BEZPRZEWODOWA TRANSMISJA ENERGII (wykorzystano m. in

Prezentacja na temat: "BEZPRZEWODOWA TRANSMISJA ENERGII (wykorzystano m. in"— Zapis prezentacji:

1 BEZPRZEWODOWA TRANSMISJA ENERGII (wykorzystano m. in
BEZPRZEWODOWA TRANSMISJA ENERGII (wykorzystano m.in. materiały firmy Freescale, US Patent Office, Witricity i inne) Obecnie znane szerzej są dwa standardy bezprzewodowej transmisji energii: Qi (z chin. Czi) oparty na sprzężeniu indukcyjnym. Nadajnik i odbiornik znajdują się w odległości kilku mm i wyposażone są w cewki sprzężone magnetycznie, nawinięte na rdzeniu lub w postaci ścieżek na płytce. Cewki nadajnika zasilane są prądem/napięciem o częstotliwości kHZ. Do konsorcjum wspierającego standard należy ok. 140 firm w tym Samsung. Na rynku znajduje się ponad 200 typów urządzeń w tym standardzie, sprzedano ponad 16 mln. sztuk Zdefiniowano następujące klasy mocy urządzeń: 5W (najczęstsza), 15W, a nawet 2,5 kW (kuchenki indukcyjne)

2 2. A4WP –the Alliance for Wireless Power wykorzystuje obwody rezonansowe sprzężone magnetycznie (strongly coupled magnetic resonance – SCMR). Nadajnik zasila obwód rezonansowy, którego elementem jest cewka wytwarzające zmienne pole magnetyczne. Pole to zasila inną cewką lub cewki, które tworzą lokalne obwody rezonansowe na tej samej częstotliwości. Ponieważ wykorzystuje się zjawisko drgań własnych obwodów rezonansowych o stosunkowo dużej dobroci, dostarczana energia uzupełnia tylko straty w obwodach (tak jak w obciążonym obwodzie rezonansowym). Cewki mogą być stosunkowo słabo sprzężone, co zapewnia transmisję typowo na kilka cm (aczkolwiek można osiągnąć odległość nawet 2m). W polu jednego nadajnika można umieścić kilka cewek odbiorczych. Patent na ten sposób transmisji energii posiada WiPower wykupiony przez Quallcom (2010) oraz Apple. Konsorcjum składa się z 36 firm w tym Intel.

3 4AWP Obwody rezonansowe pośredniczące służą jako wzmacniacze pola magnetycznego zasilane energią ze źródła H.F. Źródła pracują na częstot. ISM 6.78MHz. Zwykle jako źródło mocy wykorzystywany jest wysokosprawny wzmacniacz klasy E lub klasy DE. Komunikacja odbiorników ze źródłem odbywa się wg. standardu Bluetooth na częstot. 2,4 GHz. Jedno źródło (nadajnik) może zasilać wiele odbiorników energii. Urządzenia wchodzą dopiero na rynek (2015).

4 ZASADA DZIAŁANIA Qi - stacja bazowa zawiera jeden lub kilka nadajników dostarczających energię do odbiorników (jeden nadajnik obsługuje jeden odbiornik) - odbiornik dostarcza w sposób kontrolowany moc do obciążenia i informuje nadajnik o swoim statusie, w tym zapotrzebowaniu na moc. Stacja bazowa z kilkoma odbiornikami

5 Transmisja energii Qi Nadajnik zasila cewkę nadawczą prądem w. cz
Transmisja energii Qi Nadajnik zasila cewkę nadawczą prądem w.cz. wytwarzając zmienne pole magnetyczne zasilające cewkę odbiornika. Nadajnik, który nie zasila odbiornika co pewien czas nadajnik wysyła ping, polegający na załączeniu zasilania do cewki nadawczej, wytworzeniu zmiennego pola magnetycznego i oczekiwaniu na odpowiedź odbiornika. Jeżeli brak odpowiedzi to nadajnik wyłącza się do następnego ping’u.

6 Odbiór energii Qi Odbiornik, po zasileniu, wysyła informację do nadajnika określając zapotrzebowanie na moc. Nadajnik na podstawie informacji z odbiornika dostosowuje poziom zasilenia cewki nadawczej do wymagań odbiornika. Gdy odbiornik nie potrzebuje już zasilania (np. akumulator jest naładowany) wysyła informację do nadajnika o swoim statusie z żądaniem wyłączenia transmisji energii.

7 Przesyłanie danych do nadajnika Qi
modulacja napięcia VP poprzez dołączanie Cm lub Rm w odbiorniku Przesyłanie informacji z odbiornika odbywa się przez dołączanie kondensatora Cm lub rezystancji Rm do cewki odbiorczej (LS) , co powoduje zmiany w obciążeniu cewki nadawczej (LP) modulując poziom napięcia VP. Zmiany te są detekowane i odczytywane przez nadajnik.

8 Format danych przesyłany do nadajnika
* Szybkość 2kB/s *Kodowanie – różnicowy kod Manchester, Byte encoding – start bit, 8-bit data, parity bit, stop bit, * Struktura pakietu bitowa preambuła, nagłówek (1 byte), message (1 do 27 bytów), checksum (1 byte)

9 Budowa nadajnika Nadajnik wykorzystuje kluczowany wysokosprawny wzmacniacz rezonansowy klasy DE lub klasy E zasilający cewkę (lub cewki nadawcze). Cewki mogą być przełączane, aby uzyskać najlepsze sprzężenie z odbiornikiem. Jednocześnie może być zasilanych kilka cewek oddających energię do jednego odbiornika.

10 Budowa nadajnika Qi cd. Nadajnik zmienia częstotliwość, aby wymusić odpowiednią wartość prądu/ napięcia na cewce zapewniające dostarczenie mocy żądanej przez odbiornika. Regulacji może też podlegać napięcie zasilania (input voltage) za pomocą przetwornicy buck.

11 Budowa nadajnika Qi cd.

12 Budowa odbiornika Qi

13 Uzyskiwane sprawności energetyczne Qi

14 SCMR (strongly coupled magnetic resonance) Witricity
Cewka nadawcza zasilana przez rezonansowy wzmacniacz klasy DE lub klasy E wytwarza pole magnetyczne przekazujące energię do odbiorników. Cewki odbiorników tworzą lokalne obwody rezonansowe dostrojone do częstotliwości cewki nadawczej.

15 SCMR (strongly coupled magnetic resonance) Witricity cd.
Eksperyment z zasilaniem 60 W żarówki oraz uzyskane w eksperymencie całkowite sprawności energetyczne w funkcji odległości.

16 SCMR (strongly coupled magnetic resonance) Witricity cd.
W przypadku większych odległości istnieje możliwość zastosowania tzw. repeaterów wzmacniających pole magnetyczne lub zmieniających jego kierunek.

17 Zastosowania SCMR Bezprzewodową transmisję energii SCMR planuje się wykorzystywać głównie w urządzeniach do ładowania akumulatorów w telefonach komórkowych oraz bezprzewodowego ładowania akumulatorów w pojazdach elektrycznych.