Wireless power Kontaktlose Übertragung von Energie

In der Lautsprecher-Box und in dem Lumia 920 stecken die neuen Sende- und Empfänger-ICs von Texas Instruments. Das Smartphone lässt sich laden, während es auf dem Lautsprecher liegt.
In der Lautsprecher-Box und in dem Lumia 920 stecken die neuen Sende- und Empfänger-ICs von Texas Instruments. Das Smartphone lässt sich laden, während es auf dem Lautsprecher liegt.

Das Laden der Akkus in Mobiltelefonen und anderen Elektronikgeräten ohne Kabel und Stecker kommt auch bei den Europäern gut an - nicht nur in Japan und den USA. Mit neuen „Wireless Power“-ICs und -Modulen wird die Integration der kontaktlosen Energieübertragung künftig deutlich erleichtert.

Für die kontaktlose Übertragung von Energie eignen sich mehrere Verfahren - induktiv, kapazitiv, elektromagnetisch, optisch. Am beliebtesten ist bisher die induktive Kopplung von Sender und Empfänger. Die bekannteste Version: der Qi-Standard des Wireless Power Consortium (WPC), das immerhin 131 Mitglieder zählt. Aber schon vor der Popularität und der Standardisierung gab es zahlreiche individuelle und proprietäre Varianten der kontaktlosen Energieübertragung. Sie werden vom Qi-Standard, der zunächst nur für eine Leistung von 5 W spezifiziert ist, nicht verdrängt. Im Gegenteil, die Popularität von Qi lenkt den Blick auf die kontaktlose Energieübertragungstechnik allgemein.

War bisher die kontaktlose Energieübertragung zumeist etwas für erfahrene HF-Ingenieure, so kann künftig jeder Elektronik-Ingenieur die Technik in seine Geräteentwicklung integrieren, ohne sich intensiv mit der Theorie der elektromagnetischen Felder auseinanderzusetzen. Sowohl das Unternehmen Murata als auch der Hersteller RRC power solutions bieten betriebsbereite Module für Sender und Empfänger an. Murata setzt dabei auf eigene Entwicklungen und Patente zur kapazitiven Kopplung (Bild 1). Mit diesen Modulen lässt sich eine Leistung von 10 W mit einem Gesamtwirkungsgrad von 70 Prozent übertragen.

Bilder: 4

Kontaktlose Energieübertragung

Das Laden der Akkus in Mobiltelefonen und anderen Elektronikgeräten ohne Kabel und Stecker kommt auch bei den Europäern gut an - nicht nur in Japan und den USA. Mit neuen „Wireless Power“-ICs und -Modulen wird die Integration der kontaktlosen Energi

RRC power solutions setzt dagegen auf den Qi-Standard und hat hierfür betriebsbereite Sender- und Empfänger-Module für eine Übertragungsleistung von 5 W entwickelt (Bilder 2 und 3). Die Module können in „Plug & Play“-Manier einfach in Gerätekonzepte integriert werden und ermöglichen außerdem eine Kommunikation per I²C-Bus zwischen Empfänger und Sender. Der große Vorteil dieser Qi-Standard-Module ist, dass damit sehr einfach kompatible Ladestationen und mobile Geräte realisiert werden können. Sie machen damit die Technik der kontaktlosen Energieübertragung auch Nicht-Spezialisten zugänglich wie z.B. Designern für Leuchten und Möbel. Aber auch für kleine und mittlere Unternehmen ist ein solches betriebsbereites Standard-Modul interessant, da Entwicklungskosten eingespart werden können und gleichzeitig von den niedrigen Kosten industrieller Serienproduktion profitiert werden kann.

Neue Qi-ICs von Texas Instruments

Um die Übertragungsfläche zwischen Sender und Empfänger zu vergrößern, damit ein Mobiltelefon zum Laden des Akkus nicht exakt auf eine bestimmte Position abgelegt werden muss, sind im Qi-Standard auch Sender mit mehreren Spulen definiert. Ein solcher Sender, im Qi-Standard als „A6“ bezeichnet, verfügt über mindestens drei Spulen, die sich teilweise überlappen. Aktiviert wird im Sender aber nur die Spule, die mit der Empfängerspule am besten korrespondiert. Damit wird die zur Übertragung nutzbare Fläche vergrößert, ohne aber Energie in nicht nutzbaren Magnetfeldern zu vergeuden. Das Qi-Sender-IC bq500410A von Texas Instruments wurde für solche „A6“-Sender mit drei Spulen entwickelt (Bild 4). Die Anordnung der drei Senderspulen erlaubt es, den Empfänger auf der aktiven Oberfläche des Senders um bis zu 70 mm in X-Richtung und bis zu 20 mm in Y-Richtung zu verschieben.

Auf Empfänger-Seite bietet Texas In-struments mit dem bq51050B ein Qi-Empfänger-IC, das direkt einen -Li-Ionen oder Li-Polymer-Akku mit max. 1,5 A laden kann. Damit entfällt das bisher erforderliche Lade-IC, das am Ausgang eines Qi-Empfänger-ICs angeschlossen werden musste. TI hat aber keinen Laderegler zusätzlich zum Qi-Empfänger auf dem Chip integriert, sondern realisiert den Ladevorgang direkt über die Sender-Empfänger-Kopplung. Die im Qi-Standard definierte Regelschleife von der Sekundärseite (Empfänger) zur Primärseite (Sender) wird genutzt, um die Ausgangsspannung des Empfängers exakt auf die Ladespannung - 4,2 V oder 4,35 V - zu regeln.