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Analog-/Mixed-Signal-ICs
Darstellung des
Kopplungsversatzes
(links).
Die Prozentanteile
des Q-Faktors (rechts).
Bilder: Integrated Device Technology
Bei der MR-Technik wird die Energie nur bei einer bestimmten
Resonanzfrequenz übertragen. Die Güte Q ist größer und erfordert
eine sehr genaue Impedanz-Netzwerkanpassung beim Empfänger
und Sender. Sowohl bei der MR- als auch MI-Technik muss die
Abweichung der Anpassungsnetzwerk-Parameter genau geregelt
werden, da sich dies direkt auf die übertragene Energie auswirkt.
Bei WPC 1.1 ist die Resonanzfrequenz über einen weiten Bereich
von 100 bis 205 kHz wählbar; ähnlich wie bei PMA mit dem
Frequenzbereich von 277 bis 357 kHz. Die Frequenzbereiche haben
sich jedoch kürzlich geändert und hängen nun von der Eingangs-Versorgungsspannung
ab. Eine typische Güte Q für diese
Lösungen liegt im Bereich 30 bis 50. In A4WP-Lösungen müssen
die Resonanzfrequenz und die Impedanz-Netzwerke zwischen
Empfänger und Sender angepasst sein, da die Frequenz fest ist. Typische
MR-Lösungen erfordern hier höhere Q-Werte (50 bis 100)
als MI-Lösungen.
Power-Management-Architekturen
Die Entwicklung hochleistungsfähiger Power-Management-Architekturen
hat großen Einfluss auf die Umsetzung erfolgreicher
MI- und MR-Lösungen. Um auf der Senderseite einen Strom in
den Resonanzkreis zu induzieren, muss eine DC-zu-AC-Wandlung
erfolgen. Bei der MI-Technik wird dafür ein Halb- oder Vollbrücken-Wechselrichter
verwendet; bei der MR-Technik wird
Strom über einen Leistungsverstärker induziert. Die Leistungsverstärker-Architektur
und Klassifizierung kann je nach Frequenz,
Die ICs erfüllen die Anforderungen der drahtlosen Ladetechnik auf Basis der
Nahfeld-Magnetresonanz.
Standby-Strom, Wirkungsgrad, Größe, Kosten und Integrationsanforderungen
der Anwendung variieren. Während der Wandlung
muss darauf geachtet werden, die Verluste in den Gate-Treibern,
beim Schalten, der Durchleitung, dem Biasing, der Body-Dioden
und parasitäre Verluste, wie zum Beispiel den äquivalenten Serienwiderstand
(ESR) und die äquivalente Serieninduktivität (ESL)
externer Bauelemente, zu verringern. Dies sind die wesentlichen
Herausforderungen bei der Entwicklung hochleistungsfähiger, integrierter
Lösungen.
Je nach Eingangsspannung und Design hat die Prozessauswahl
großen Einfluss auf die Optimierung integrierter Lösungen. Es
gibt mehrere Regelkreise im System, auf die die Stabilität des gesamten
Regelkreises einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit
der Gesamtlösung hat. Sowohl bei der MI- als auch MR-Technik
lässt sich eine ähnliche Performance und Effizienz durch effektives
Power-Management erzielen.
Um die Energieübertragung erfolgreich durchzuführen, muss
der Sender einen korrekt gekoppelten Empfänger erkennen können.
In WPC- und PMA-Lösungen gibt der Sender regelmäßig
„Pings“ aus, um nach einem Empfänger zu suchen. Wird dieser
erkannt, beginnt die Energieübertragung. Diese Lösungen verwenden
Festfrequenzmodulation für die Kommunikation. Andere
Methoden sind Amplituden-, Leistungs-, Strom- und Pulsweitenmodulation
(PWM). Alle diese Optionen lassen sich nutzen, wenn
das Anpassungsnetzwerk zwischen Sender und Empfänger größere
Frequenzschwankungen tolerieren kann.
Da die Anpassungsnetzwerke in A4WP-MR-Lösungen eng aufeinander
abgestimmt sind, kann hier keine Frequenzmodulation
verwendet werden. Ist die Last jedoch fest, lässt sich die Amplitudenmodulation
anwenden. Leistungs- und Strommodulation wird
verwendet, wenn die Empfängerleistung nicht beeinträchtigt wird.
Da bei mobilen Anwendungen die Last in Abhängigkeit von den
verwendeten Funktionen variiert, wäre es schwierig und zudem
auch nicht Größen- beziehungsweise Kosten-effektiv, eine Lösung
mit den oben genannten Modulationsverfahren zu entwickeln.
A4WP nutzt Bluetooth oder ZigBee als Kommunikationsstandard.
Diese Funkübertragungsarten existieren bereits für mobile Lösungen.
Von Vorteil für den Sender ist es außerdem, die Energie an
mehrere Geräte zu übertragen, indem verschiedene Empfänger
erkannt werden. Andere ähnliche Methoden stehen ebenfalls zur
Verfügung.
Kommunikation wird auch verwendet, um über den Status der
Energieübertragung zu informieren. Zum Beispiel ob sich fremde
Objekte im Ladefeld befinden (FOD; Foreign Object Detection)
40 elektronik industrie 03/2013
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