Transmisión de energía inalámbrica | Dispositivos analógicos

La transmisión inalámbrica de energía tiene numerosas ventajas. Por ejemplo, hace que los contactos de enchufe propensos a fallas sean redundantes. Los dispositivos pueden integrarse en carcasas que están protegidas contra la entrada de humedad. Los usuarios tampoco tienen que tomarse la molestia de enchufar cables. La mayoría de las aplicaciones de transmisión de energía inalámbrica se encuentran en el campo de la carga de baterías en dispositivos portátiles.

Hay algunos estándares establecidos en este campo. Sin embargo, hay muchas aplicaciones para las que no se necesita un estándar; por lo tanto, se puede utilizar una transmisión de potencia optimizada individualmente. La figura 1 muestra un concepto de transferencia de potencia inductiva. Se acercan dos bobinas y se genera una corriente alterna en la bobina primaria. A través del campo magnético resultante, se induce una corriente alterna en la bobina secundaria, como en un transformador.

En principio, el transmisor primario se puede construir con un oscilador simple y algunos componentes discretos. Esto funciona bien para la transmisión a niveles bajos de potencia. Para mayor potencia, se debe utilizar un circuito transmisor integrado como un LTC4125 de Analog Devices. El transmisor se ajusta con mucha precisión a la frecuencia de resonancia dada. Esto permite lograr la máxima transmisión de potencia con componentes específicos. Un LTC4125 también puede detectar objetos extraños en la bobina primaria. Por ejemplo, si se sujeta una pieza de metal contra la bobina, se forman corrientes de Foucault en el metal. Calientan el metal y, especialmente en el caso de alta potencia, pueden provocar lesiones. A niveles de potencia bajos, un objeto extraño solo causaría un calentamiento mínimo y no presentaría un riesgo significativo. El LTC4125 puede detectar objetos metálicos y luego reducir la potencia o interrumpir la transmisión de potencia.

Para ahorrar energía, un LTC4125 puede ajustar la potencia transmitida a los requisitos de potencia del lado secundario.

La Figura 2 muestra un ejemplo de un circuito de demostración con componentes específicos. El gráfico muestra lo que sucede cuando las dos bobinas están compensadas o separadas por cantidades específicas. En un transformador, el factor de acoplamiento suele estar entre 0,95 y 1. En los sistemas inalámbricos de transmisión de energía, los factores de acoplamiento de 0,8 a 0,05 son comunes. En la Figura 2, el desplazamiento de la bobina en milímetros se muestra en el eje x. El espacio entre las dos bobinas, también en milímetros, se muestra en el eje y. Así, si las dos bobinas están exactamente alineadas verticalmente (por ejemplo, el desplazamiento de la bobina es cero) para una potencia de carga de batería de 1 W, la distancia entre las dos bobinas puede ser de hasta 12 mm. Cuanto mayor sea la potencia, más cerca y más precisamente alineadas deben estar las dos bobinas. La potencia transmisible se puede ajustar a través de la elección de los elementos del circuito. Sin embargo, la relación entre el desplazamiento de la bobina y el espaciado de la bobina será similar a la que se muestra en el ejemplo.

Para la transmisión de energía inalámbrica a grandes distancias, se puede utilizar la transmisión de energía RF. Hay configuraciones de prueba que funcionan en la banda ISM. Sin embargo, la potencia transmisible y la eficiencia de transmisión son mucho menores que con el método de acoplamiento inductivo descrito aquí.