Passive Bauelemente

Tausch von Ladespulen für die drahtlose Energieübertragung

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Laderegler für die drahtlose Energieübertragung

Der drahtlose Laderegler ist der LTC4120 von Linear Technology integriert in einem einzigen Chip einen drahtlosen Energieempfänger und eine Buck-Batterieladeeinheit (400 mA). Der Regler wird für die Demoschaltung DC1967A verwendet. Die Schwingfrequenz der Empfängerbaugruppe beträgt 127 kHz bei vorhandener und 140 kHz bei fehlender Abstimmung. Bild 4 zeigt die Demoschaltung DC1967A.

Merkmale des LTC4120:

  • Mit der DHC-Funktion (Dynamic Harmonization Control) wird das drahtlose Laden über einen breiten Kopplungsbereich optimiert,
  • breiter Eingangsspannungsbereich von 4,3 bis 40 V,
  • einstellbare Erhaltungsspannung zwischen 3,5 und 11 V,
  • Ladestrom 50 mA bis 400 mA (über einen einzelnen Widerstand programmierbar),
  • ±1% Genauigkeit bei der Rückführspannung,
  • Ladestrom auf 5% genau programmierbar,
  • kein Transformatorkern.

Die drahtlose Demo-Senderschaltung DC1968A in Bild 5 ist ein einfacher Sender, der unter Verwendung einer stromgekoppelten astabilen Kippschaltung entwickelt wurde, deren Schwingungsfrequenz durch einen Schwingkreis festgelegt wird. Die hier festgelegte Schwingungsfrequenz beträgt 130 kHz. Allerdings würde die Betriebsfrequenz abhängig von der Last beim Empfänger und dem Kopplungsfaktor zur Empfängerspule schwanken. Eine andere Version des Senders, gefertigt von Power by Proxy, bietet den zusätzlichen Vorteil der Erkennung fremder Objekte und besitzt eine niedrige Standby-Leistung.

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Mit der DHC-Funktion des LTC4120 wird die Frequenz entsprechend den Leistungsanforderungen des Akkus (Last) entweder nah oder entfernt von der Schwingungsfrequenz des Senders festgelegt: Ist der Kopplungsfaktor zwischen Sende- und Empfangsspule hoch, dann wird die Frequenz so festgelegt, dass die Energieübertragung begrenzt wird; ist der Kopplungsfaktor niedrig, dann wird die Frequenz so eingestellt, dass die Energieübertragung verstärkt wird. Das Merkmal des fehlenden Transformatorkerns beim LTC4120 ermöglicht eine galvanische Trennung ohne Transformatorkern.

Drahtlosspulen von Würth Elektronik und ihre Spezifikationen

Die für die vorliegende Evaluierung ausgewählten Drahtlosspulen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die grobe Zusammenfassung der Spezifikationen soll als Grundlage für weitere Berechnungen dienen.

Wesentliche Parameter des Ladereglers LTC4120

Es ist vor allem wichtig, Betrieb und Merkmale des drahtlosen Ladereglers LTC4120 und die Spezifikationen der Spulen nachzuvollziehen, die in die Demoschaltungen integriert werden sollen. Die Senderspule wird durch eine stromgekoppelte Quelle gespeist, damit vom Sender ein gutes sinusförmiges Signal übertragen wird.

Wie sich dem Datenblatt zum LTC4120 entnehmen lässt, sollten Lx (Induktivität der Senderspule) und Lr (Induktivität der Empfängerspule) idealerweise so ausgewählt werden, dass ein Windungsverhältnis von 1:3 erzielt wird. Die Induktivitätswerte können so ausgewählt werden, dass die erforderliche Spule nicht zu groß ist (falls die Kapazität des Kondensators am sendeseitigen Ende zu niedrig ist) und der Kreisstrom am sendeseitigen Ende nicht zu hoch ist (falls die Induktivität der Primärseite zu niedrig ist).

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