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Drahtloses Laden

Am Konsumelektronik-Markt ist Qi gesetzt

NXP Semiconductors
© NXP Semiconductors

Die Analysten von MarketsandMarkets erwarten, dass der Gesamtmarkt für kabelloses Laden im Jahr 2021 einen Wert von 4,5 Mrd. Dollar erreichen und bis 2026 auf 13,4 Mrd. Dollar steigen wird, was einer CAGR von 24,6 Prozent entspricht.

Bislang hält WPC (Wireless Power Consortium) mit Qi (induktives Laden mit einer oder mehreren Spulen) im Unterhaltungssektor den größten Marktanteil; die Airfuel Alliance sieht sich mit Airfuel Resonant (resonantes kabelloses Laden) aber in einer guten Position, in den Geräten der zweiten Generation, die mit einer drahtlosen Ladetechnik ausgestattet sind, die Führungsrolle übernehmen zu können. Das scheinen auch einige Hersteller so zu sehen, denn schaut man sich die Mitglieder der zwei Standardisierungsgremien an, so sind manche Unternehmen bei beiden Vereinigungen vertreten.

»Wir bei Infineon sind überzeugt, dass der Markt für kabelloses Laden in den nächsten Jahren sehr stark wachsen wird. In Zukunft geht es nicht nur um das Laden von Smartphones oder Wearables, sondern unserer festen Überzeugung nach wird die kabellose Energieübertragung auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen zu einem „Must-have“ werden, sei es für Elektrowerkzeuge, Serviceroboter, Notebooks sowie medizinische oder Smart-Home-Geräte«, erklärt Verena Lackner, Global Application Marketing Manager für Wireless Charging bei Infineon Technologies.

Dass der Qi-Standard momentan dominiert, sieht auch Lackner so, allerdings betont sie auch, dass andere Technologien ebenfalls einen Mehrwert bringen können. Als Beispiel verweist sie auf das resonante kabellose Laden (Airfuel Resonant), das im Vergleich zur induktiven Technik eine größere räumliche Freiheit zwischen Sender und Empfänger ermöglicht. Ein weiterer Vorteil bei der resonanten Technik besteht darin, dass mehrere Geräte parallel geladen werden können.

Lackner: »Aus diesem Grund sollten vor der Entscheidung für eine bestimmte Technologie immer die Notwendigkeiten des jeweiligen Anwendungsfalls, z.B. versiegeltes Gerät, raue Umgebung etc. betrachtet werden.« Damit zusammenhängende Fragen sind, wie schnell das Gerät geladen werden soll, wie hoch der Strombedarf ist, wo der Sender platziert werden soll, ob eine Langstreckenladung notwendig ist, das Gerät einem bestimmten Standard folgen muss oder es proprietär seinkann. Die Antworten auf diese Fragen führen zur Entscheidung, welcher Standard am besten geeignet ist.

Die Entscheidung über die Technologie liege schlussendlich beim OEM, der drahtloses Laden in seine Geräte integriert. Infineon ist offen, denn laut Lackner kann das Unternehmen für alle Arten von Standards dedizierte Lösungen anbieten.
Nicht nur Komfort, drahtloses Laden hat noch weitere Vorteile
Kabelloses Laden bringt aus der Sicht von Lackner viele Vorteile. Die offensichtlichsten: Das Gerät muss nicht mehr in eine Steckdose eingesteckt werden, und Sorgen um die Steckerkompatibilität sind überflüssig. Dazu kommt noch, dass kabelloses Laden auch sicherer ist, da kein Kontakt mit frei liegenden elektrischen Leitern stattfinden kann – ein Pluspunkt, der beispielsweise für Spielzeuge ein wichtiger Faktor sein kann. Darüber hinaus ist das kabellose Laden in rauen Umgebungen wie z.B. in der Industrie oder im Freien zuverlässiger, denn dann sind hermetisch abgeschlossene Systemdesigns möglich. »Und da sich die kabellose Ladetechnologie im öffentlichen Raum sowie in privaten und öffentlichen Verkehrsmitteln immer weiterverbreitet, können Benutzer ihre Geräte unterwegs schnell und einfach aufladen. Mit mehreren Geräten an einer Ladestation, ohne Kabel entwirren zu müssen«, so Lackner weiter.

Relevante Anbieter

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Verena Lackner, Infineon Technologies: »Es versteht sich von selbst, dass ein einziger Standard für kabelloses Laden eine viel höhere Akzeptanzrate mit sich bringen würde.«
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Infineon setzt auf beide Standards

Lackner erklärt: »Bei Infineon konzentrieren wir uns auf induktives und resonantes drahtloses Laden.« Derzeit sei der induktive Standard Qi die Mainstream-Technologie am Markt, die auf 110 bis 205kHz basiert und über ein In-Band-Verfahren kommuniziert. Neben den standardkonformen Qi-Lösungen gibt es laut Lackner auch einige proprietäre induktive Designs speziell für Leistungsklassen über 15 oder unter 5W. Aus technischer Sicht ist Qi ein induktiver Standard, der eng gekoppeltes Laden unterstützt. Lackner dazu: »Im Vergleich zu anderen Ladetechnologien ist dies die einfachste und deshalb am weitesten verbreitete Lösung.« Sie erfordert allerdings eine sorgfältige Positionierung des zu ladenden Geräts in Bezug auf die Sendespule und ist nur in der Lage, jeweils ein einziges Empfängergerät zu laden. »Durch ein durchdachtes Design und eine hochwertige Elektronik für die Leistungsumwandlung kann die Effizienz des Ladens im 110- bis 205-kHz-Band mit dem kabelgebundenen Laden mithalten«, erklärt Lackner weiter.

Das resonante kabellose Laden dagegen bietet aus ihrer Sicht eine Reihe von Vorteilen, darunter eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit, denn ein Gerät kann in der Nähe des Senders beliebig platziert werden, typischerweise mit einer vertikalen Freiheit von bis zu 30mm, und es können mehrere Geräte unterschiedlicher Größe und Leistung gleichzeitig geladen werden. Diese Technologie arbeitet bei 6,78MHz und kommuniziert über BLE (Bluetooth Low Energy); allerdings gibt es auch proprietäre Lösungen, die eine In-Band-Kommunikation nutzen.

Lackner: »Resonantes, kabelloses Laden arbeitet mit sehr hohen Frequenzen, was erhebliche Probleme für Standard-Leistungstechnologien auf Siliziumbasis in Sende- und Empfangsgeräten, insbesondere bei Designs mit höherer Leistung, mit sich bringt.« Für resonantes kabelloses Laden werden meistens die Class-D-ZVS- (ZVS: Zero Voltage Switching) und die Differenzial-Class-E-Topologie verwendet. Mit beiden Ansätzen werden die Schaltverluste dadurch verringert, dass der Übergang zwischen der Ein- und Aus-Position der Leistungsbauteile im entsprechenden Leistungsschalter bei 0Volt erfolgt.

Viele setzen aber nur auf Qi

Sophia Yi, Product Marketing Manager im Wireless Power Marketing der Mobility Products Division von Renesas Electronics, betont, dass es von entscheidender Bedeutung für den Verbrauchermarkt ist, ein Ökosystem zu schaffen, das die Technologie in den Alltag der Menschen bringt. Und das habe WPC (Qi) gemacht, indem es beharrlich Gerätehersteller zusammengebracht hat, um ein Ökosystem zu schaffen, »in dem alle Qi-kompatiblen Geräte problemlos zusammenarbeiten können und eine hervorragende Benutzererfahrung bieten.« Aus ihrer Sicht ist die Interoperabilität die wichtigste Leistungsanforderung; dennoch geht auch sie davon aus, dass auch andere Technologien mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien koexistieren werden.

Microchip Technology ist bislang ebenfalls auf Qi fokussiert. Vijay Bapu, Manager Product Marketing bei Microchip, merkt denn auch an: »Soweit wir wissen, ist Qi für das Laden von Smartphones der einzige Standard. Bisher wurde die Airfuel-Resonanztechnologie von keinem Mobiltelefonhersteller eingesetzt.« Der Abstand in Richtung z-Achse beträgt bei Qi etwa 5 bis 10mm. Der Spitzenwirkungsgrad kann je nach gewählter Leistungssteuerungstopologie zwischen 70 und 80Prozent variieren. Airfuel-Resonanz verspreche eine Leistungsübertragung von 15W bei einem Abstand in z-Richtung von 2,5cm. Bapu erklärt weiter: »Der Wirkungsgrad hängt weitgehend vom z-Abstand ab und kann zwischen 40 und 75Prozent liegen. Es gab zwar Demonstrationen zum Laden von Laptops mit Airfuel Resonant mit einer Leistung von bis zu 60W, aber nur wenige kommerziell erhältliche Produkte.« Qi sei der am häufigsten genutzte Standard für das Aufladen von Smartphones. »Alle großen Smartphone-Hersteller haben Qi implementiert und alle großen OEMs am Automobilmarkt implementieren ebenfalls Qi«, erklärt Bapu weiter. Airfuel Resonant kann seiner Aussage nach gut in Anwendungen funktionieren, bei denen Strom über eine größere z-Distanz übertragen werden muss, wie z.B. bei einer Tischplatte.


  1. Am Konsumelektronik-Markt ist Qi gesetzt
  2. »Die Entscheidung für Qi war die richtige«
  3. NFC und Weiterentwicklungen bei WPC

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