Stromversorgungen

Wie sich magnetische Störungen beim drahtlosen Laden vermeiden lassen

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Ferrite steuern das Magnetfeld

Am besten ist es natürlich, das Magnetfeld dort zu konzentrieren, wo es benötigt wird. So schützt man das Umfeld und erhöht seine Wirksamkeit. Dann werden Materialien mit hohem µ'- und niedrigem µ"-Wert im Bereich der Kommunikationsfrequenz benötigt. Würth Elektronik eiSos bietet verschiedene Ferrittypen an, die diese Anforderungen erfüllen, z.B. die dielektrisch-magnetische Folie WE-FAS, (Bild 2).

Dieses Verbundmaterial ist aus einem Polymer geformt, der mit Ferritpulver gefüllt ist. Es bietet maximale Flexibilität, weist jedoch aufgrund des Polymers reduzierte magnetische Eigenschaften auf. Der µ"-Wert erstreckt sich bis hinauf zu mehreren Gigahertz, und die Folie kann zudem das elektrische Feld abschwächen, sodass es sich hierbei um eine empfehlenswerte Option für die Reduzierung hochfrequenter EMI handelt.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 15 Bildern

Flexible Folie aus gesintertem Ferrit

Ein weiteres Beispiel ist WE-FSFS, eine flexible Folie aus gesintertem Ferrit (Bild 3). Diese Materialserie bietet hohe Permeabilität und niedrige Verluste bei sehr geringer Stärke (ab 0,1 mm). Das Material setzt sich aus angerissenen dünnen Ferritplatten zusammen, die jeweils zwischen einer Schicht Selbstklebeband und einer Außenbeschichtung aus PET angeordnet werden, die Materialschutz, einen hohen Oberflächenwiderstand und eine gute Up/Down-Isolierung bietet. Dabei handelt es sich um die beste Option zur Steuerung des Magnetflusses.

Magnetfelder stören die drahtlose Energieübertragung

Wenn große Leistungen durch Magnetkopplung übertragen werden, durchfließt der vom Sender generierte Magnetfluss den Empfänger, gleichzeitig aber auch die Ladeeinheit und das mobile Gerät (Bild 5). Durch die Streufelder erwärmen sich die benachbarten leitfähigen Komponenten (d.h. der Akku) und induzieren Störungen in die Stromschleifen (ICs, Leiterbahnen).

Das richtige Ferritmaterial ist entscheidend

Die Simulation In Bild 6 zeigt durch farbliche Kennzeichnung, wie sich der Fluss in der Sendespule konzentriert (grün, gelb) und dann die Empfängerspule erreicht, gleichzeitig jedoch auch an der Rückseite des Senders erkennbar ist (hellblau). Durch die Anordnung von Ferritfolien an den Sender- und Empfängerspulen wird der Fluss auf den dazwischen liegenden Bereich konzentriert, und die außerhalb dieses Bereichs gelegenen Schaltungen werden geschützt (Bild 7, Bild 8).

Es gibt verschiedene Standards für die drahtlose Energieübertragung, die bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten (Tabelle). Das Material für die Ferritfolie muss entsprechend (d.h. mit größtmöglichem µ'- und minimalem µ“-Wert) ausgewählt werden. Der Verlustanteil µ" bei WE-FSFS 354 ist über einen Wert von 2 MHz hinaus niedriger als 2, während µ' größer als 200 ist – dies ist die perfekte Schirmung für Qi- und PMA-Standards. Bei höheren Frequenzen ist WE-FSFS 364 aufgrund der niedrigen Verluste die beste Wahl: µ" verbleibt unter 2 bis 13,56 MHz, während µ' auch dann noch über 100 liegt.

Leitfähige Oberflächen stören die Übertragung

NFC-Anwendungen wie mobiles Bezahlen, ÖPNV oder Zugangskontrolle verwenden für den Datenaustausch die Frequenz 13,56 MHz. Sender- und Empfängerspulen müssen so abgestimmt sein, dass sie bei dieser Frequenz resonieren; ein passender Stromkreis ist normalerweise Bestandteil der entsprechenden Schaltung. Allerdings wird die Kommunikation bei Vorhandensein einer leitfähigen Oberfläche (z.B. Akku, Erdungsplatte, Metallgehäuse) im Bereich einer der Spulen aufgrund von Wirbelströmen unterbunden.

Der durch das Lesegerät (Bild 9, blaue Linien) generierte Fluss durchquert die leitfähige Fläche, die die Wirbelströme erzeugt. Durch diese Wirbelströme wird ein Gegenfluss erzeugt (Bild 9, rote Linien), der die Kommunikationseffizienz beeinträchtigt. Gleichzeitig wird die Induktivität der Spule L aufgrund des Vorhandenseins leitfähigen Materials in ihrer Nähe reduziert. Dadurch erhöht sich die Resonanzfrequenz und ist folglich nicht mehr auf die Resonanzfrequenz der anderen Spule abgestimmt.

(ID:42478824)