Passive Bauelemente

Tausch von Ladespulen für die drahtlose Energieübertragung

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Die DHC-Funktion verschiebt die Schwingungsfrequenz

Durch die DHC-Funktion des LTC1967A wird die Schwingungsfrequenz auf eine voreingestellte, nicht abgestimmte Frequenz von 140 kHz verschoben, wenn die Spulen einen besseren Kopplungsfaktor aufweisen, d. h. die Spannung bei VIN größer als 14 V ist; ist der Kopplungsfaktor der Spulen hingegen niedrig (VIN < 14 V), dann erfolgt eine Abstimmung auf 127 kHz.

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Deswegen ist es bei der Auswahl der Spule für einen Sendekreis wichtig, auf eine Schwingungsfrequenz zu achten, die höher ist als die im abgestimmten Zustand eingestellte Empfängerfrequenz. Hierdurch wird sichergestellt, dass Sender und Empfänger bei gleicher Frequenz schwingen und dieser Kreis als doppelt abgestimmter Schwingkreis fungiert und der Chip folglich die volle Energieübertragung ermöglicht.

Das Oszillogramm in Bild 9 zeigt das Signal bei Ch1: einen Rechteckimpuls im Bereich der Senderfrequenz. Jedes Mal, wenn das Empfangssignal bei VIN höher ist als die Spannung am DHC-Kontakt, wird der DHC-Kontakt an Masse gelegt, damit sichergestellt ist, dass sich VIN (Ch3) nicht noch weiter erhöht. Die Kurve von Ch2 zeigt das Signal in der Empfängerwindung, Ch4 stellt den Strom durch den Sender dar.

Eine stärkere Kopplung, ein niedrigerer physischer Abstand zwischen Sender und Empfänger und ein höheres Windungsverhältnis gewährleisten eine höhere Spannung auf der Empfängerseite und damit einen höheren Wert für VIN. Die DHC-Funktion begrenzt den Wert der an den DC-DC-Wandler angelegten VIN und stellt damit sicher, dass der Sender in einem weiten Betriebsspannungsbereich betrieben werden kann. Bedingung 2 zeigt, dass der Wirkungsgrad höher ist, wenn die Sinusförmigkeit des Empfangssignals stärker ausgeprägt ist. Aus diesem Grund sollte, sofern die Anwendung einen weiteren Eingangsspannungsbereich erforderlich macht, ein höheres Windungsverhältnis (ca. 3) ausgewählt werden; ist hingegen ein besserer Wirkungsgrad notwendig, dann wird das optimale Windungsverhältnis (bei dem das Empfangssignal möglichst sinusförmig ist) empfohlen.

Sende- und Empfangsspule müssen unter Beachtung aller genannten Parameter sorgfältig ausgewählt werden, um die drahtlose Energieübertragung wahlweise mit einem höheren Wirkungsgrad oder einem breiteren Eingangsspannungsbereich für den Demoschaltkreis DC1969A erzielen zu können. Die Effizienz der Energieübertragung kann mithilfe verschiedener Sende- und Empfängerspulen mit hohen Q-Werten gesteigert werden, die von Würth Elektronik eiSos gefertigt werden.

* Raghu Narayyanan ist Entwicklungsingenieur bei Würth Elektronik eiSos in Boston, USA.

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