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Incorporazione di alimentazione wireless con i kit di riferimento Tx / Rx di IDT

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Anonim

Incorporazione di alimentazione wireless con i kit di riferimento Tx / Rx di IDT


Due schede di valutazione IDT consentono di integrare rapidamente e comodamente l'alimentazione wireless nei progetti.

La ricerca di wireless continua

Nonostante la continua proliferazione della tecnologia wireless nelle sue varie forme, dobbiamo solo guardare alle linee elettriche per ricordare a noi stessi che i fili metallici sono ancora il modo preferito per trasferire l'energia dalla sorgente al carico. Ma anche questo paradigma è soggetto all'innovazione e una delle aziende che cerca di guidare questa innovazione è Integrated Device Technology (IDT). In questo articolo esploreremo una soluzione di alimentazione wireless comprendente schede di valutazione per IC trasmettitore P9038 di IDT e IC ricevitore P9025AC.

Ma in primo luogo: perché Wireless Power "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/IDT1_withquarter.JPG" />

Due sofisticati circuiti integrati, numerosi componenti passivi, un'enorme bobina del trasmettitore, una bobina di carica un po 'meno enorme, due PCB accuratamente progettati. . . . È giusto fare l'ipotesi iniziale che cavi e connettori siano qui per rimanere. Ma il problema non è così semplice, quindi discutiamo brevemente alcuni vantaggi della potenza wireless.

In primo luogo, bisogna riconoscere che la trasmissione di potenza senza fili fa appello all'innato apprezzamento umano per il nuovo e il diverso. Questo non è il tipo di analisi costi-benefici che vedrai in un manuale di ingegneria, ma è la realtà, specialmente nel contesto del mercato dell'elettronica di consumo. Vi sono, tuttavia, vantaggi di natura più "scientifica", la maggior parte dei quali sono legati all'assenza di connettori. Un gadget alimentato a batteria da 500 $ non vale la pena se non è possibile ricaricarlo perché un connettore non funziona in un modo o nell'altro: i contatti si corrodono, gli alloggiamenti si ammaccano, i perni si piegano, i contatti a molla diventano meno elastici. Anche i connettori sono un impedimento per un prodotto veramente impermeabile; con la trasmissione di potenza senza fili, i dispositivi portatili completamente immergibili diventano molto più fattibili. E poi c'è il problema di compatibilità: meno connettori significano meno problemi nel mantenere l'armonia meccanica tra vecchio e nuovo hardware o tra prodotti di produttori diversi.

Dobbiamo anche tenere presente che il dispositivo stesso necessita solo della parte ricevente del circuito di trasmissione di potenza wireless. La parte più voluminosa (e più costosa) è il trasmettitore, ma idealmente il trasmettitore verrebbe incorporato in un modulo di ricarica wireless standardizzato. Pertanto, una persona potrebbe possedere una mezza dozzina di gadget wireless, ma solo una stazione di ricarica compatibile con tutti i gadget. È vero che il ricevitore - a circa 3 cm × 6, 5 cm - non è esattamente "compatto" per gli standard odierni, ma ci sono certamente molti prodotti che potrebbero trovare un posto per questo modulo semplicemente perché è così sottile.

La coppia di schede di valutazione

Le schede di valutazione P9038 e P9025AC costituiscono una soluzione di alimentazione wireless conforme a Qi da 5 Watt. Lo standard Qi (pronunciato "chee") è un insieme stabilito di linee guida per la progettazione di dispositivi che incorporano il trasferimento di potenza induttivo o risonante. Il trasferimento di potenza induttivo richiede che il trasmettitore e il ricevitore siano abbastanza allineati e separati di meno di circa 7 mm; il trasferimento di potenza risonante è più flessibile in termini di allineamento e distanza di separazione, ma al costo di una minore efficienza e, in alcuni casi, di livelli più elevati di interferenza elettromagnetica (EMI). Le schede discusse in questo articolo utilizzano il trasferimento di potenza induttivo.

IDT sottolinea che questi kit di riferimento non sono quelli che di solito pensiamo come schede di valutazione. Sono principalmente destinati non alla sperimentazione, ma piuttosto alla rapida integrazione in progetti esistenti o imminenti. I layout della scheda sono ottimizzati in termini di prestazioni e dimensioni, con una minima dotazione di punti di test, intestazioni o altri componenti che faciliterebbero una valutazione approfondita. Insieme alle schede stesse, IDT fornisce schemi, file gerber, linee guida di layout e varie altre risorse digitali. Ecco la lista piuttosto estesa di documentazione tecnica per la scheda ricevente:

Per valutare: Plug In, Stack Boards

Non ci vuole molto sforzo per ottenere 5 Watt di potenza wireless da queste schede. Collegare la scheda del trasmettitore a un caricabatterie USB tramite il connettore Micro-B, posizionare la scheda ricevente nella parte superiore (come mostrato nell'immagine seguente) e attendere il LED verde sul ricevitore per indicare che si dispone di 5 V sui terminali di uscita .

Un LED verde lampeggiante sulla scheda del trasmettitore indica il successo del trasferimento di potenza e un LED rosso fisso indica che il trasferimento di potenza è cessato, presumibilmente a causa di una distanza eccessiva o di un disallineamento tra trasmettitore e ricevitore.

Saldiamo alcuni fili ai terminali GND e OUT in modo da poter dare un'occhiata più da vicino alle caratteristiche di alimentazione della coppia Tx / Rx. Il modulo ricevitore è essenzialmente un raddrizzatore sincrono full-bridge che alimenta un regolatore di tensione a bassa caduta. La tensione di uscita nominale è di 5, 3 V, come confermato dall'oscilloscopio e la corrente di uscita nominale è 1 A (massimo assoluto 1, 5 A).

Possiamo raccogliere alcuni punti dati per valutare le capacità di regolazione del carico dello stadio di uscita. (Tutte le misure in questa sezione presuppongono un allineamento ottimale tra trasmettitore e ricevitore.) A vuoto, l'uscita è 5, 34 V, come mostrato sopra. La seguente tabella fornisce la tensione di uscita all'aumentare della corrente di carico.

CaricareTensione di uscitaCorrente di uscita
50 Ω5, 28 V106 mA
33 Ω5, 24 V159 mA
25 Ω5, 22 V209 mA
13 Ω5, 20 V400 mA

Pertanto, oltre questo intervallo di corrente di uscita moderata, abbiamo una riduzione dell'1, 5% della tensione di uscita. Questo è un po 'più alto di quello che ci aspetteremmo da un IC standard del regolatore lineare, ma non è certamente un problema serio, specialmente considerando che la maggior parte delle applicazioni regolerà l'uscita del P9025AC a una tensione inferiore.

Le misurazioni effettuate con un ulteriore 3 mm di separazione tra trasmettitore e ricevitore indicano che la regolazione del carico non è influenzata negativamente da incrementi moderati della distanza di separazione.

Ora diamo un'occhiata al rumore di uscita. Questa prima traccia di ambito è il rumore di uscita a vuoto.

Qui vediamo un'ondulazione dell'output picco-picco di 15 mV, che è abbastanza buona, infatti, 15 mV picco-picco è una specifica di rumore rispettabile per i regolatori di commutazione standard, che ricevono la potenza in ingresso attraverso una traccia PCB in rame piuttosto che un campo magnetico oscillante. La frequenza del rumore, tuttavia, potrebbe presentare problemi per applicazioni altamente sensibili. A 120 kHz, questo ripple sarebbe più difficile da filtrare rispetto al rumore proveniente dai regolatori di commutazione, molti dei quali ora operano a frequenze superiori a 1 MHz.

Ecco il rumore di uscita con una corrente di carico di 400 mA:

La frequenza è più alta, ma il punto importante è che l'ampiezza è circa la stessa. Ciò indica che il rumore di uscita non varia in modo significativo con la corrente di carico, che è una buona cosa. La seguente traccia è il rumore con una corrente di carico di 400 mA e un ulteriore 3 mm di separazione tra il trasmettitore e il ricevitore.

Sulla base di questi risultati, sembra che il rumore in uscita del P9025AC non sia fortemente influenzato da variazioni moderate della corrente di carico o della distanza di separazione.

Prossimità e allineamento

Le misurazioni presentate sopra ci danno ragione di ritenere che questi kit di riferimento IDT possano raggiungere un'alimentazione wireless stabile ea basso rumore, se, cioè, le schede sono allineate correttamente e separate da una distanza appropriata. In altre parole, se si desidera prestazioni affidabili, il dispositivo deve imporre vincoli meccanici che garantiscano una relazione spaziale accettabile tra trasmettitore e ricevitore.

Innanzitutto consideriamo i limiti operativi. La tensione di uscita verrà automaticamente disattivata nelle seguenti condizioni:

  • quando la distanza tra la bobina del trasmettitore e la bobina del ricevitore supera circa 18 mm
  • quando il disallineamento supera ciò che è rappresentato nelle seguenti tre immagini

La prossima domanda è: cosa succede tra la separazione / l'allineamento ottimale ei limiti a cui l'uscita viene definitivamente disattivata? La risposta a questa domanda è meglio comunicata dai seguenti video.

Come potete vedere, la transizione tra operativa e non operativa non è particolarmente scorrevole. La tensione in uscita diminuisce gradualmente man mano che aumenta la distanza di separazione o il grado di disallineamento e, in caso di disallineamento, la tensione di uscita subisce alcune fluttuazioni dolorose prima di essere infine messa a tacere. Le tensioni transitorie visualizzate in questi video potrebbero portare ad alcuni comportamenti del circuito davvero imprevedibili, e quindi è necessario sottolineare ciò che è stato detto all'inizio di questa sezione: il trasferimento di potenza wireless, in particolare il trasferimento di potenza induttivo, richiede un'attenta attenzione all'allineamento e alla separazione tra trasmettitore e ricevitore.

Ricapitolare

I kit di valutazione P9038 e P9025AC di IDT sono un eccellente trampolino di lancio nel mondo in continua espansione della potenza wireless. Consentono una rapida prototipazione e un'integrazione quasi invisibile in molti dispositivi e l'abbondanza di informazioni tecniche e risorse di supporto alla progettazione dovrebbe facilitare notevolmente le modifiche o le personalizzazioni che è necessario apportare. La qualità della tensione di uscita sembra più che adeguata per le applicazioni di segnali digitali e a segnali misti, soprattutto data la facilità di regolare ulteriormente un'alimentazione da 5, 3 V alle tensioni inferiori comunemente richieste dai circuiti integrati digitali e analogici. La modalità di guasto più importante è legata alla spaziatura e all'allineamento impropri, pertanto i vincoli meccanici devono essere inclusi come parte integrante dello sforzo di progettazione. Il prossimo articolo di questa serie analizzerà il grado in cui l'EMI generato dalla scheda del trasmettitore di potenza degrada le prestazioni dei circuiti a segnali misti.

Dare a questo progetto una prova per te! Ottieni il BOM.