Беспроводная система передачи мощности WattUp

В 2015 году компания Energous представила технологию беспроводной передачи мощности WattUp®. Главное отличие WattUp от аналогичных технологий заключалось в возможности одновременного заряда множества устройств без необходимости их размещения на зарядной платформе. В сентябре 2019 Energous анонсировала выпуск отладочного набора для разработчиков беспроводных зарядных устройств
623
В избранное

В настоящее время беспроводные зарядные устройства используются в широком спектре мобильных приложений (смартфоны, планшеты и т.д.). При этом на рынке присутствует несколько конкурирующих технологий от различных производителей. В 2015 году компания Energous предложила свое решение задачи беспроводной зарядки, представив технологию WattUp®.

Традиционные беспроводные зарядные устройства имеют несколько важных ограничений. Речь в первую очередь идет об использовании специальных зарядных платформ и достаточно габаритных приемных и передающих антенн. Кроме того, традиционные решения требуют правильного позиционирования заряжаемых устройств на платформе. При разработке WattUp ставилась амбициозная задача – устранить все эти ограничения.

Технология WattUp создавалась для использования в потребительских, промышленных и автомобильных приложениях. Она должна была обеспечивать одновременный и интеллектуальный заряд множества независимых устройств. При этом предполагалось, что заряжаемые устройства можно будет произвольно ориентировать и располагать на значительной дистанции от зарядного устройства (передатчика энергии). Кроме того, сами приемники мощности должны были отличаться компактными размерами. По сути, разработчики WattUp хотели создать беспроводную зарядную сеть, похожую по своей структуре на традиционные коммуникационные сети, такие как Wi-Fi.

Вполне очевидно, что реализовать в одной технологии все перечисленные требования очень и очень сложно. Однако, судя по всему, компании Energous в партнерстве с компанией Dialog Semiconductor это удалось. В сентябре 2019 года Energous анонсировала выпуск набора разработчика, что свидетельствует о том, что технология WattUp является настолько отработанной, что ее можно передавать широкому кругу производителей электроники.

Структура беспроводной зарядной системы WattUp

В настоящий момент технология WattUp характеризуется ограниченным радиусом действия и использует для передачи энергии ближнее поле (Near Field WattUp). На рис. 1 представлена структурная схема беспроводного канала передачи энергии WattUp. Зарядное устройство организует транспортировку энергии с помощью интегрального передатчика DA4100 и усилителя DA3210. Заряжаемое устройство принимает энергию с помощью приемников DA2210 или DA2223. Выходной сигнал от DA2210 или DA2223 преобразуется с помощью DC/DC-регулятора. В свою очередь DC/DC-регулятор используется для питания Bluetooth-микросхем. Обмен информацией между устройствами осуществляется с помощью коммуникационных Bluetooth-микросхем DA14680, DA14681 или DA14585. Кроме того, микросхемы DA14680 и DA14681 имеют встроенное зарядное устройство для Li-Ion/Li-Poly-аккумуляторов. Передача данных может иметь двунаправленный характер: заряжаемое устройство передаёт информацию о статусе процесса заряда, типе аккумулятора и т.д., а зарядное устройство сообщает о своих параметрах. Для создания передающих и приемных антенн могут быть использованы как обычные жесткие, так и гибкие печатные платы.

Беспроводная система передачи энергии WattUp

Рис. 1. Беспроводная система передачи энергии WattUp

Ключевыми преимуществами беспроводной системы WattUp являются:

  • cверхкомпактные размеры
  • cвобода в позиционировании заряжаемых устройств
  • защищенный коммуникационный канал между передатчиком и приемником
  • отсутствие разъемов
  • возможность создания полностью герметичных устройств

Обзор основных элементов беспроводного канала WattUp

Рассмотрим основные компоненты беспроводного канала WattUp.

DA4100 – интегрированный ВЧ-передатчик энергии выполненный в виде SoC-микросхемы. DA4100 является основополагающим элементом беспроводного канала передачи энергии. Для работы DA4100 требуется внешний кварцевый резонатор и усилитель DA3210.

Передатчик DA4100 формирует ближнее поле (Near Field) и предназначен для питания малопотребляющих аккумуляторных устройств: фитнесс браслетов, беспроводных наушников, беспроводной гарнитуры, умных ручек и т.д.

Структурная схема DA4100 представлена на рис. 2. В состав DA4100 входят следующие блоки: процессор с ядром ARM Cortex® M0+, RAM, ROM, система тактирования (PLL, делители и т.д.), ВЧ-конвертор, усилитель с программируемым коэффициентом усиления (VGA), детекторы мощности (PD), DC/DC-преобразователь, LDO-стабилизаторы, коммуникационные интересы (I2C, UART, SPI), порты ввода-вывода GPIOs, АЦП, ЦАП. Благодаря встроенным преобразователям напряжения DA4100 требует только одного внешнего источника питания 3,3 В.

Структура передатчика DA4100

Рис. 2. Структура передатчика DA4100

DA3210 – мощный интегральный ВЧ-усилитель, который совместно с передатчиком DA4100 формирует ближнее поле, используемое для заряда маломощных устройств.

Структура DA3210 представлена на рис. 3. В его составе присутствуют следующие блоки: программируемый ВЧ-усилитель, параметры которого настраиваются с помощью SPI-интерфейса, детекторы мощности, датчик температуры, аналоговый мультиплексор, который позволяет контролировать напряжение входного и выходного детекторов мощности.

 Структура усилителя DA3210

Рис. 3. Структура усилителя DA3210

DA2210 и DA2223 – приемники беспроводной энергии (рисунок 4 и 5). Приемники требуют внешних антенн и согласующих цепей. В их составе присутствуют преобразователи, которые конвертируют ВЧ-сигнал в постоянное напряжение. Для защиты от перенапряжений на выходе приемников размещены ограничительные цепи.

В зависимости от требуемой выходной мощности, приемники DA2210 и DA2223 позволяют подключать до 4 антенн. Чем больше антенн, тем больше может быть выходная мощность. По данным, предоставляемым компанией Dialog Semiconductor, выходная мощность DA2210 достигает 100 мВт.

Структура приемника DA2210

Рис. 4. Структура приемника DA2210

Структура приемника DA2223

Рис. 5. Структура приемника DA2223

Очевидно, что приемники оказываются наиболее критичным элементом системы. Они, с одной стороны, должны обеспечивать высокое качество приема энергии и иметь повышенную эффективность, а с другой стороны, обладать малыми габаритными размерами. Микросхемы DA2210 и DA2223 оказываются чрезвычайно компактными: 3x3 мм и 1.69x1.39, соответственно (рис. 6). Однако не стоит забывать и об антеннах. По данным компании Dialog Semiconductor, для заряда наушников и других компактных малопотребляющих устройств будет достаточно антенн размером 2x3 мм. Для более мощных приложений, например, для умных часов, потребуется антенна размером 8x8 мм или 10x10 мм. Таким образом, даже с учетом антенн разработчикам вполне по силам разместить приемники DA2210 и DA2223 в компактных корпусах современных гаджетов.

Приемники DA2210 и DA2223 отличаются компактными габаритами

Рис. 6. Приемники DA2210 и DA2223 отличаются компактными габаритами

В беспроводной зарядной системе WattUp за обмен данными по Bluetooth отвечают следующие SOC-микросхемы:

  • DA14680 – Bluetooth-приемопередатчик со встроенной FLASH и зарядным устройством для Li-Ion/Li-Poly-аккумуляторов;
  • DA14681 – Bluetooth-приемопередатчик без встроенной FLASH, но с зарядным устройством для Li-Ion/Li-Poly-аккумуляторов;
  • DA14585 – Bluetooth-приемопередатчик. Не имеет встроенной FLASH и зарядного устройства.

Как отмечалось в начале статьи, первоначальные задачи и требования, поставленные перед технологией WattUp, были чрезвычайно амбициозными. Тем не менее, о том, что технология реализуема на практике, свидетельствует появление набора разработчика, который был анонсирован в сентябре 2019 года (рис. 7). В состав набора входят следующие компоненты:

  • референсный передатчик мощности;
  • Референсный приемник мощности;
  • Мобильное приложение;
  • Руководство разработчика;
  • Документация;
  • Принципиальные схемы приемника и передатчика;
  • SDK;
  • Руководство по проектированию антенн.

Отладочный набор

Рис. 7. Отладочный набор

В качестве заключения можно предположить основные целевые приложения зарядных устройств WattUp с учетом их выходной мощности и радиуса действия (рис. 8):

  • Фитнесс-браслеты
  • Беспроводные наушники
  • Слуховые аппараты и гарнитура
  • Умные ручки;
  • Пульты управления
  • Умные очки
  • Умные часы и т.д.

Области применения систем беспроводной передачи мощности WattUp

Рис. 8. Области применения систем беспроводной передачи мощности WattUp

Источник: https://www.dialog-semiconductor.com

Производитель: Dialog Semiconductors
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
DA14680-01F08A92
DA14680-01F08A92
Dialog Semiconductors
Арт.: 2235802 ИНФО PDF
Доступно: 314 шт. от 1 шт. от 477,36
Выбрать
условия
поставки
BLE 4.2 SOC WITH FLEXPOWER ARM CORTEX M0
DA14680-01F08A92 от 1 шт. от 477,36
314 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DA14585-00ATDEVKT-P
DA14585-00ATDEVKT-P
Dialog Semiconductors
Арт.: 2776218 ИНФО PDF
от 1 шт. от 11676,70
Поиск
предложений
Макетные платы и комплекты - беспроводные BT5.0 Pro Kit MB+DB QN40
DA14585-00ATDEVKT-P от 1 шт. от 11676,70
-
Поиск
предложений
DA14585-00VVDB-P
DA14585-00VVDB-P
Dialog Semiconductors
Арт.: 2776219 ИНФО
от 1 шт. от 4670,67
Поиск
предложений
BLUETOOTH LOW ENERGY DAUGHTERBOARD
DA14585-00VVDB-P от 1 шт. от 4670,67
-
Поиск
предложений
DA14585IOTMSENSOR
DA14585IOTMSENSOR
Dialog Semiconductors
Арт.: 3092399 ИНФО
Доступно: 58 шт. от 1 шт. от 5359,03
Выбрать
условия
поставки
IOT MULTI-SENSOR DONGLE
DA14585IOTMSENSOR от 1 шт. от 5359,03
58 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DA14585IOTMSENSKT
DA14585IOTMSENSKT
Dialog Semiconductors
Арт.: 3092400 ИНФО PDF
Доступно: 16 шт. от 1 шт. от 9732,52
Выбрать
условия
поставки
IOT MULTI SENSOR DEV KIT, BLE/SOC
DA14585IOTMSENSKT от 1 шт. от 9732,52
16 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DA14585-00ATDB-P
DA14585-00ATDB-P
Dialog Semiconductors
Арт.: 3197943 ИНФО
Доступно: 7 шт. от 1 шт. от 3425,49
Выбрать
условия
поставки
BLUETOOTH LOW ENERGY DAUGHTERBOARD Макетные платы и комплекты - беспроводные BT5.0 Pro DB QFN40
DA14585-00ATDB-P от 1 шт. от 3425,49
7 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DA14585-00000AT2
DA14585-00000AT2
Dialog Semiconductors
Арт.: 3201728 ИНФО DT
Доступно: 987 шт. от 1 шт. от 269,32
Выбрать
условия
поставки
MCU, 32BIT, 16MHZ, QFN-40
DA14585-00000AT2 от 1 шт. от 269,32
987 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DA14585-00ATDEVKT-B
DA14585-00ATDEVKT-B
Dialog Semiconductors
Арт.: 3201729 ИНФО
Поиск
предложений
DEV KIT BASIC, BLUETOOTH LOW ENERGY/SOC
DA14585-00ATDEVKT-B
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()