Stromversorgungen

Wie sich magnetische Störungen beim drahtlosen Laden vermeiden lassen

| Autor / Redakteur: Jorge Victoria * / Thomas Kuther

Störungen des Magnetflusses beim drahtlosen Übertragen von Energie lassen sich mit geeigneten Ferritfolien verhindern
Störungen des Magnetflusses beim drahtlosen Übertragen von Energie lassen sich mit geeigneten Ferritfolien verhindern (Bild: Würth Elektronik)

Drahtlos ist derzeit voll im Trend – und zwar nicht nur, wenn es um Daten, Sprache und Bilder geht. Denn immer mehr Anwender haben es satt, für ihre verschiedenen Mobilgeräte immer zig unterschiedliche Ladegeräte mitschleppen zu müssen. „Wireless Charging“ heißt die Lösung, mit der sich Smartphone & Co. drahtlos laden lassen. Aber immer wieder stören Magnetfelder die schnurlose Übertragung, da die Abstände zwischen empfindlichen Komponenten und Geräten immer kleiner werden. Wir verraten Ihnen, wie sich solche Störungen verhindern lassen.

Aufgrund des immer kleineren Abstands zwischen Leiterplatten, integrierten Schaltungen und anderen empfindlichen Geräten kommt es in letzter Zeit vermehrt zu Störungen durch Magnetfelder. Gleichzeitig wird die schnurlose Übertragung von Energie und Daten auf Magnetkopplungsbasis immer beliebter: Qi-WPC, NFC, RFID, PMA, A4WP, WCT etc. sind nur einige Beispiele von vielen.

Mit Ferritmaterialien lässt sich der Magnetfluss steuern und so die Effizienz der Energieübertragung verbessern, Zuverlässigkeit und Reichweite der Datenübertragung erhöhen und unerwünschte Störmagnetkopplungen vermeiden.

Ferrite schirmen Magnetfelder

Wie nun können Ferritmaterialien Magnetfelder so umleiten, dass die Leistungsfähigkeit der HF-Kommunikation verbessert wird und elektromagnetische Störungen unterdrückt werden? Ferritmaterialien weisen, wenn sie in einem Magnetfeld H platziert werden, die Fähigkeit zur Konzentration des Magnetflusses auf (Bild 1). Diese Fähigkeit wird durch die relative Permeabilität quantifiziert: µ = B / B0

Wir können nun nützliche ebenso wie unerwünschte Magnetfelder (Störfelder) steuern, indem wir die Ferrite gezielt platzieren und formen.

Das passende Ferritmaterial für die jeweilige Frequenz

Ein Teil des konzentrierten Flusses wird aufgrund von Ummagnetisierungsverlusten und Wirbelströmen in Wärme umgewandelt. Zur Quantifizierung dieser Verluste und der Effizienz der Flussumleitung können wir die Permeabilität in den Idealanteil µ' und den Verlustanteil µ'' unterteilen. Dies kennen wir als komplexe Permeabilität µr = µ' – j µ''. Ferritmaterialien mit einem hohen µ''-Wert sind nützlich beim Umgang mit Störungen, während ein hoher Wert für µ' zur Maximierung der Magnetflusssteuerung erforderlich ist. Beide Parameter hängen von der Frequenz (Bild 4) ab, d.h., das Material muss so ausgewählt werden, dass es in dem von der Anwendung vorgegebenen Frequenzbereich auch funktioniert.

Magnetische Kopplung bei geringen Abständen

Technologien wie NFC und die drahtlose Energieübertragung stellen für Effizienz und Schirmung eine Herausforderung dar. Sie funktionieren mit magnetischer Kopplung bei geringen Abständen und sind in der Regel von hochintegrierten elektronischen Schaltungen umgeben, bei denen Platz und Gewicht begrenzt sind. Zwar können klassische leitfähige Schirmungen gegen unerwünschte Störkopplungen schützen, indem sie ein Gegenfeld erzeugen, doch fällt die Effizienz der gewünschten Übertragung in diesem Fall drastisch ab.

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