Автор(-ы):
Александров Виктор Иванович
Зотов Вадим Вячеславович
Лабещенков Олег Викторович
Макарихин Игорь Вениаминович
Секция
Технические науки
Ключевые слова
Аннотация статьи
Рассмотрены два ведущих стандарта беспроводной зарядки Qi и A4WP и порядок передачи в них энергии.
Текст статьи
К настоящему времени разработаны различные стандарты беспроводной зарядки (БЗ). Среди них Qi и A4WP - два ведущих стандарта, получившие наибольшее распространение.
Qi (произносится как ци, в честь термина восточной философии) – международный стандарт БЗ, разработанный Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC). Типичная схема Qi-подобной системы БЗ показана на рис. 9a. Стандартом Qi предусмотрена совместная работа по беспроводной передаче мощности и информационному взаимодействию между беспроводной зарядной станцией и заряжаемым устройством. Qi позволяет зарядному устройству (ЗУ) контролировать процедуру зарядки. Qi-совместимое ЗУ способно регулировать плотность передаваемой мощности в соответствии с запросом заряжаемого устройства.
Qi использует технику передачи энергии посредством магнитной индукции и пригоден для работы на расстоянии до 4 см. Для ЗУ стандарта Qi определены две категории, а именно:
Как правило, зарядная станция системы Qi представляет собой плоскую конструкцию. Заряжаемые мобильные устройства просто кладутся на ее поверхность. Как отмечалось ранее, качество индуктивной связи является решающим фактором эффективности индуктивной зарядки. Для обеспечения наилучших условий зарядки необходимо строгое позиционирование заряжаемого устройства относительно ЗУ. Стандартом Qi предусмотрено три разных способа такого размещения:
Рис. 1. Модели беспроводных зарядных систем: а) направленное позиционирование (магнитное выравнивание); б) свободное позиционирование (перемещаемая катушка); в) свободное позиционирование (массив катушек)
Qi-совместимая модель БЗ поддерживает внутриполосную связь. Протокол связи и управления Qi предусматривает регулировку выходной мощности зарядника для удовлетворения требований ЗУ и прекращение передачи мощности при завершении зарядки. Протокол работает следующим образом:
Стандарт A4WP разработан с целью снятия жестких ограничений на расстояние между зарядкой и заряжающим устройством. Он предполагает создание большого электромагнитного поля с магнитно-резонансной связью. Для достижения пространственной свободы стандарт A4WP не требует точного выравнивания и даже позволяет значительное отдаление ЗУ от заряжаемого устройства. Максимальное расстояние, на котором возможна зарядка, увеличено до нескольких метров. Кроме того, одновременно могут заряжаться несколько устройств с различной потребностью в мощности. Еще одно преимущество A4WP перед Qi заключается в том, что на рабочем ЗУ A4WP могут быть размещены посторонние предметы без какого-либо существенного неблагоприятного воздействия на процесс зарядки. Поэтому ЗУ A4WP может быть встроено в любой объект, что повышает гибкость развертывания системы БЗ.
На рис. 2б показана эталонная модель для БЗ, совместимой с A4WP. Устройство состоит из двух компонентов, а именно: блока передатчика энергии (Power Transmitter Unit, PTU) и блока приема энергии (Power Receiving Unit, PRU). Энергия передается из PTU в PRU, который контролируется протоколом управления зарядкой. Для контроля процесса зарядки используется система связи, по которой осуществляется обмен данными между PTU и PRU. Стандартом Industrial Scientific Medical (ISM) предусмотрена передача энергии на частотах диапазона 6,75 МГц. В отличие от Qi, в котором сигналы управления передаются на той же частоте, что и энергия для зарядки, для передачи сигналов управления в A4WP используется другой частотный диапазон – ISM 2,4 ГГц.
Рис. 2. Референсные модели протокола передачи беспроводной энергии ближнего радиуса действия: а) Qi-совместимая; б) A4WP-совместимая
PTU или ЗУ стандарта A4WP состоит их трех основных модулей. Это блок резонатора и согласующие системы, блок преобразования энергии и блок сигнализации и управления. PTU может находиться в одном из следующих состояний:
Классы PTU и категории PRU представлены на рис. 2б (например, для передачи и приема энергии). Для зарядки устройств PRU определенного класса необходимо использовать только устройства PTU соответствующей категории.
Подобно стандарту Qi, в A4WP также используется установленный протокол связи для поддержки функций БЗ. Системы, совместимые с A4WP, используют связь по протоколу Bluetooth (Bluetooth Low Energy, BLE) для контроля уровней мощности, идентификации допустимых нагрузок и защиты от несовместимых устройств. Протокол связи A4WP состоит из трех этапов:
Список литературы
Поделиться
Александров В. И., Зотов В. В., Лабещенков О. В., Макарихин И. В. Стандарты беспроводной зарядки // Актуальные исследования. 2022. №36 (115). С. 18-22. URL: https://apni.ru/article/4578-standarti-besprovodnoj-zaryadki