelor, poate duce la pierderea completă a capabilității de a transfera puterea.

Transmiterea puterii prin spațiu la distanțe mai mari se poate face folosind fenomenul de rezonanță magnetică, bazat pe același principiu ca inducția electromagnetică. Diferența este că rezonanța se realizează între două bobine dacă câmpul electromagnetic din jurul lor oscilează la aceeași frecvență. Cât timp cele două bobine sunt în rezonanță, se realizează transferul de putere dintre ele.

Prin această metodă se urmărește, în principal, eficiența cât mai mare a transmiterii de putere și flexibilitatea în poziționarea bobinei de cuplare, fără a fi necesară o aliniere strictă a două bobine.

Această tehnologie poate fi implementată în toate tipurile de echipamente electronice.

De ce? Pentru ca este o tehnologie simplă, eficientă și se poate utiliza în condiții de siguranță.

STUDIUL TRANSMISIEI WIRELESS A ENERGIEI ELECTRICE

FOLOSIND CIRCUITE REZONANTE

Introducere

Introducere la proiect 5

Scurt istoric pe această temă 5

Obiectivul acestei lucrări 7

Consideratii Teoretice Inductanța și Cuplajul Inductiv

Inductorul Ideal 9

Bobinele reale și designul acestora

Introducere 10

Circuitul echivalent al unei bobine 11

Efectul Pelicular 11

Aspecte tehnologice la fabricarea bobinelor 12

Bobinele fără miez magnetic (realizate în aer) 13

Bobina cu un singur strat 13

Factorul de calitate Q 14

Pierderile în bobinele fără miez magnetic 15

Avantajele bobinelor fără miez 15

Bobinele multistrat 16

Cuplajul Inductiv 17

Factorul de Cuplaj 19

Frecvența de rezonanță 20

Cuplajul inductiv rezonant 20

Circuitul Oscilator

Parametrii oscilatoarelor 21

Clasificarea oscilatoarelor 21

Oscilatoare sinusoidale 21

Oscilatoare cu circuite LC 21

Realizarea practică

Introducere 22

Modulul de Emisie

Varianta 1 Schema 22

Funcționarea Circuitului Oscilator Royer 23

Bobina de Emisie 24

Circuitul Emițător realizare practică Varianta 1 25

Realizarea unui modul receptor pentru alimentarea unui telefon mobil 31

Principiul de funcționare al circuitului receptor 31

Realizarea practică Varianta a 2a 33

Teste . Măsurători. Aplicații practice 39

Discuții și Concluzii 50

Dezvoltări ulterioare 50

Avantaje și dezavantaje pentru soluțiile de încărcare fără fir 55

Aplicații comerciale 57

Încărcarea fără fir. Când se va ajunge la standardizare 57

Comparații între diverse tehnologii și protocoale 59

Concluzii 61

Bibliografie 62

Anexe

A1 Limite de expunere conform ICNIRP

(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 66

A2 Exemple de produse care utilizează transmisia energiei fără fir 72

A3 Prognoze și estimări de piață 73

1 Introducere

Introducere în proiect

Trăim într-o lume a progresului tehnologic. Noi tehnologii apar în fiecare zi pentru a face viața noastră mai simplă. Cu toate acestea, noi încă utilizam în viața de zi cu zi sistemul clasic de conectare cu fire pentru dispozitivele de mică putere, cum ar fi telefoanele mobile, camere digitale, laptop-uri. Sistemul convențional de conectare prinfire poate crea un dezastru atunci când vine vorba de încărcarea simultană a mai multor dispozitive.

De asemenea, pentru a face acest lucru este nevoie de o mulțime de prize electrice și să nu mai vorbim de faptul că fiecare dispozitiv are propriul design pentru portul de încărcare. La acest punct s-ar putea ridica o întrebare. Ce ar fi dacă un singur dispozitiv poate fi folosit pentru a încărca aceste dispozitive simultan, fără utilizarea de fire și fără a crea un haos de cabluri și de conectoare. Soluția la această dilemă revine tehnologiilor ce folosesc cuplajul inductiv rezonant, un mod simplu și eficient de transfer al puterii fără fir.

Wireless Power Transmission (WPT) este transmiterea de energie electrică de la un punct la un altul fără utilizarea de fire sau orice altă conectare fizică. Acest lucru poate fi utilizat pentru aplicații în care este necesară fie o cantitate instantanee sau o livrare continuă de energie, dar și în cazul în care firele conventionale sunt inaccesibile, incomod de instalat scumpe, periculoase, de nedorit sau imposibil de utilizat. Puterea poate fi transmisă prin cuplajul inductiv la rezonanță. pe o rază scurtă de acțiune.

WPT este o tehnologie care poate transporta puterea electrica necesară la anumite locații, care nu se pot accesa prin mijloacele tradiționale. Un exemplu important unde se poate implementa această tehnologie este încărcarea unor dispozitive de mică putere prin cuplaj inductiv.

Acest proiect foloseste principiul simplu, dar eficient, de a transfera putere electrică fără o conexiune prin fir. În loc unui miez de material feromagnetic, cum ar fi cazul utilizării într-un transformator, dispozitivul nostru folosește miezul de aer. Similar cu un transformator aceste dispozitive folosesc o bobină în primar (la emisie) și o alta în secundar (la recepție) și funcționează doar în curent alternativ.

1.2 Istoric

Principiile de funcționare pentru transmisia de putere fără fir au fost stabilite la începutul anilor 1900 de către Nikola Tesla. După experimentele inițiale ale lui Tesla în acest domeniu, în decursul timpului nu au fost alocate totuși suficiente resurse în scopul de a cerceta, de a dezvolta și de a îmbunătăți teoriile sale. Cum popularitatea tehnologiei fără fir a crescut în ultimii ani, interesul pentru transmisia de putere electrica wireless a reapărut.

Transmisia wireless de putere are multe aplicații potențiale. Orice tehnologie care oferă aplicații gratuite pentru a elimina cablurile de alimentare și a conexiunilor din perete va conferi un avantaj clar la vânzarea dispozitivelor electronice. Aplicațiile care ar beneficia de conectarea fără fir pot fi de exemplu dispozitivele electronice portabile, cum ar fi telefoanele mobile și MP3 playere, care ar putea să renunțe la conectarea lor la prizele din perete și să renunțe la adaptoare pentru alimentare, sau rețelele de senzori wireless cu un consum redus de energie, care ar putea fi libere de înlocuirea frecventă a bateriilor, pâna la implanturi medicale, la care pacienții care ar putea evita o intervenție chirurgicală necesară pentru a înlocui bateriile. Dar cât de aproape suntem de a avea un înlocuitor practic pentru cablurile de alimentare și care sunt diferitele opțiuni? Care sunt constrângerile pentru care aceste opțiuni implică modificări pentru nivelul de putere, frecvențele alocate și amplasarea dispozitivelor? De la ce distanță acestea nu prezintă niciun risc pentru sănătate?

În 1864, James C. Maxwell a prezis existența undelor radio prin intermediul modelului matematic. În 1884, John H. și-a dat seama că Pointing Vector va juca un rol important în cuantificarea energiei electromagnetice. În 1888, susținând teoria lui Maxwell, Heinrich Hertz a reușit pentru prima dată să facă dovada experimentală a undelor radio prin emițătorul său cu eclator. Predicția și dovezile existenței undelor radio au fost urmate și de o transmisie a semnalului de putere.

În aceeași perioadă în care Marches G. Marconi și Reginald Fessenden, experimentau pricipiile de comunicare prin intermediul undelor radio, Nicola Tesla a propus o idee de transmisie a puterii fără fir și a efectuat primul experiment WPT. În 1899 a declarat: "Această energie va fi ulterior colectată peste tot globul, de preferință în cantități mici, variind de la o fracțiune până la câțiva cai-putere, iar ca o utilizare importantă va fi iluminarea unor case izolate". El a construit de fapt o bobină gigantică care a fost conectată la un catarg înalt de 200-ft (61 m) cu sfera de la vârf de 3 ft în diametru (1m). El a furnizat aproape 300 kW în bobina Tesla rezonând la o frecvență de 150 kHz. Potențialul RF în sfera de sus a ajuns la aproape 100 MV. Din păcate, el nu a reușit pentru că puterea transmisă a fost difuzată în toate direcțiile prin unde radio de 150 kHz. Povestea spune că finanțatorii lui Tesla și-au retras fondurile atunci când au înțeles că nu ar există o modalitate eficientă prin care să se asigure că oamenii vor plati pentru electricitatea folosită, de aceea ei au ales în schimb utilizarea centralelor electrice prin cabluri. Pentru a concentra puterea transmisă și pentru a crește eficiența de transmisie, avem nevoie de a utiliza o frecvență mai mare decât cea utilizată de Tesla.

În 1930, au fost inventate magnetronul și clistronul și în acest mod au fost înregistrate tot mai multe progrese în generarea de microunde de mare putere, în gama 1-10 GHz. După cel de-al doilea război mondial, au avansat cercetările pentru dezvoltarea tehnologiei radar de mare putere și au fost realizate tuburi cu microunde de înaltă eficiență.

Transmiterea wireless a revenit în atenție în anii '60. WC Brown a început în 1960 cercetarea și dezvoltarea unor sisteme de conversie DC-RF-transmisie-RF-DC utilizând microunde la 2,45 GHz. El a dezvoltat o antenă care permitea redresarea semnalului de microunde, numita “rectenna”. Eficiența primul sistem dezvoltat în 1963 a fost de 50%, pentru o putere la ieșire 4W și de 40% la o putere la ieșire de 7W. El a reușit să demonstreze că se poate susține zborul unui elicopter miniatural alimentat prin microundele emise de la sol. Unii au sugerat chiar că, într-o zi, s-ar putea să alimentăm navele spațiale prin direcționarea către ele a unor raze laser purtătoare de energie. Mergand pe aceeași idee, multe teorii au fost emise și în explorarea posibilitații de a transmite energie la sol, de catre sateliții orbitali, ce ar putea stoca energia solară. În anul 2005 profesorul Marin Soljacic de la MIT împreună cu echipa să a abordat subiectul și a introdus termenul Witricity. Primele lucrări asupra subiectului au fost publicate în 2007. S-a realizat pentru prima data un experiment, prin care un bec de 60 de wați a fost alimentat wireless pe o distanță de 2 m cu un randament de 45%. Frecvența de rezonanță a bobinelor a fost de 9,9 Mhz. La început tehnologia a fost propusă pentru aplicații mici ca putere precum încarcarea fără fir a bateriilor laptopurilor și telefoanelor mobile. Lucrările care au urmat sugerează implementarea practică a conceptului Witricity în domeniul vehiculelor electrice și în zona medicală, ca o modaliltate de a reîncarca senzorii și dispozitivele implantate.

Obiectivul acestei lucrări

Obiectivul acestui proiect este de a demonstra o metodă de a transmite energie electrică fără fir, prin spațiu și să implementeze un dispozitiv de mică putere ce folosește metoda respectivă.

Sistemul va funcționa prin utilizarea de circuite LC la rezonanță, pentru a transmite puterea de la o linie de curent alternativ, la o sarcină rezistivă. Principiul pe care se bazează noua metodă este că obiectele rezonante schimbă energia eficient, în timp ce obiectele non-rezonante interacționează slab. Sistemul este compus din două rezonatoare, sursa și sarcina, primul cuplat inductiv cu bobina conductoare a unui oscilator, care produce energia ce urmează a fi transmisă, și cel de-al doilea cuplat inductiv cu bobina de ieșire de la sarcină. Succesul unui astfel de proiect poate demonstra posibilitatea de a elimina utilizarea cablurilor în procesul de încărcare, făcând astfel mai simplu și mai ușor de a utilizat o parte din dispozitivele portabile cu un consum redus de energie. Această tehnologie ar asigura, de asemenea și siguranța aparatului, deoarece ar elimina riscul de scurtcircuit.

Obiectivul include de asemenea, perspectiva de încărcare a mai multor dispozitive de putere scăzută folosind simultan o singură sursă, care ar folosi o priză unică.

Spectrul Electromagnetic

Această diagramă arată spectrul electromagnetic în secțiunea non-ionizante.

Produsele WPC Qi folosesc undele electromagnetice în zona non-ionizante marcată a spectrului electromagnetic.

Limitările impuse Câmpurilor Electromagnetice

Acronimul EMF (câmpuri electromagnetice), este utilizat pe scară largă pentru a exprima expunerea omului la câmpuri electromagnetice. Expunerea la CEM acoperă o gamă largă de frecvențe (0 Hz – 300 GHz). EMF este uneori cunoscut sub numele de radiație electromagnetică (EMR) sau energie electromagnetică (EME). Câmpurile electromagnetice sunt prezente peste tot în mediul nostru – pământ, soarele și ionosfera sunt toate surse naturale de EMF.
Câmpurile electrice și câmpuri magnetice sunt parte a spectrului de energie electromagnetică care se extinde de la câmpuri electrice și magnetice statice, rețele de putere cu frecvențe mici (50 / 60Hz) până la radiofrecvența, lumina în infraroșu sau lumina vizibilă.

2 Considerații Teoretice – Inductanța și Cuplajul Inductiv

2.1 Inductorul Ideal

O inductanță ideală este un dipol care poate înmagazina energia prin intermediul unui câmp magnetic. Ea este realizată dintr-un anumit număr de spire de material bun conductor electric, care, cel mai adesea, înconjoară un circuit din material feromagnetic (bun conductor al câmpului magnetic), a cărui funcție este de a concentra liniile de câmp magnetic induse de curentul ce parcurge bobina. Parametrul de bază al unei bobine este inductanța L sau inductivitatea acesteia. Inductivitatea proprie a unui circuit electric se definește prin raportul dintre fluxul magnetic Φ care străbate suprafața limitată de conturul circuitului electric și curentul i care produce acest flux.

Noțiunea de inductanță se poate interpreta ca:

proprietatea unui circuit electric de a se opune variației curentului electric care îl străbate:

Φ(t ) = L ⋅ i(t )

proprietate a bobinei de a acumula energie Wm în câmp magnetic:

Wm = L I2 / 2

Valoarea inductanței L depinde de forma geometrică a înfășurării (forma de dispunere a spirelor), de dimensiunile înfãșurării și de caracteristicile miezului magnetic.

Proprietățile magnetice se pot caracteriza prin reluctanța magnetică Rm definită prin relația:

Rm = lm / Sm

unde =o r permeabilitatea absolută

lm = lungimea liniilor de câmp

Sm =suprafața prin care se închid liniile de câmp

Inductivitatea proprie L depinde de numărul de spire N și de reluctanța magnetică a circuitului magnetic Rm conform relației: L = N2 / Rm

Unitatea de măsură a inductivității proprii L a unei inductivități este Henry

1 H = 1 V * 1 s / 1 A

În cazul în care elementul este în repaus, tensiunea la bornele unei inductanțe este direct proporțională cu derivata în raport cu timpul a curentului ce o parcurge, multiplicată cu L:

O primă observație ce se poate face, cu referire la expresia de mai sus, este că, în cazul în care curentul este constant în timp, tensiunea la bornele unei inductanțe este nulă.

Aceasta corespunde situației atingerii regimului permanent într-un circuit alimentat în curent continuu (DC). În această situație, o inductanță este echivalentă cu un conductor perfect (scurt-circuit), deoarece `

Constructiv, bobina este compusă dintr-un conductor înfășurat. Poate fi înfășurat pe suport sau fără suport (fără carcasă, bobinare “în aer”). Poate avea miez magnetic sau să nu aibă miez (îndeosebi la frecvențe înalte).

2.2 Bobinele reale și designul acestora

2.2.1 Introducere

Un inductor este de obicei construit ca o bobină dintr-un material, de obicei un fir de cupru înfășurat în jurul unui suport cu miez fie de aer, material feromagnetic sau ferimagnetic. Miezul bobinei, de tip feromagnetic sau ferimagnetic, are un efect semnificativ asupra inductanței.

Un inductor ideal are o inductanță, dar nu prezinta rezistență sau capacitate și nu poate disipa sau radia energie. Cu toate acestea, inductorii reali au o rezistență serie (datorită rezistenței firului și a pierderilor în materialele ce formeaza miezul) și o capacitate parazită (datorită câmpului electric dintre spire, care se află la potențiale diferite).

2.2.2 Circuitul echivalent al unei bobine. Pierderile în bobina reală

În practică bobinele se comportă ca antene, radiind o parte din energie primită în spațiul înconjurător și în alte circuite, și de asemenea acceptă emisii electromagnetice de la alte circuite, creeând interferențe electromagnetice. Bobina ideală nu disipă energie. Bobina reală presupune și comportarea disipativă, prin următoarele fenomene:

disipație în conductorul bobinei. Pierderilor prin conducție sunt determinate de rezistivitatea conductorului și efectul pelicular (care depinde de frecvență).

disipație prin remagnetizare, la miezuri feromagnetice și ferimagnetice (proporțională cu aria ciclului de histerezis și cu frecvența). Pierderilor prin remagnetizare sunt influențate de un miez fero- sau ferimagnetic, cu ciclu de histerezis lat.

disipație prin curenți turbionari, induși în materialele conductoare din apropiere (cel mai adesea, în miezul metalic). Pierderile prin curenți turbionari sunt produse de orice miez metalic, conductor, plus metalul înconjurător din vecinatatea bobinei și acest lucru depinde de frecvență și de rezistivitatea materialului.

La frecvențe înalte capacitatea începe să afecteze comportamentul ideal al bobinelor și la o anumită frecvență bobinele reale se comporta similar unor circuite rezonante, sistemul devenind autorezonant.

La frecvențe mult mai mari reactanța capacitivă devine partea dominantă a impedanței. Energia este disipată de rezistența firului și de pierderile în miezul magnetic datorită histerezisului.

Pentru curenți mari, inductoarele cu miez de fier nu mai au un comportament ideal din cauza neliniaritații determinată de saturația magnetică.

La frecvențe înalte, pierderile rezistive în inductoare cresc datorită efectului de suprafață în conductorul de bobinaj.

2.2.3 Efectul pelicular

Efectul pelicular constă în concentrarea fluxului de energie la suprafața conductorului, cu atat mai puțin adânc cu cat frecvența este mai mare. Aceasta se datorează faptului ca odată cu marirea frecvenței curentul nu se mai distribuie pe toată secțiunea conductorului din cauza distribuției neuniforme a liniilor de forța magnetică.

Practic lucrurile se petrec similar cu situația în care s-ar fi micșorat secțiunea conductorului sau mai exact s-ar fi redus partea să centrală. Acest fenomen se numește în radiotehnica „skin effect” sau efect pelicular. Efectul pelicular constă în distribuția neuniformă a densitații de curent în conductorii parcurși de un curent alternativ. Densitatea este maximă la suprafața conductorului și scade spre interiorul acestuia.

. Se definește pătrunderea , ca distanța de la suprafata conductorului unde densitatea de curent este J0 pâna în zona în care densitatea scade la valoarea J0/e.

(unde e este constanta matematică, e este un număr transcendent și deci irațional, iar valoarea să nu poate fi dată cu un număr finit de zecimale, în practică totuși noi aproximăm e = 2,718)

În teoria câmpului electromagnetic se arată că grosimea stratului pelicular depinde

de frecvența f a undei și de proprietățile electrice  și magneticeale mediului.

Ca explicație intuitivă: pătrunderea câmpului electromagnetic în adâncimea conductorului necesită timp tranzitoriu. La frecvențe mari, perioada oscilațiilor este foarte mică, insuficientă pentru a permite propagarea în adâncime, înainte de a apărea alternanța următoare (inversarea sensului câmpului). Ca urmare, pe măsură ce frecvența crește, aria secțiunii prin care conductorul transportă energie este din ce în ce mai mică.

2.2.4 Aspecte tehnologice la fabricarea bobinelor

Pentru mimimizarea pierderilor, dpdv tehnologic, bobinele care lucrează la frecvențe de zeci de MHz se confecționează din conductor cu multe fire subțiri (“liță de radiofrecvență”), pentru ca suprafața conductoarelor să fie mare, în volum mic (pierderi mici).

Bobinele care funcționează la frecvențe de sute de MHz, se confecționează din conductor argintat, deoarece argintul este un conductor foarte bun, iar adâncimea de pătrundere la frecvențe mari este comparabilă cu grosimea stratului de argint. Similar, terminalele condensatoarelor de decuplare la frecvențe mari se argintează. La frecvențe de ordinul GHz, se folosesc ghiduri de undă, ale căror suprafețe interioare se argintează.

Miezul din oțel se fragmentează în tole (valabil la frecvențe mici, pentru că miezul din oțel nu se folosește la frecvențe mai mari de cîțiva kHz).

Tipurile de bobine, în funcție de destinație:

Bobine fără miez, pentru circuite de acord sau oscilatoare la frecvențe foarte mari, curent mic. Se bobinează pe carcase de plastic sau fără carcasă (“realizate în aer”).

Bobine realizate pe cablajul imprimat (cu inductanțe mici).

Bobine în tehnologia SMD, curenți foarte mici, funcționare la frecvențe mari, atât în tehnica radio cât și în convertoare.

Bobine cu miez de ferită (inclusiv transformatoare), cu miez ajustabil sau fix, pentru circuite de acord, filtre de radiofrecvență, oscilatoare. Se dorește obținerea unui factor de calitate cât mai bun.

Bobine cu miez de ferită, pentru separarea componentei continue de cea de radiofrecvență (denumite în jargon “șoc de radiofrecvență”).

Bobine cu miez de ferită pentru acumulare de energie sau transformator, utilizate în convertoare de putere mică sau mijlocie. Pentru acestea se dorește obținerea unui raport inductanță/gabarit cât mai bun. Dimensiunile miezului scad odată cu creșterea frecvenței, ceea ce favorizează lucrul la frecvențe mai mari decât cea a rețelei (zeci de kHz). Filtrarea armonicelor superioare este mai simplă în acest caz, deoarece la frecvențe mari componente reactive au un gabarit mai mic.

Bobine și transformatoare cu miez din tole de oțel, pentru circuite de putere. Miezul se execută din tole, pentru a micșora disipația prin curenți turbionari. Tolele sunt subțiri, cu dimensiunile principale în sensul liniilor de câmp.

Bobine pentru relee (curent continuu, curent alternativ).

Aspecte tehnologice la realizarea bobinelor:

Pot să fie realizate pe o carcasă izolatoare sau lipsa carcasei

Pot să fie realizate cu un conductor rigid sau multifilar (conductor argintat la frecvențe mari)

Pot să fie realizate cu miez din tole sau miez din ferite

Pot să fie realizate cu inductanța fixă sau cu posibilitatea de ajustarea inductanței prin rotirea miezului (bobine utilizate pentru acord în tehnica radio)

2.2.5 Bobinele fără miez magnetic (realizate în aer)

Bobina cu miez de aer este un inductor care nu depinde de un anumit material feromagnetic pentru a realiza o inductanță specificată. Termenul se referă la bobine înfășurate pe plastic, ceramică sau alte forme nemagnetice, precum și la cele care au de fapt aer în loc de miez. Bobinele realizate pe bază de aer au inductanță mai mică decât bobinele care utilizează miezuri feromagnetice. Bobina cu miez de aer poate fi de două tipuri;

(a) Bobine cu un singur strat

(b) Bobine cu mai multe straturi

2.2.6 Bobina cu un singur strat

Bobina cu un singur strat, așa cum se arată în figura de mai sus, are două avantaje.

În primul rând, la fel ca toate bobinele realizate cu miez de aer nu prezintă pierderi în miez și nu au non-liniaritatea menționată la materialele feromagnetice. În al doilea rând, bobinele cu un singur strat au un avantaj suplimentar deoarece prezintă o auto-capacitate scăzută și astfel au o frecvență de auto-rezonanță foarte mare. În cazul simplu al bobinarii pe un singur strat inductanța poate fi estimată după cum urmează:

L = 0,001 N2 (d / 2) 2 / (114d + 254 l )

L este inductanța în Henry

d este diametrul bobinei în metri

l este lungimea bobinei în metri

N este numărul de spire.

Această formulă se aplică la frecvențe joase. La frecvențe suficient de mari, unde se manifestă efectul pelicular, pentru a produce un rezultat corect este necesară o corecție de până la aproximativ 2% .

2.2.7 Factorul de Calitate

Pentru cazul comportării liniare, parametrul care descrie raportul dintre componenta reactivă și cea disipativă este factorul de calitate al bobinei, notat prin Q.

Factorul Q a unui inductor este raportul dintre reactanța inductivă a bobinei XL , la rezistența serie a bobinei Rs. Cu cat se obține un raport mai mare, cu atât este mai bun inductorul:
Q = XL / Rs

XL = 2πfL

În cazul în care f este frecvența în Hertz (Hz) și L este inductanța în Henries (H). Rezistența de pierderi cumulează pierderile prin conducție și curenți turbionari. Ea se figurează în serie cu inductanța. Definiția generală a factorului de calitate se bazează pe raportul dintre puterea aparentă a pierderilor de putere într-un dispozitiv. Din această definiție, factorul de calitate pentru o bobina este:

Unde ω =2πf
În teorie factorul de calitate Q poate avea o valoare cuprinsă între 0 și infinit, cu toate că în practică pentru bobine este dificil să se obțină valori mai mari de 1000. Pentru producția de masă se pot obține valori maxime de aproximativ 100. Un factor de calitate sub 10 nu este foarte util în practică.
Pentru o frecvență fixă de funcționare, factorul de calitate Q este dependent în principal de forma și mărimea bobinei, precum și de materialele utilizate.

Factorul de calitate Q este util în determinarea comportării unui sistem din punct de vedere calitativ.

Când un sistem este stimulat de un semnal sinusoidal, comportamentul rezonant depinde puternic de factorul de calitate. Un sistem cu un factor de calitate mare oscileazã cu o amplitudine mai mare (la frecvența de rezonanță) decat unul cu un factor mic, și răspunsul va scade mult mai rapid pe masură ce frecvența se îndepartează de frecvența de rezonanță.
Q se schimbă dramatic în funcție de frecvență. La frecvențe mai mici, Q este foarte bun, deoarece numai rezistența în curent continuu a înfășurărilor (care este foarte scăzută) are un efect important. Când frecvență creste, Q va crește aproximativ până la punctul în care combinația dintre efectul pelicular și capacitatea distribuită încep să domine. Din acel punct, Q scade rapid și devine 0 la frecvența de auto-rezonanță a bobinei.

2.2.8 Pierderile într-o bobină fără miez (cu aer )

Pierderile sunt cauzate de aceste efecte:

I. Efectul pelicular:

II. Efectul de proximitate:

III. Capacitatea parazită:

2.2.9 Avantajele bobinelor cu miez de aer

In acest caz inductanța să nu este afectată de curentul care parcurge bobina. Acest lucru contrastează cu situația bobinelor ce utilizează miezuri feromagnetice, a căror inductanță tinde să ajungă la un vârf la valori medii ale intensității câmpului, urmate de o scădere la zero, când se apropie de saturație. Uneori neliniaritatea datorată curbei de magnetizare poate fi tolerată, de exemplu pentru convertoarele în comutație. Totuși, pentru circuitele audio, când se utilizează filtre cu bobine, pentru sisteme de boxe Hi-Fi, trebuie să se evite aceste distorsiuni și atunci este necesar de a se utiliza bobine cu miez de aer.

Cele mai multe emițătoare radio se bazează pe bobine de aer pentru a preveni producerea de armonici. Cum în general cele mai multe miezuri feromagnetice tind să fie mai degrabă ineficiente peste 100 MHz, pentru a obține un factor Q mai mare, deci o mai mare eficiență, o putere mai mare și mai puține distorsiuni, vom utiliza bobine cu miez de aer. Bobinele cu miez de aer pot fi concepute pentru a funcționa la frecvențe mai mari de 1 GHz. .

2.2.10 Bobine Multi-Strat

La acest tip de bobine raportul dintre adâncimea de înfășurare la lungime, care este (ba)/l, trebuie să fie aproape de unitate astfel incat să aibă o secțiune transversală pătrată.

În cazul simplu al unei bobine multistrat inductanța poate fi estimată după cum urmează:

2.3 Cuplajul Inductiv

Inductivitatea mutuală. Două spire sau în general două circuite sunt cuplate magnetic dacă o parte din fluxul magnetic produs de unul din circuite străbate conturul celuilalt circuit. Să presupunem că în figura urmatoare avem două spire 1 și 2, spira 1 fiind parcursă de curentul de intensitate i1, iar i2 = 0. Dacă notăm cu 11 fluxul magnetic propriu produs de curentul i prin spira 1, atunci inductivitatea proprie a spirei 1 este:

L11 = 11 / i1 > 0

O parte din fluxul magnetic propriu 11 notat cu 21 și denumit „flux mutual” va străbate și conturul spirei 2, iar restul fluxului magnetic notat cu d1, care nu străbate spira 2 fiind denumit „flux de dispersie” al spirei 2 în raport cu spira 1. Evident că în cazul a două spire filiforme avem indeplinită relația:

11 = 21 + d1

Se numeste inductivitate mutuală L21 a spirei 2 față de spira 1, raportul dintre fluxul mutual 21 și curentul i1 care produce acest flux:

L21 = 21 / i1 , i2= 0

Reciproc, dacă se consideră spira a doua parcursă de curentul i2 și curentul din prima spiră este nul i1 = 0, se poate defini inductivitatea mutuală L12 a spirei 1 în raport cu spira 2:

L12 = 12 / i2 , i1= 0

In cazul unor medii magnetice liniare, izotrope și omogene cele două inductivități mutuale satisfac condiția de reciprocitate:

L12 = L21

Valoarea comună a celor două inductivități mutuale se notează cu M = L21=L12.

De remarcat faptul că fluxul 21 poate fi pozitiv sau negativ, în funcție de sensurile de referință alese pentru elementul de arie din spira 2. Cum elementul de arie din spira 2 se asociază după regula burghiului drept cu sensul curentului i2 prin această spiră, flux magnetic 21 pozitiv inseamnă că sensul fluxului 21 este același cu al fluxului magnetic propriu al spirei produs de curentul i2. Exprimarea flux magnetic 21 negativ inseamnă un sens contrar al fluxului mutual față de sensul fluxului magnetic propriu. Corespunzator, inductivitățile mutuale L21 și L12 pot rezulta valori pozitive sau negative.

În figura de mai sus cele două bobine sunt cuplate magnetic avand N1 respectiv N2 spire. Presupunem la început că numai bobina 1 este parcursă de curentul i1 (i2=0). În general fluxurile magnetice fasciculare sunt și în acest caz diferite pentru spirele bobinelor, vexi figura a, dar vom considera un cuplaj magnetic echivalent ca cel din figura b. Corespunzător se definesc următoarele fluxuri magnetice fasciculare medii:

11 – fluxul magnetic propriu care străbate spirele bobinei 1;

21 – fluxul magnetic mutual sau util care, este produs de bobina 1, dar străbate și spirele bobinei 2;

d1 – fluxul magnetic de dispersie al bobinei 1 față de 2, care se închide prin aer în jurul bobinei 1 și nu străbate bobina 2.

Acestor fluxuri magnetice le corespund următoarele inductivități:

– inductivitatea proprie L11 a bobinei 1:

– inductivitatea mutuală L21 a bobinei 2 față de bobina 1:

– inductivitatea de dispersie Ld1 a bobinei 1 față de bobina 2:

2.4 Factorul de Cuplaj

Inductivitățile sunt parametri fizici globali ai circuitelor electrice care permit exprimarea fluxurilor magnetice în funcție de curenții care produc aceste fluxuri. În schemele electrice inductivitatea proprie se reprezintă ca în figura de mai sus. Inductivitatea mutuală M dintre două bobine cuplate magnetic se reprezintă ca în figura de mai sus. Precizarea semnului inductivității mutuale M în schemele electrice se face, uzual, conform urmatoarei convenții: una dintre bornele fiecarei bobine (numita uneori “început” al înfășurării) se marchează cu un asterisc sau altfel. Daca curenții i1 și i2 au acelasi sens față de bornele marcate (ambii curenți “intră” în bornele marcate sau ambii curenți “ies” din bornele marcate) inductivitatea mutuală se consideră pozitivă iar cuplajul magnetic se numeste aditional. În caz contrar (în una din bobine curentul “intra” în borna marcată iar în cealaltă curentul “iese” din borna marcată) cuplajul magnetic al celor două bobine este în opoziție, iar inductivitatea mutuală este negativă.

În legatură cu inductivitatea magnetică este util să se rețină următoarele aspecte:

– inductivitatea se poate considera pentru circuitele electrice “concentrate” în porțiunile unde câmpul magnetic este mai intens, adica în bobine. Pentru unele situații se poate defini inductivitatea și la circuite cu parametrii repartizați (linii electrice lungi);

– inductivitatea proprie depinde de parametrii geometrici ai circuitului și de proprietățile magnetice ale materialului bobinei (miez magnetic). Inductivitatea mutuală depinde și de poziția relativă a circuitelor cuplate magnetic.

– expresiile inductivităților definite în regim staționar, când intensitatea câmpului magnetic este constantă sunt valabile și în regim variabil la frecvențe joase. La frecvențe înalte expresiile inductivităților trebuie reconsiderate.

În funcție de distanța dintre bobina de transmisie și cea de recepție, doar o parte din fluxul magnetic generat de bobină transmițător pătrunde în bobina receptoare și contribuie la transmiterea puterii. Cu cât mai mult flux ajunge la receptor, cu atât bobinele sunt mai bine cuplate. Gradul de cuplare se exprimă prin factorul de cuplaj k. Factorul de cuplare este o valoare între 0 și 1. O valoare de 1 exprimă o cuplare perfectă, adică tot fluxul generat pătrunde în bobina receptoare. O valoare de 0 exprimă un sistem în care bobina de la emițător și bobina de la recepție sunt independente unele de altele. Factorul de cuplare este determinat de distanța dintre inductori și mărimea lor relativă. Acesta se determină în continuare prin forma bobinelor și unghiul dintre ele. Dacă bobinele sunt aliniate axial, o deplasare determină o scădere a factorului k.

2.5 Frecvență de rezonanță

Rezonanța este un fenomen care determină un sistem să vibreze la o anumită frecvență când din exterior se aplică o anumită energie. În fizică, rezonanță este tendința unui sistem (de obicei un sistem liniar) să oscileze cu amplitudine mai mare la anumite frecvențe decât la altele.

La această frecvență, chiar aplicarea unor forțe periodice mici pot să producă oscilații de mare amplitudine. Pentru un circuit, care implică condensatoare și bobine, la rezonanță se schimbă, în mod oscilant, energie între elementele inductive și capacitive, astfel încat energia totală înmagazinată în câmpurile electric și magnetic din aceste elemente este constantă.

2.6 Cuplajul Rezonant

Cuplaj inductiv rezonant sau inducția electrodinamică la rezonanță este transmisia de energie electrică fără fir între două bobine situate în apropiere, care sunt reglate pentru a rezona la aceeași frecvență. Echipamentul care face acest lucru este uneori numit un transformator rezonant.. În timp ce multe transformatoare angaja rezonanță, acest tip are un Q mare și este de multe ori umplut cu aer pentru a evita pierderile de fier.

Cele două bobine pot există ca o singură bucată de echipament sau pot cuprinde două piese separate de echipament. Folosind rezonanță se poate îmbunătăți dramatic eficiența. Dacă se utilizează cuplarea rezonantă, fiecare bobină este capacitiv încărcată astfel încât să formeze un circuit acordat LC. Pentru a menține eficiența la un nivel rezonabil și a transmite o putere semnificativă, bobinele trebuiesc situate la o distanță de câteva ori diametrul bobinei de emisie.

OSCILATOARE

2.7.1 Parametrii oscilatoarelor:

Oscilatoarele utilizate pentru generatoarele de semnal trebuie să îndeplinească anumite condiții legate de parametrii principali

– forma semnalului general;

– domeniul de frecvență în care lucrează;

– stabilitatea frecvenței semnalului la ieșire;

– coeficientul de distorsiuni neliniare impus.

2.7.2 Clasificarea oscilatoarelor:

Oscilatoarele se pot clasifica după următoarele criterii:

După forma semnalului pe care îl generează:

– oscilatoare sinusoidale;

– oscilatoare nesinusoidale;

După domeniul de frecvență în care lucrează:

– oscilatoare de joasă frecvența (de audiofrecvența);

– oscilatoare de înaltă frecvență (de radiofrecvență);

– oscilatoare de foarte înaltă frecvență;

După principiul de funcționare:

– oscilatoare cu rezistență negativă;

– oscilatoare cu reacție;

După natura circuitelor care intervin în structura lor:

– oscilatoare RC

– oscilatoare LC;

– oscilatoare cu cuarț.

2.7.3 OSCILATOARE SINUSOIDALE

Acest tip de oscilatoare se caracterizează prin faptul că semnalul generat conține o singură frecvență, având forma: u = Um sin (ωt).

Valoarea frecvenței dorite se poate obține:

fie cu ajutorul unui circuit LC acordat (oscilatoare LC)

fie prin intermediul unei reacții pozitive selective (oscilatoare RC).

2.7.4 Oscilatoare cu circuite LC

Oscilatoarele LC sunt circuite ce folosesc proprietățile selective ale circuitelor LC.

Principiul de funcționare a acestui tip de oscilatoare duce la obținerea la ieșire a unor oscilații de amplitudine constantă, întreținute forțat.

Ținând seamă de faptul că într-un circuit LC cu elemente reale (r > 0), datorită pierderilor, amplitudinea oscilațiilor scade treptat până la zero (oscilațiile se amortizează), realizarea unei amplitudini constante, în aceste condiții, se poate face numai compensând pierderile cu ajutorul unei energii corespunzătoare, convenabil alese.

În vederea acestei compensări energetice, se pot folosi două metode:

introducerea în circuit a unui element cu rezistență negativă;

aplicarea la intrarea amplificatorului, prin intermediul unui cuadripol, a unui semnal în fază, deci folosirea unei reacții pozitive.

3 Realizarea practică

3.1 Introducere

Ideea de încărcare fără fir a venit de la ideea de transfer de energie fără fir, cum ar fi de exemplu un încărcător wireless pentru dispozitive de putere mică, cum ar fi un telefon mobil, GPS, camera foto, etc . Procesul global necesită un emițător și un receptor.
Emițătorul va converti o putere de curent continuu obținută de la o sursă de alimentare, în înaltă frecvență.

Acest curent alternativ va crea un câmp magnetic alternativ care va transmite energie. Receptorul, va primi acea energie prin intermediul unui curent alternativ de tensiune indusă. Diodele din redresor vor converti tensiunea alternativă în curent continuu și această tensiune va fi furnizată către dispozitiv printr-un stabilizator de tensiune pentru a încărca acumulatorul.

3.2 Modulul Emițător

Modulul emițător al proiectului este alimentat dintr-o sursă de curent continuu. Emițătorul este compus dintr-un circuit oscilator (de obicei cunoscut ca un invertor) și o bobină transmițător.

Sursa de alimentare furnizează o tensiune continuă la intrarea circuitului oscilator.

Acolo, această energie de curent continuu este transformată într-o putere de curent alternativ de înaltă frecvență și este furnizată bobinei transmițător.
Bobina transmițător, la aplicarea unui curent alternativ de înaltă frecvență, va produce un câmp magnetic variabil. .
Următoarea diagramă bloc furnizează o idee generală a modulului transmițător:

3.2.1 Schema utilizată pentru Varianta 1

Circuitul oscilator prototip utilizat pentru proiect este o variantă a oscilatorului de tip Royer.
Acest circuit oscilator este unul foarte simplu, dar are un design foarte puternic. Cu această schema se pot obține valori ridicate pentru tensiunea aplicată bobinei, iar totul depinde de tipul de semiconductoare folosite. În acest caz este necesar un curent mare pentru a se crește puterea câmpului magnetic. Pentru a obține un randament ridicat este recomandat să folosim tranzistoare MOSFET de putere. În anumite situații pentru acest tip de oscilator se pot utiliza și IGBT-uri, dar acestea au limitări la înaltă frecvență.

3.2.2 Funcționarea circuitului oscilator

Circuitul este o variantă de oscilator ROYER, modificata de catre Vladimiro Mazzilli, și nu mai conține infășurările adiționale pentru feedback ul necesar tranzistoarelor.
Circuitul este compus din două bobine etichetate NL1 și NL2, două tranzistoare T1 și T2 (N-canal MOSFET) un condensator de rezonanță etichetat C= (C1+C2)||(C3+C4) și un inductor (aici este chiar bobina transmițător) marcată cu L1. Notă Condensatorul din circuitul de rezonanță a fost realizat practic din patru condensatoare, două în serie și două în paralel, pentru a limita încălzirea excesivă a condensatorului, datorită curenților foarte mari din circuit.

Polarizarea tranzistoarelor este asigurată prin R1, R3 și R2, R4 și diodele D1 și D2 sunt necesare în procesul de blocare pentru MOSFET-urile T1 și T2. Când este aplicată tensiunea de alimentare, un curent continuu va curge prin cele două bobine NL1 și NL2, în ambele părți ale bobinei de emisie, și prin cele două tranzistoare. În același timp, apare tensiune pe ambele porți și tranzistorii încep să se deschidă.

Un tranzistor este invariabil un pic mai rapid decât celălalt și se va deschide mai repede. Curentul suplimentar care va curge în acea parte a bobinei face două lucruri. Unul, va lua din curentul de la celălalt tranzistor. Doi, autotransformatorul echivalent va produce o tensiune pozitivă pe tranzistorul care conduce, aducându-l mai rapid în starea de deschidere. În acest fel doar un singur tranzistor va ajunge la saturație, cel de-al doilea se va bloca..Curentul va continua să crească până când bobina se saturează. Condensatorul de rezonanță C face ca tensiunea pe primar să crească și să scadă într-un mod standard de undă sinusoidală. .
Presupunând că T1 a pornit primul, tensiunea la drain-ul lui T1 va fi fixată la aproape zero în timp ce tensiunea din drain-ul lui T2 se ridică la o valoare maximă și scade pe măsură ce tensiunea acumulată în rezervorul format de condensatorul C se transferă în bobina oscilator primar L. Acest proces durează o jumătate de ciclu de oscilație.
Oscilatorul funcționează la frecvență determinată de inductanța bobinei L, de valoarea condensatorului C și, la o mai mică măsură, de sarcina aplicată în secundar (bobina sursă).
Frecvența de operare este formula familiară pentru rezonanță:

f = 1/{2 π (LC) }

Acest tip de comutare-soft este numită Zero Voltage Switching (ZVS) și se referă la pornirea și oprirea tranzistorului în timp ce există foarte puțină tensiune pe acesta, ceea ce înseamnă o putere disipată foarte mică. Acest lucru este aproape întotdeauna realizat printr-un fel de rezonanță inerentă pentru această topologie. În cazul în care tensiunea nu este prezentă pe tranzistor, indiferent de fluxul de curent, nu poate exista nici o puterea disipată la timpul de comutare.

3.2.3 Bobina Emițătorului

Pentru acest proiect bobina emițătorului este compusă dintr-o singură spiră cu diametrul de 20 cm, dintr-un tub de cupru cu un diametru de 12 mm. Din ecuația inductanței de un singur strat, pentru o bobină cu miez de aer se obține:

Pentru bobina cu un singur strat realizată în aer

L (uH) = r^2 * n^2 / (9 * r + 10 * l)

Unde am notat

r = raza bobinei (în inches)
l = lungimea bobinei (în inches)
n = numărul de spire

Practic se obține pentru r = 10cm, 10/2.54 = 4 inch, l = 1.2 cm, deci 1.2/2.54 =0.47 inch

L = 16*1 /(9*4 + 10*0.47) = 0. 393 uH

3.2.4. Emițător realizarea practica – Varianta 1

Această primă variantă de oscilator lucrează la o frecvență mare, de aproximativ 2.7MHz, deoarece inductanța de lucru este foarte mică, ceea ce face ca să solicite destul de mult tranzistoarele de putere și să scadă randamentul sistemului. Din aceeași cauză, dacă la pornire tensiunea de alimentare nu este aplicată brusc, există riscul ca circuitul să nu intre în regim de oscilație și atunci ambele tranzistoare sunt deschise simultan, ceea ce poate duce la distrugerea acestora. Pentru a evita acest lucru se poate utiliza suplimentar un releu de 12V care să comute brusc tensiunea aplicată în grilele celor două tranzistoare și să declanșeze în acest fel intrarea în regim de oscilație a montajului.

Circuitul a fost realizat direct pe o placă de lemn, cu legături între componente prin fire de cupru, în scopul testării diverselor elemente, în ideea de a optimiza randamentul sistemului.

In acest scop au fost testate mai multe tipuri de tranzistoare și diode, au fost modificate rezistențele de polarizare și valoarea inductanțelor. Inițial pentru tranzistoare am utilizat montarea acestora pe câte un mic radiator, dar la final, pentru valori optimizate ale rezistențelor de polarizare am reușit să nu mai fie necesară utilizarea radiatoarelor.

Am atașat câteva imagini termice ale montajelor, realizate la diferite momente de timp, înainte de punerea sub tensiune și ulterior după perioade mai mari de funcționare, în scopul de a verifica comportamentul termic al diferitelor componente utilizate.

Camera termică utilizată în acest scop a fost din seria E4 produsă de FLIR, care are posibilitatea de a produce imagini termice cu rezoluția de 320 x 240 pixeli (prin modificarea setărilor de inițializare). Pentru ușurința observațiilor, imaginile atașate sunt cu rezoluția mărită ulterior cu ajutorul unor programe de editare imagini.

Montajul poate funcționa de la minim 8 V pâna la valori mai mari de alimentare, am testat în aceaastă configurație valori de 48V 60V. Ttrnzistoarele MOSFET utilizate trebuie să aibă o tensiune de lucru de minim 4 ori valoarea tensiunii de alimentare și o rezistență internă drenă sursă mai mică de 150mΩ. Puterea electrică transmisă unui receptor, pentru o alimentare la 12V este de minim 6W 8W. Distanța optimă nu trebuie să depășească o valoare egală cu diametrul bobinei de emisie.

Lista de materiale Emițător varianta 1

T1, T2 = IPB60R125P – tranzistor MOSFET ch N

D1, D2 = SR810 – diodă schottky 100V/8A

R1, R2 = 470 ohmi

R3, R4 = 10 kohmi

C1, C2, C3, C4, C5 = 22 nF / 1000V

NL1, NL2 = Bobină 150 uH

L1, L2 = Bobină 0.5uH

RL1 = releu 24V/1A

V1 = Sursă alimentare 24V

În contiunuare am atașat câteva imagini termice realizate cu o camera termică Flir E4

3.2.5 Realizarea unui modul receptor pentru alimentarea unui telefon mobil

Receptorul este format dintr-o bobină, un circuit redresor și un circuit stabilizator de tensiune. Atunci când o tensiune de curent alternativ este indusă în bobina receptorului, circuitul redresor o transformă în curent continuu iar circuitul stabilizator ne ajută la menținerea unei tensiuni constante indiferent de sarcina.

Diagrama bloc a modulului receptor:

3.2.6 Principiul de funcționare al circuitului receptor

Scopul principal al receptorului este de a încărca o baterie. În teorie o metoda simpla de încărcare a bateriei este de a rula curent prin baterie, prin aplicarea unei diferențe de tensiune între bornele bateriei pentru a inversa procesul chimic. În acest fel, se reîncarcă bateria. Există și alte modalități eficiente și mai rapide la încărca bateria, dar este nevoie de o cantitate mare de energie pe care încărcătorul wireless nu se poate obține. Pentru alimentarea unor echipamente mobile am utilizat circuitul de mai jos

Acesta este compus din circuitul acordat LC, o punte de diode urmată de condensatorul de filtrare și modulul de stabilizare, de tip DC_DC STEP DOWN converter, ce utilizează un circuit integrat specializat tip LM2678-5. Necesitatea utilizării unui convertor DC_DC este impusă de faptul că tensiunea indusă în bobina receptorului variază într-o plajă mare de valori, în funcție de distanța față de bobina emițătorului, iar consumatorul acceptă la intrare o tensiune fixă de 5V.

Primele încercări au fost facute cu o bobina externă, având o dimensiune redusă, cât mai aproape de limitarile impuse de carcasa consumatorului. În acest mod am reușit prin experimente să determinăm valoarea necesară a condensatorului pentru a aduce sistemul la rezonanță cu circuitul emițătorului. Ulterior, pentru a realiza o bobină inclusă în telefon, am utilizat o folie de cupru autoadezivă lipită în interiorul telefonului. Deoarece frecvența semnalului este foarte mare, nu se poate folosi o puntea redresoare clasică, de aceea, pentru redresarea dublă+alternanță a tensiunii culese din bobină am folosit patru diode Schottky. Pentru acest experiment nu am folosit componente SMD, deoarece am avut la îndemană, pentru montarea componentelor, tot spațiul creat prin demontarea motorașului utilizat pentru apelarea prin vibrații. Avantajul acestui telefon este dat de faptul că are în întregime carcasa din materiale care nu influențează acordul circuitului LC pe frecvența de rezonanță.

La ieșirea redresorului, semnalul nu este încă pe deplin un semnal de curent continuu. Astfel, prin adăugarea unui condensator și a unui rezistor se poate netezi semnalul de ieșire pentru a deveni un semnal de curent continuu. Cu toate acestea, constanta de timp produsă de condensator și rezistor trebuie calculată cu grijă pentru a se potrivi cu constanta de timp dorită. Circuitul de recepție este format din circuitul de rezonanță paralel.

Circuitul este acordat la rezonanță cu aceeași frecvență ca cea a circuitului emițător.

Acordul circuitului poate fi calculat cu următoarea ecuație .
f = 1 / 2π√LC .

Valoarea tensiunii obținute de către receptor după redresare atinge vârfuri de aproape 35V (la o tensiune de alimentare de aproximativ 12-14V în circuitul de emisie. Această tensiune nu depășește totuși limitele maxime admise de circuitul integrat. Curentul necesar aparatului poate să ajungă până la aproximativ 0.8A, o valoare cu mult sub posibilitățile circuitului LM2768-5 (care poate furniza până la maxim 3A).

3.2.7 Realizarea practică Emițător varianta a 2-a

O variantă simplificată a circuitului de emisie este obținută prin alimentarea bobinei oscilatorului printr o priză mediană. Acest lucru se face mai ușor dacă bobina are mai multe spire și permite utilizarea unei singure bobine de șoc în serie cu circuitul de alimentare. Pentru cea de a doua variantă am redus frecvența de oscilație a circuitului, de aceea am utilizat o bobină cu mai multe spire (13 spire). În acest cau utilizând o capacitate de rezonanță de 47nF am reușit să ajungem la o frecvență de lucru sub 100KHz. Funcționarea la frecvențe mici permite intrarea în oscilație mai ușoară a tranzistoarelor MOSFET, de aceea pentru acest circuit nu a mai fost necesară utilizarea unui releu pentru generarea impulsului ferm de pornire. Principiul de functionare este similar, desi alimentarea se face la mijlocul bobinei de oscilație

.

Presupunem că T1 a fost primul tranzistor care a pornit.Tensiunea în drena acestuia va fi aproape de nivelul zero în timp ce tensiunea de la drena lui T2 se ridică către un maxim de vârf și cade înapoi în jos deoarece rezervorul format din circuitul LC trece printr-un ciclu de jumătate de oscilație. Pe măsură ce tensiunea la drena lui T2 trece prin zero, poarta lui T1 nu mai primește curent și atunci MOSFETul T1 se stinge. Tensiunea în drena lui T1 începe acum să fie în creștere și asta ajută pe T2 să se deschidă. În acest mod tranzistorul T2 ajută la blocarea în continuare a lui T1, ceva care face ca sigur T1 să rămână oprit. Același proces se repetă pentru T2 la completarea celeilate jumătați de ciclu, iar oscilatorul continuă funcționarea. Pentru a preveni ca oscilatorul să ajunga la curenți mari de vârf și tranzistoarele să explodeaze, se adaugă în serie cu alimentarea o bobina de șoc. Impedanța determinată de grupul LC este ceea ce limitează curentul actual (șocul atenueaza doar vârfurile de curent).

Se observă că acest oscilator este de tip comutare a tensiunii la trecerea prin zero (ZVS = Zero Swiching Voltage), ceea ce înseamnă că MOSFETurile își schimbă rolurile doar atunci când au o tensiune de zero volți peste ei. Acest lucru este unul foarte bun, deoarece permite ca MOSFETurile să poată comuta doar atunci când transportă cea mai puțină putere, și în acest fel se elimină cea mai mare parte din pierderile de comutație, care generează cantități uriașe de căldură. Acest lucru înseamnă numai este nevoie de radiatoare mari, chiar și atunci când în circuitul oscilant se transmite foarte multă putere.

Măsurarea inductanței obținută prin bobinarea unui număr de 13 spire pe un diametru de 23cm, cu fir de CuEm de 1.35mm. Rezultatul practic obținut este de L = 86.6 uH

Formula de calcul teoretic pentru bobina cu mai multe straturi este

L (uH)= r^2 * n^2 / (9 * r + 10 * l)

Unde am notat

r = raza bobinei (în inches)
l = lungimea bobinei (în inches)
n = numărul de spire

Pentru r = 11.5cm, 11.5/2.54 = 4.52 inch, l = 0.3 cm, 0.3/2.54 = 0.11 inch

L = 20.498*169 /(9*4.52 + 10*0.11) = 82.92 uH

Rezultatul teoretic estimat este de L= 82.92 uH la o diferentă de numai 4% dacă se compară cu valoarea obținută în practică de L = 86.6 uH

În imagine este prezentat un detaliu ce ilustrează operațiunea de măsurare a capacității condensatorului utilizat.

Valoarea notată pe condensator 47nF, valoarea masurată în practică este de 46.65nF.

În imaginea de mai sus sunt prezentate cele doua module, Emisie și Recepție

Detalii de amplasare ale componentelor utilizate pe cablajul imprimat.

Cele două tranzistoare de putere nu sunt prevăzute cu radiatoare.

4. Teste . Măsurători . Aplicații Practice

În imagine se prezintă tensiunile măsurate cu osciloscopul în drena trnzistorului MOSFET. Datorită simetriei circuitului, tensiunile măsurate sunt similare atât pentru T1 cât și pentru T2, cu singura diferență că acestea sunt în antifază. Pentru măsurare am folosit o sondă cu atenuare de 10x, de aceea tensiunile măsurate pe ecranul osciloscopului trebuie multiplicate de 10 ori. Atenuatorul de la intrare este reglat pentru 0.5V pe diviziune, pe ecranul tubuluii osciloscop se măsoară aproximativ 6.7 diviziuni, deci tensiunea este aproximativ 33.5V.

Baza de timp a osciloscopului este setată pentru a parcurge 2 us pe o diviziune, măsurăm cu aproximație un număr de 6.5 diviziuni, deci obținem o perioadă a semnalului de oscilație de aproximativ 13us. Deoarece f = 1-T, se poate aproxima că frecvența semnalului este de f = 1- 13*10 exp – 6 = 76.92 KHz

Menționăm că osciloscopul nu are o bază de timp foarte precisă și că erorile de măsurare sunt mari, de aceea pentru a determina cu precizie frecvența de oscilație am utilizat un frecvențmetru. Valoarea măsurată în acest caz este de 78.4 KHz.

În imaginea de mai sus se poate observa amplitudinea semnalului aplicat în grila unui tranzistor MOSFET simultan cu tensiunea măsurată în drena acestuia.

Tensiunea în grilă are o amplitudine de maxim 8.8V și rămâne cu o valoare de 2V peste nivelul de masă, indiferent de situație, deoarece blocarea tranzistorului se face de către perechea acestuia printr o diodă. Menționăm că pentru aceste tranzistoare pentru blocare este suficientă scăderea tensiunii în grilă sub o valoare de 2+3V față de tensiune aplicată în sursă. (În cazul de față terminalul sursă a tranzistorului este conectat direct la potențial zero, adică la masa montajului.)

Pentru a exemplifica funcționarea în contratimp a tranzistoarelor am atașat imagini în care am măsurat simultan, atât semnalele aplicate în grilele tranzistoarelor, cât și semnalele măsurate în drena acestora.

Și pentru această variantă am realizat câteva imagini termice cu o camera E4 produsă de FLIR, la o rezoluție nativă de 320 x 240 de pixeli, imagini care au fost ulterior mărite la o dimensiune mai convenabilă observațiilor pentru detalii.

Din imagini se poate observa cum la început primele componente care se încălzesc foarte tare sunt rezistențele de polarizare, ulterior, după o perioadă mai mare de timp se încălzesc și tranzistoarele de putere. Totusi, deoarece în această situație curenții prin bobina nu mai sunt așa de mari, bobina nu se mai încălzește. Randamentul acestui montaj este superior celui precedent, deoarece în situația fără sarcină consumul de mers în gol este mult mai mic.(Aproximativ 100mA pentru o alimentare la 12V) Tranzistoarele nu necesită radiatoare.

Pentru această variantă am utilizat ca sarcină o bandă cu un număr de 60 LEDuri albe. Modelul de LED SMD tip 5050, și fiecare SMD conține în interior un număr de 3 LEDuri. Curentul admis de fiecare LED este de la 12mA până la 15mA. Conectarea la alimentare se face în grupe de câte trei LEDuri, fiecare grup de LEDuri având o rezistență de limitare de 150 ohmi. În total sunt 20 de grupe. O grupă consumă o putere de aproximativ 150mW = 0.15W . Sarcina totală în această situație este de maxim 3W

Un prim set de teste a fost efectuat pentru a determina cum variază tensiunea indusă în bobina de recepție în funcție de pozițiile relative ale celor două bobine. În acest scop am aplicat o tensiune de 12V circuitului de emisie și am conectat sonda osciloscopului la bornele circuitului de recepție. Bobina de emisie a rămas fixă iar bobina de recepție a fost deplasată pe o direcție perpendiculară pe planul bobinei de emisie.

Măsuratorile au început cu cele două bobine apropiate până la limita de minimă de contact. Valorile relative, ale raportului dintre tensiunea măsurată pe bobina de la recepție și valoarea masurată pe bobina din primar, în funcție de distanța dintre bobine, sunt cuprinse în graficul anexat. Se observa că valoarea tensiunii scade foarte mult după o distanță care depășește de aproximativ două ori diametrul bobinelor. (În cazul de față bobinele au un diametru aproximativ de 24 cm)

Similar am procedat la măsurarea tensiunilor induse în bobina de recepție funcție de distanța dintre centrele celor două bobine, pastrând distanța dintre planurile bobinelor costantă.(În cazul de față distanța a fost minimă, adică se poate considera zero)

Se obervă apariția unui minim, chiar pentru o porțiune când bobinele sunt suprapuse parțial, urmând ca la modificarea ulterioară a distanței tensiunea să crească, cu un maxim situat la aproximativ 0.7 din valoarea de vârf inițială, pentru situația când cele doua bobine sunt alăturate, deci distanța dintre centre este chiar diametrul acestora.

Explicația fenomenului este dată de faptul că prin deplasarea axială bobina de recepție primește simultan atât un flux direct cât și unul în opoziție de fază, iar în acel punct cele două fluxuri au valori egale, deci se anulează reciproc.

Un alt set de măsurători a fost efectuat pentru a se compara randamentul obținut în funcție de gradul de încărcare al receptorului. (În alte cuvinte, ca o funcție de sarcina aplicată receptorului)

În acest scop circuitul de emisie a fost alimentat cu 12V, iar circuitul de recepție a fost conectat succesiv la valori diverse de rezistențe, și deplasat pe o axa verticală față de bobina de emisie, cu plecare de la zero, punct în care cele două circuite sunt situate la distanța minimă. Valorile rezistențelor au fost de la 22 de ohmi la 100 de ohmi.

Randamentul se determină din raportul dintre puterea utilă obținută pe rezistența conectată în circuitul receptor și puterea totală consumată de circuitul emițător de la sursa de alimentare.

Pentru a determina puterea consumată din sursa de alimentare am monitorizat valorile tensiunilor și curenților la bornele unui alimentator care are instrumente de măsură pentru tensiune și curent.

Curentul consumat fără sarcină a fost de aproximativ 68mA=0.068A

Puterea consumată în gol a fost de P =UI = 12 * 0.068= 0.816W

Puterea utilă a fost determinată prin măsurarea valorii tensiunii efective pe rezistența de sarcină. În acest scop am folosit un multimetru.

Se observă că randamentul este foarte mic dacă consumăm puțin, pentru că există o componentă importantă de putere consumată la funcționarea fără sarcină.

Pe măsură ce se crește consumul, randamentul crește, dar, de la o anumită valoare, acesta scade, deoarece și pierderile în circuit cresc foarte mult.

Concluzii Discuții

5.1 Dezvoltări ulterioare

Toate încercările efectuate până acum au avut ca rol punerea în evidență a imensului potențial pe care această tehnologie îl oferă. Totuși, un dispozitiv ideal trebuie să ofere posibilitatea unui randament cât mai mare și o funcționalitate crescută. Pentru moment scopul final nu este o încărcare de la distanță, am demonstrat că există limitari tehnologice inerente care nu permit implementarea acestui model de încărcator. Soluția ideală impune o abordare diferită, prin utilizarea de componente inteligente, care să elimine consumul fără sarcina și care să adapteze generarea de energie funcție de necesarul de consum. În piața exista deja o serie mare de componente special dezvoltate pentru implementarea de tehnologii inteligente.

Un exemplu disponibil este seria de circuite produse de catre Texas Instruments.
O unitate transmițător ce utilizează aceste circuite va conține implicit și o bobină primară, care creează un câmp magnetic alternativ prin aplicarea unui curent de la un oscilator. Unitatea de transmisie cuprinde, de asemenea, dispozitive de siguranță, cum ar fi senzorii de curent și tensiune, un radiator pentru dispozitivele de forță, un circuit de control, un invertor și un oscilator. Pentru a minimiza întregul circuit de emisie, (cu excepția bobinei transmițător) toate dispozitivele pot să fie instalate pe un singur circuit integrat.

Un prototip al unui astfel de emițător, ce folosește circuite integrate specializate este prezentat mai jos:

Sistemul funcționează în buclă închisă. Receptorul reglementează producția de energie raportat la nevoile dispozitivul mobil, prin trimiterea de mesaje către transmițător prin modularea semnalului cules prin bobine. Transmițătorul de-modulează semnalele de comunicare pe partea de primar și reglează în consecință punctul de funcționare al sistemului. Adaptorul de perete AC / DC oferă energie pentru sistemul de putere fără fir.

Pe partea de secundar, tensiunea bobinei este rectificată, stabilizată prin circuite de joasă tensiune de tip low drop-out (LDO) și conectată la sarcina printr-un comutator de sarcină. Sistemul de putere fără fir practic monitorizează continuu și periodic cantitățile primite și transmise de energie prin schimbul de informații prin intermediul protocolului de comunicație.

Când puterea nu mai este necesară, se depășește nivelul de siguranță sau comunicația este întreruptă, transmițătorul este oprit, ceea ce previne apariția de pericole.

În imaginea de mai sus se observă modulul de Recepție

Receptorul este proiectat să livreze până la 1A, la o tensiune nominală de 5V.

Modulele oferite pentru testare utilizează componente SMD, ceea ce ar permite adăugarea unor astfel de elemente în orice dispozitiv portabil, la care există puțin spațiu.

Receptorul cuprinde, de asemenea, componentele electronice necesare pentru a seta tensiunea și curentul la nivelul corespunzătoar pentru dispozitivul mobil, sau pentru a comunica informații sau date la și de la pad-ul de incărcare. Sistemul poate să includă, de asemenea, elemente de control care să îmbunătățească eficiența transferului de putere între încărcător și receptor.

Ca să nu fie o problemă la instalarea circuitului de recepție în interiorul dispozitivului electronic, întregul circuit trebuie să fie integrat pe un cip, suficient de mic pentru a se potrivi în interiorul dispozitivului. Circuitul de recepție este format din bobină și circuitul de control. Pentru a face acest lucru cel mai preferat este de a proiecta un PCB cu IC și componente SMD.

Unele dintre caracteristicile noi recent dezvoltate, este aceea de

detectare a obiectelor străine (detectează prezența obiectelor străine metalice din jurul sistemului de încărcare fără fir și împiedică absorbția energiei și astfel se evită supraîncălzirea)

și limitarea dinamică de putere (permite operarea unui transmițător de putere fără fir de la o sursă de 5 V cu capabilitate de curent limitat, cum ar fi un port USB) pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului și a mari siguranța dispozitivelor de încărcare fără fir.

Detaliu cu circuitul integrat care asigură controlul și monitorizarea funcțiilor pentru un dispozitiv inteligent.Circuitul este SMD și necesită echipamente și scule dedicate.

Componentele SMD se lipesc cu flux de aer cald. Rezultatul încercărilor

5.2 Avantaje și dezavantaje pentru încărcarea fără fir

Avantaje:

Nu mai există acel amestec de cordoane

Primul și cel mai important avantaj al încărcarii fără fir este ca vom scăpa de o mulțime de cabluri. În lumea de astăzi toate dispozitivele mobile trebuie eventual încărcate cel puțin o dată pe zi din cauza utilizării intense și a capacitații limitate de stocare a acumulatorilor. Utilizând încărcarea fără fir se va elimina grija permanentă pentru a căuta o priza libera pentru încărcător sau de a aștepta pentru a se elibera o priza ocupată cu un alt dispozitiv de încărcare.

Nici mai există riscul de a pierde adaptorul de încărcare

Prin încărcarea fără fir nu mai există riscul de a pierde adaptoarele sau alte accesorii de încărcare.

Nota de confort

Încărcarea wireless este cea mai convenabilă metodă de încărcare. Nu va mai fi necesar de a se introduce alimentatorul într-o priza de perete și de a-l conecta la echipamentul mobil, ci pur și simplu să se plaseze echipamentul mobil cât mai aproape de un dispozitiv și acesta se va încărca în mod automat. Acest lucru va permite ca încărcarea dispozitivelor mobile să se facă ori de cate ori acestea sunt plasate în apropierea unor dispozitive de incărcare, deci acestea să aiba acumulatorii incărcati la maxim, ceea ce va determina cresterea autonomiei de funcționare.

Risc mai mic de șoc electric

Utilizând încărcătoare fără fir riscurile de a produce șocuri electrice va fi foarte scăzut, deoarece echipamentul mobil nu mai este conectat galvanic la alte echipamente. Încărcare inductivă implica un risc mult mai mic de șoc electric, în comparație cu încărcarea prin fire, pentru că nu există conductoare expuse. Capacitatea de a închide complet, de a sigila carcasele unor echipamente, fără a mai lasa loc pentru conexiunea de încărcare, va permite creearea mult mai ușor a unor dispozitive pentru situațiile în care este necesară impermeabilitate la apă. De exemplu, încărcare inductivă este folosită pentru dispozitive medicale implantate, care necesita încărcare periodica și pentru dispozitivele de igiena electrice, cum ar fi periuțe de dinți sau aparatul de ras, care sunt frecvent utilizat în medii cu umiditate ridicată sau chiar în apă.

Dezavantaje:

Eficiența mai mică și pierderile de căldură

Acesta este principalul dezavantaj pentru utilizarea metodelor de încărcare fără fir.

In condițiile actuale de tehnologie eficiența scăzută și pierderile rezistive prin căldura sunt mult mai mari comparând cu metoda tradiționala de încărcare prin contact direct.

Metoda este mai costisitoare

Costul de fabricație al unui încărcător wireless este mai mult mai mare decât al unui încărcător tradițional cu fir.

Mobilitatea redusă

In condițiile actuale de implementare a tehnologiilor de încărcare fără fir, pentru o încărcare eficientă dispozitivul mobil trebuie să fie păstrat pe un pad de încărcare. Acesta nu poate fi mutat în jurul incărcătorului, pe o distanta limitată, ca și în condițiile utilizarii unui încărcător cu fir.

De asemenea, datorită acestei probleme, de a menține o distanță critică, între încărcător și dispozitiv, o parte din dispozitivele mobile nu vor mai putea de a fi operate ușor în timpul încărcării.

Incompatibilitatea

In acest moment nu există standarde de facto pentru încărcătoarele fără fir. Acest lucru nu permite încă fabricarea unor dispozitive universale de încărcare.

5.3 Aplicații comerciale. Încărcarea dispozitivelor de medie putere

Există deja o cerere foarte mare pentru sistemele de transmisie a puterii fără fir. Cea mai mare parte a producătorilor renumiți în producția de dispozitive electronice, precum Sony, Samsung, Panasonic, Toshiba, Apple și Bose, etc au arătat un interes foarte mare în această tehnologie. Cert este că am făcut deja un progres imens în partea de electronică, dar introducerea tehnologiei fără fir în acest sector a făcut posibilă pentru a captura piață imensă. Wireless. Tehnologia aceasta este ceea ce au vrut oamenii de mult timp. În plus, există o cerere foarte mare în sectorul de apărare. În general, transmisia puterii fără fir este un imens progres pentru toată industria din domeniul electronic.
Până în prezent în acest proiect am discutat despre dispozitivele de putere mică, cum ar fi de exemplu încărcătoarele pentru telefoanele mobile, camere foto digitale, aparat de ras electric, jocuri-console, mouse-ul fără fir, tastatură fără fir și playere de muzică portabile, etc. În scopul de a încărca și alte dispozitive de putere medie, cum ar fi laptop-uri, televizoare portabile, difuzoare, IPS-baterie și chiar o baterie de mașină, etc ( de obicei, dispozitivele care funcționează pe tensiune de 15V-30V), trebuie să fie modificat tot design-ul original într-o oarecare măsură. Modificarea va include utilizarea unui redresor de capacitate nominală mai mare, diode, circuite de control și un sistem de racire foarte eficient, de exemplu prin utilizarea de ventilatoare sau sisteme de răcire. De aceea, circuitul trebuie să asigure transferul de putere pentru perioade lungi de timp în mod mult mai eficient.

În general, designul pentru ambele unități, transmițător și receptor este aceeași pentru sistemele de medie putere și sistemele de încărcare fără fir. Prin urmare, dacă sistemul funcționează practic pentru dispozitivele de putere mică, atunci rămâne doar o chestiune de timp până când vor apărea implementate și pentru mid-range sau chiar pentru dispozitive de putere mare.

Încărcarea fără fir: Când se va ajunge la o standardizare ?

Încărcarea fără fir nu este ceva nou; tehnologia există din 1981 și de atunci au tot existat încercări de punerea în aplicare, ca să amintim aici câteva produse diverse, de la încărcătorul pentru periuța de dinți electrica, pâna la smartphone-uri produse de Samsung, HTC, Nokia, Qualcomm și alții.

  Sistemul de încărcare fără fir este deja prezentat ca o opțiune la telefoanele Lumia 920 și Lumia 820, iar pentru Samsung Galaxy S IV sunt deja zvonuri ca vor fi prezentate și accesorii de încărcare fără fir. Există de exemplu opționea de Orb wireless care poate să însoțească Nexus 4.

Aparent, această tehnologie este foarte probabil să devină o caracteristică standard pentru smartphone-uri. Cu toate acestea, încă există unele obstacole înainte de a trece la producția în serie. Pentru moment nu există încă un standard de facto (spre deosebire de USB sau microUSB)

În mod evident, posibilitățile viitoare sunt numeroase. Plasarea de panouri de încărcare în mobilierul de birou, unde telefonul nostru sau orice alt dispozitiv amplasat pe o masă va începe în mod automat încărcarea. Sau similar cu o zonă hotspot Wi-Fi, punând-ul într-o zonă în care nici măcar nu trebuie să fie așezat, ci doar prezent și dispozitivul se încarcă în timp ce vorbim.

Posibilități de aplicare- La birou, puneți doar dispozitivul în zona de încărcare fără fir

În prezent există două standarde de încărcare fără fir-

Qi

și Alianța pentru putere fără fir (A4WP).

  Standardul Qi

Qi este un standard care dezvoltată tehnologia de încărcare fără fir. Consorțiul are producatori, cum ar fi Nokia, HTC, Huawei, LG, Motorola, Samsung și Sony.

Qi funcționează pe încărcare inductivă și va funcționa doar pentru acele dispozitive (folosind cuplaj inductiv de încărcare fără fir), care se află în sfera de aplicare a acestui standard. Pentru acest standard există o stație de bază, care oferă puterea printr-o bobină de transmisie și dispozitivul mobil consumă folosind bobina de recepție. Distanța dintre cele două bobine este de obicei de 5 mm și poate fi, eventual, extinsă la aproximativ 40 mm.

Qi a avut anterior o specificație de consum redus de energie, care livra până la 5 wați și apoi a crescut la sarcini de energie medie, care sunt capabile de a oferi până la 120 de wați.

Alianța Pentru Alimentare Fără Fir (A4WP)

Eforturile comune ale Qualcomm și Samsung au dus la Alianța Pentru Alimentare Wireless sau A4WP, un concurent cu standardul Qi. Acest standard este încercarea de a aduce mai multă libertate spațială, ceea ce înseamnă că se dorește încărcarea mai multor dispozitive oriunde în zona de încărcare, în același timp. Mai mult decât atât, fără nici un contact fizic în zona de încărcare. Această include de asemenea, transferul de putere prin elemente non-metalice (mobilier) și alte suprafețe. A4WP se concentrează asupra progreselor, cum ar fi libertatea spațială semnificativă între dispozitivele mobile și sursa de încărcare fără fir, ceea ce înseamnă că se dorește transferul de putere prin suprafețe nemetalice.

Qualcomm are dezvoltată tehnologia WiPower, care permite încărcarea mai multor dispozitive, cum ar fi telefoane, camera foto, controlere de joc prin plasarea lor într-o zonă de încărcare.

Qualcomm a dezvoltat de asemenea, Halo–Wireless, o tehnologie de încărcare aplicată la vehicule electrice (WEVC), care utilizează transferul de putere fără fir inductiv pentru a încărca bateria vehiculului electric, eliminând pur și simplu necesitatea de conectare a unui cablu.
În timp ce dispozitive Nokia bazate pe standardul Qi au început să apară pe rafturile magazinelor, dispozitive bazate pe A4WP Qualcomm, promițănd o "libertate spațială", se estimează că vor fi scoase în piață la începutul anului 2015.

5.5 Comparații între diversele tehnologii de transmitere fără fir

Power Consortium wireless (WPC) a fost început în 2009, pentru a crea un standard de încărcare fără fir numit Qi. Cu peste 120 de membri, trei ani mai târziu și cât mai multe produse certificate, WPC este în poziție bună pentru a atinge obiectivul său inițial. WPC specifică diverse topologii pentru transmițător și asigură compatibilități înapoi cu produsele existente ce au deja integrate un receptor WPC. Emițătoarele pot utiliza una sau mai multe bobine și în acest din urmă caz, una sau mai multe bobine pot fi utilizate simultan pentru a genera câmpul magnetic. Primele topologii transmițător vor folosi cuplarea prin inducție magnetică și se bazează pe utilizarea mai multor bobine (de la trei la opt), pentru a permite X și Y libertate spațială. Distanța Z între emițător și receptor este de obicei bobina 5mm. În ultimul timp, WPC a propus un nou tip de emițător cu 5cm Z libertate spațială, folosind un principiu magnetic rezonant de adaptare, dar păstrând în același timp compatibilitatea cu receptoarele cuplate inductiv deja existente.

Un alt standard de încărcare fără fir este propus de Alianța pentru Wireless Putere (A4WP)

Aceasta a apărut în 2012 și propune un sistem magnetic rezonant de încărcare fără fir utilizând banda ISM 6.78MHz pentru a genera câmpul magnetic.

A4WP nu acceptă mecanismul de cuplare prin inducție la distanțe mici ca cel propus de WPC.

O diferență notabilă între aceste două standarde este că folosesc frecvențe diferite:

100-205 KHz pentru WPC

6,78 MHz pentru A4WP.

Este de remarcat faptul că banda ISM este, de asemenea, utilizată de către alte companii sau consorții pentru transferul de putere fără fir. De exemplu, Intel a demonstrat prototipuri de putere fără fir între un PC laptop și un telefon celular cu ajutorul frecvenței de 13,56 MHz.

Consorțiul Eurobalise a specificat un sistem de încărcare fără fir între trenuri și baliză fix pe pista de la sol, utilizând frecvența de 27 MHz.

Este important de menționat că numai WPC, A4WP și la o mai mică importanță Eurobalise sunt consorții bazate pe standarde pentru încărcare fără fir, deschise. Alte sisteme, cum ar fi cel de la WiTricity sau Intel, sunt pentru punerea în aplicare, dar protejate prin drepturile de proprietate și nu vor beneficia de sprijinul larg al tuturor companiilor din industrie.

Powermat a creat în ultimul timp un nou consorțiu denumit Alianța Power Matter într-o încercare de a poziționa tehnologia lor de putere fără fir ca un alt standard posibil.

Cum aceste sisteme sunt diferite, trebuie să le comparăm în termen de eficiență, cost și în conformitate cu standardele de emisie. Tabelul de mai jos conține câteva date importante..

Tehnologiile au fost regrupate pe benzile de frecvențe pe care le folosesc. Pe o parte se regăsesc sistemele de la WPC și Powermat, care sunt sub frecvența de 500 KHz și pe altă parte sunt ceilalți, folosind benzi ISM la 6.78, 13.56 sau 27.05 MHz.

Concluzii

În general, putem vedea că sistemele care funcționează în domeniul de frecvență de la 100kHz la 200KHz sunt mai bine poziționate din punct de vedere pur tehnologic. De exemplu, Google, Nokia, Samsung și-au lansat recent telefoanele cu suport Qi sau sunt disponibile pentru integrare, inclusiv Google Nexus 4, Nexus 5, Nexus 7, și Nokia Lumia 820. În plus, Samsung Galaxy Note 3 și Galaxy S4 includ deja suport pentru adaptarea de plăcuțe Qi. Cu toate acestea, un telefon rămâne problematic- Apple iPhone. Fără o modalitate de a schimba placa posterioară sau bateria dispozitivului, acesta este aproape imposibil să se integreze în standardul de încărcare Qi fără suportul oficial Apple.

O altă soluție este propusă de către compania producătoare de circuite integrate, Broadcom. Aceștia au dezvoltat un nou circuit integrat ce poartă numele de BCM59350. Acesta este un nou cip pe care producătorii de tablete și smartphone-uri îl pot integra în gadgeturile lor și care va face respectivele dispozitive compatibile cu orice standard de încărcare wireless, eliminând orice confuzie. În plus, mărește și puterea maximă de încărcare de la 5W până la 7,5W, o valoare care, în unele situații, ar putea fi mai mare decât puterea la încărcarea cu fir.

Diferitele tehnologii oferă o funcționalitate similară, astfel încât rațiunea pentru o nouă propunere de standard este o decizie mai mult comercială. Tehnologia este acolo, piața este setată să crească, dar având prea multe standarde, acestea pot crea confuzie în piață. Pentru moment tehnologia WPC Qi are un avans serios, și este lider în piața dispozitivelor de încărcare fără fir, dar fuziunea A4WP cu standardul PMA poate conduce la apariția de noi soluții interesante în piață.

În cele din urmă, războiul poate fi câștigat prin acțiuni de sensibilizare a consumatorilor și aceștia o să decidă dacă adoptă sau nu o anumită tehnologie.Fără a anunța exact care vor fi primele dispozitive de pe piață cu noul cip, cei de la Broadcom s-au rezumat la a afirma că au livrat deja mai multe mostre de BCM59350 către parteneri.

Cu un pic de noroc, începând cu anul 2015, poate scăpăm deja de fire atât la smartphone-uri, cât și la tablete sau smartwatch-uri.

BIBLIOGRAFIE

1. D.W. Baarman. Making Wireless Truly Wireless: The Need for a Universal Wireless Power Solution, Wireless Power Consortium, September 2009.

2. N. Tesla. US787412. Art of Transmitting Electrical Energy Trough the Natural Mediums, Apr.18, 1905

3. K. Siddabattula. Efficiencies of Inductive Power, Wireless Power Summit, Oct.13-14, 2011

4. N. Kuyvenhoven, C. Dean, J. Melton, J. Schwannecke, A.E. Umenei. Development of a Foreign Object Detection and Analysis Method for Wireless Power Systems, Wireless Power Consortium.

5. V.A. Muratov, E.G. Oettinger. Systems and Methods of Wireless Power Transfer with Interference Detection. Texas Instruments Patent US20120077537, Mar. 29, 2012.

6. Daniel Kuerschner and Christian Rathge,
"Contactless energy transmission systems with improved coil positioning flexibility for high power applications",
39h Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p.4326

7. Yipeng Su, Xun Liu and S. Y. Ron Hui ,
"Mutual Inductance Calculation of Movable Planar Coils on Parallel Surfaces",
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p.3475, poster P549.

8. C.R.Paul, “Introduction to Electromagnetic Compability”

9. Margery Conner,
"Power with no strings attached",
EDN, 5.July 2007, pp.31

10. C. Fernández, P. Zumel, A. Lázaro, A. Barrado,
"A simple approach to design a contact-less power supply for a moving load", Proceedings of the Applied Power Electronics Conference (APEC) 2007, p.1607.

11. J. Hirai, T-W. Kim, A. Kawamura
"Study on intelligent battery charging using inductive transmission of power and information"
IEEE transactions on power electronics, Vol.15, N°2 March 2000,

12. F. Nakao, Y. Matsuo, M. Kitaoka, H. Sakamoto
Ferrite core couplers for inductive chargers
Proceedings PCC Osaka, 2002, p.850 (0-7803-7156-9/02 IEEE 2002)

13. W. Lim, J. Nho, B. Choi, T. Ahn
Low-profile contactless battery charger using planar printed circuit board windings as energy transfer device
0-7803-7262-X/02 IEEE 2002, p. 579

14. E. Abel, S. Third
Contactless power transfer – an exercise în topology
IEEE transactions on magnetics, Vol. Mag-20, N°5 Sept. 1984

15.Y. Jang, M. Jovanovic
A new soft-switched contactless battery charger with robust local controllers
IEICE/IEEE INTELEC'03 Oct. 2003

16.Yungtaek Jang, Senior Member, IEEE, and Milan M. Jovanovic´, Fellow, IEEE
A Contactless Electrical Energy Transmission System for Portable-Telephone Battery Chargers

IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 50, No. 3, June 2003, p.520.

17. K. Hatanaka, F.Sato, H.Matsuki, S.Kikuchi, J.Murakami, T.Satoh,
"Fundamental Study of Coil Shape în a Desk-Type Contactless Power Transmission System",
Journal of Magnetics Society of Japan, 25, 1015-1018 (2001),

18. K. Hatanaka, F. Sato, H. Matsuki, S. Kikuchi, J-I. Murakami, M. Kawase, T. Satoh,
"Power transmission of a desk with a cord-free power supply",
IEEE transactions on magnetics, Vol.38, N°5 05.09.2002

19. Junji Hirai, Member, IEEE, Tae-Woong Kim, Member, IEEE, and Atsuo Kawamura, Senior Member, IEEE
Study on Intelligent Battery Charging Using Inductive Transmission of Power and Information
IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 15, NO. 2, MARCH 2000

21. C-G. Kim, D-H. Seo, J-S You, J-H. Park, B-H. Cho
Design of a contactless battery charger for cellular phone
IEEE transactions on industrial electronics, Vol.48, N°6 2000

22. Y.Jang, M. Jovanovic
A contactless electrical energy transmission system for portable-telephone battery chargers
IEEE transactions on industrial electronics, Vol.50, N°3 03.06.03

23. B. Choi, H. Cha, J. Noh, S. Park
A new contactless battery charger for portable telecommunication/computing electronics
ISSN 0-7803-6622-0/01, IEEE 2001, p.58

24. C-G. Kim, D-H. Seo, J-S You, J-H. Park, B-H. Cho
Design of a contactless battery charger for cellular phone
IEEE transactions on industrial electronics, Vol.48, N°6 06.12.01

25. H. Sakamoto, K. Harada, S. Washimiya, K. Takchara, Y. Matsuo, F. Nakao
Large air-gap coupler for inductive charger
IEEE transactions on magnetics, Vol.35, N°5 Sept.1999

26. [Ref]: X. Liu, W. M. Ng, C. K. Lee and S. Y. R. Hui, "Optimal operation of contactless transformers with resonance at secondary circuit", în APEC'08, pp. 645-650, Feb. 2008, USA

27. Jesus Acero, Rafael Alonso, Jose Miguel Burdio, Luis Angel Barragan and Claudio Carretero,
"An Efficiency Model of Planar Loaded Twisted-wire Windings în a Magnetic Substrate for Domestic Induction Heating Appliances"
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 3482, poster P550.

28. Thomas Kimmer, Joerg Oehmen, Peter Tuerkes and Stephan Voss,
"Reverse Conducting IGBT – A new technology to increase the energy efficiency of induction cookers",
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 2284, poster P381

29. Andreas Ecklebe, Sebastian Schulz and Andreas Lindemann,
"Investigation of Two-Step Commutated Resonant Matrix Converter supplying a Contactless EnergyTransmission System"
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 22.

30. Dirk Hirschmann, Christian P. Dick, Sebastian A. Richter and Rik W. De Doncker
"Design of a Contactless Rotary Energy Transmission for an Industrial Application"
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 4314

31. Michael Kissin, Grant Covic and John Boys,
"Estimating the Output Power of Flat Pickups în Complex IPT Systems",
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 604

32. Grant Covic, John Boys, Alwin Tam and Jimmy Peng ,
"Self Tuning Pick-ups for Inductive Power Transfer",
33. 39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 3489, Poster P551

33. X. Liu and R. Hui, “An analysis of a double layer electromagnetic shield for a universal contactless battery charging platform”

34. Hao Leo Li, Aiguo Hu and Grant Covic,
"FPGA Controlled High Frequency Resonant Converter for Contactless Power Transfer",
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 3642, poster P577.

35. John Boys, Chang-Yu Huang and Grant Covic,
"Single phase unity power-factor inductive power transfer system",
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 3701, Poster P587.

36. Stefan Raabe, John Boys and Grant Covic,
"A High Power Coaxial Inductive Power Transfer Pickup"
39th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2008, Rodes, Greece, 15. – 19. June 2008, p. 4320

37. S. Adachi, F. Sato, S. Kikuchi,
"Consideration of contactless power station with selective excitation to moving robot",
0018-9464/99 IEEE Sept.99.
38. Aristeidis Karalis, J.D. Joannopoulos Marin Soljacic,
"Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer"
Annals of Physics 323 (2008) 34–48

39. Aristeidis Karalis, J.D.Joannopoulos, and Marin Soljacic,
"Wireless Non-Radiative Energy Transfer",
2006 AIP Industrial Physics Forum, 13.Nov 2006

40. Kathleen O'Brian,
"Inductively Coupled Radio Frequency Power Transmission System for Wireless Systems and Devices",
PhD Thesis, TU Dresden, 5.12.2005, Shaker Verlag Aachen 2007, ISBN 978-3-8322-5775-0.

41. Ref]: S.C. Tang, R. Hui, H.S. Chung, “Evaluation of the shielding effects on printed-circuit-board transformers using ferrite plates and copper sheets”

42. OET Bulletin 65, “Evaluating Compliance With FCC Guidelines for Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields”.

43. Charles R. Sullivan, Weidong Li, Satish Prabhakaran, Shanshan Lu,
"Design and Fabrication of Low-Loss Toroidal Air-Core Inductors",
Proceedings of the 38th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2007, Orlando, USA, 17.-21.7.2007, p.1754.

44. Fildes, Jonathan, “Wireless energy promise powers up,” BBC News.
45. Eberhard Waffenschmidt and Toine Staring,
"Limitation of inductive power transfer for consumer applications",
Submitted as synopsis to European Power Electronics (EPE) conference 2009, Barcelona, Spain, 8.-10.Sept. 2009

45. Popovic, Zoya, Regan Zane, A Dolgov, J Branna, J Moroni, T Paing, and J Shin, “Efficient low-power energy harvesting and power management,” NanoPower Forum 2007, Colorado Power Electronics Center, Department of Electrical and Computing Engineering, University of Colorado at Boulder.

46. Eberhard Waffenschmidt,
"Wireless Power for Mobile Devices",
Workshop Kontaktlose Energie- und Datenübertragung für innovative Anwendungen, Magdeburg, Germany, 23.Sept.2008

47. E. Waffenschmidt,
"Size advantage of coreless transformers în the MHz range",
EPE 2001-Graz 2001

48. Xun Liu, S. Y. Ron Hui,
"Equivalent Circuit Modeling of a Multilayer Planar Winding Array Structure for Use în a Universal Contactless Battery Charging Platform",
IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 22, NO. 1, JANUARY 2007,p 21.

49. Takamiya, Makoto, Tsuyoshi Sekitani, Yoshio Miyamoto, Yoshiaki Noguchi, Hiroshi Kawaguchi, Takao Someya, and Takayasu Sakurai, “Design Solutions for a Multi-Object Wireless Power Transmission Sheet Based on Plastic Switches,” 2007 IEEE International Solid-State Circuits Conference

50. R.Hui, W. Ho,
A new generation of universal contactless battery charging platform for portable consumer electronic equipment,
35th IEEE power electronics specialists conference 2004

51. R.Hui, H. Chung, S. Tang
“Coreless printed circuit board (PCB) transformers“
IEEE circuits and systems Vol.11, N°3. ISSN 1049-3654 2000

53. Cheng Luo, Matthew C. Whitehead, Heath F. Hofmann,
"Design and Testing of A Power Electronic Synthetic Inductor",
Proceedings of the 38th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2007, Orlando, USA, 17.-21.7.2007, p.2089.

54. W.A. Roshen,
"Superconducting Inductors for Ultra-High Frequency Power Conversion",
Proceedings of the 38th Power Electronic Specialists Conference (PESC) 2007, Orlando, USA, 17.-21.7.2007, p.2075

Standards

62. . International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,
"Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields",
Health Physics April 1998, Volume 74, Number 4.

63. Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik,
"Unfallverhütungsvorschrift Elektromagnetische Felder – Berufsgenossenschaftliche Vorschrift für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit",
BGV B11 (VBG 25), 1.6.2001

64, Harold A. Wheeler, "Formulas for the Skin Effect," Proceedings of the I.R.E., September 1942, pp. 412-424

65. Harold A. Wheeler, "Simple Inductance Formulas for Radio Coils," Proceedings of the I.R.E., October 1928, pp. 1398-1400.

Web Resources

http://www.how2power.com

http://www.wirelesspowerconsortium.com/technology/further-reading.html#standards

http://www.4hv.org

http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/wireless-power-receiver-solutions-overview.page

http://ro.wikipedia.org/wiki/

Anexa 1 Limite aplicabile

În funcție de regiunea în care produsul va fi introdus pe piață, sunt aplicabile diverse restricții de bază pentru publicul larg, fie acestea C95.1 IEEE 2005, ICNIRP 1998 (0 Hz – 300 GHz) sau ICNIRP 2010 (0 Hz – 100 kHz) . Este responsabilitatea producătorilor pentru a se asigura că produsele respectă seturilor limită specificate de Autoritățile Naționale.

A.1.1 Limite de expunere conform ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)

În scopul de a ne proteja împotriva oricăror efecte cunoscute asupra sănătății, Comitetul științific independent (ICNIRP) a publicat (limite de expunere) pentru o expunere maximă. Aceste linii directoare constau în publicațiile din 1998 (0 Hz – 300 GHz) și 2010 (0 Hz – 100 kHz). Ele se bazează pe un număr extins de publicații științifice conexe, evaluat de autorii comisiei ICNIRP și care au fost revăzute până astăzi de mai mult de 35 de comitete naționale de experți. ICNIRP afirmă că: "Nu există dovezi substanțiale că efectele adverse asupra sănătății pot apărea la persoanele expuse la niveluri egale sau sub limitele ICNIRP". .
Liniile directoare ICNRIP includ restricții de bază pentru "expunere la locul de muncă" și pentru "expunere publicul larg", a se vedea extrasele din tabelele de mai jos. Limitele pentru publicul larg sunt aplicabile pentru aplicații de consum.
Nivelurile de referință sunt prevăzute pentru scopul practic de evaluare a expunerii și pentru a determina dacă restricțiile de bază sunt susceptibile de a fi depășite, a se vedea tabelele de mai jos.

Conformitatea cu nivelul de referință va asigura conformitatea cu restricțiile relevantede bază. În cazul în care valoarea măsurată sau calculată depășește nivelul de referință, această nu înseamnă neapărat că restricția de bază va fi depășită. Cu toate acestea, ori de câte ori un nivel de referință este depășită, este necesară testarea restricției relevante de bază.

A 1.2 ICNIRP Normativele din 1998

Restricții de bază pentru expunerea între 0 Hz și 300 GHz.

Nivelurile de referință pentru expunere între 0 Hz și 300 GHz

A.1.3. ICNIRP normativele 2010 (0 – 100 kHz) Restricții de bază pentru expunerea între 0 Hz și 100 kHz

Nivelurile de referință pentru expunerea persoanelor între 0 Hz și 100 kHz

Nivelurile de referință pentru expunere la locul de muncă între 0 Hz și 100 kHz

A 1.4 Limitele de expunere conform IEEE

Tabel cu restricțiile de bază pentru câmpuri electric induse aplicabile diferitelor

părți ale corpului

Tabel cu restricții de bază. Rata de Absorbție Specifică (SAR) pentru frecvențele cuprinse între 100 kHz și 3 GHz

Tabel cu expunerea maximă admisă (MPE) pentru expunerea la cap și trunchi între 3 kHz și 5MHz

A 1. 5 Maximul de transfer de putere în spațiu în funcție de limitele impuse de recomandările ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection.)

Puterea care poate fi luată de la un câmp magnetic omogen B este dependentă de tensiunea indusă Uind în bobina receptorului utilizat.

Considerându-l ca o buclă, pentru forma de semnal sinusoidal rezultă că

:
Uind = 2πf.B.A

unde f = frecvența și A = suprafața buclei

La aceeași densitate de flux, la frecvențe mai mari poate fi transferată o putere mai mare. Intr-o astfel de aplicație tot corpul utilizatorului este expus la câmpul magnetic, fără nici o limitare în timp. Prin urmare, liniile directoare stricte ICNIRP pentru expunerea publică trebuie să fie aplicate fără nici o rezervă.
Având în considerare valorile de referință ale acestor linii directoare, poate fi calculat transferul maxim de putere în funcție de câmpul magnetic dat. Utilizarea rezonanței în receptor a fost luată în considerare. Rezultatul este prezentat în figura de mai jos. Pentru gama interesantă de utilizat din punct de vedere tehnic, adică frecvențele între 100 kHz și 10 MHz, puterea maximă este independentă de frecvența de lucru. Observăam că pentru frecvențe mai mici de 150 kHz, puterea maximă se reduce cu scăderea frecvenței. Pentru frecvențe de peste 10 MHz ar trebui să fie posibilă transmiterea de mai multă putere, cu toate acestea, ipotezele pentru a calcula transferul maxim de putere pot să nu mai fie valabile. .

Graficul demonstrează că pentru o dimensiune a receptorului, care s-ar potrivi cu un dispozitiv mobil (cu diametrul de buclă 0,04 m la 0,1 m), transmiterea de energie trebuie să rămână sub nivelul de 2 mW pana la 30 mW, în scopul de a nu face rău persoanelor.

Această valoare este totuși cu două ordine de mărime prea mica față de puterea necesară pentru aplicațiile generale.

Anexa 2

Exemple de produse care utilizează transmisia energiei fără fir

Anexa 3 Prognoze și estimări în piața de tablete și smartphone-uri

Se prognozează că producția de dispozitive tip smartphone premium va crește de la 600 milioane de unități în 2013 la 965 milioane în 2106. Sursa www.gartner.com

Fondată în 1979, Gartner, Inc (NYSE: IT) este o companie ce are sediul în Stamford, Connecticut, SUA și are 6400 asociați inclusiv mai mult de 1480 de analiști de cercetare și consultanți, precum și clienți în 85 de țări. Această companie este specializată în domeniul tehnologiei de informații și ofera consultanță pentru corporații și agenții guvernamentale, liderilor de afaceri din high-tech și telecomunicații sau întreprinderilor și firmelor de servicii profesionale din domeniul IT.

Previziunile pentru producția de tablete a fost estimata în 2012 la 149.5 milioane unități ca urmare a succesului avut de Apple iPad Mini și Google Nexus 7. Se estimează, având în vedere costurile reduse de producție atinse folosind componente de la producători chinezi cip Allwinner și Rockchip, ca pentru următorii ani ca să fie o creștere rapidă a unitatilor mobile de tip telefoane inteligente și tablete.

Am prezentat de mai jos prognoza pentru producția dispozitivelor mobile tip tablete

Producția de tablete premium la nivel global se estimează că va ajunge la 93.6 milioane unități în 2013, crescând pană la 158.1 milioane în 2016.