Adapter les nouvelles normes à la révolution de l'alimentation sans fil

Introduction

 La technologie d'alimentation sans fil est un domaine de croissance majeur au sein de l'industrie électronique, apportant des améliorations à une grande variété d'applications. Sa croissance est alimentée par un appétit insatiable des consommateurs pour les appareils électroniques portables alimentés par batterie, ainsi que par l'inconvénient de les garder chargés. Le déploiement d'appareils portables pouvant être rechargés sans fil a considérablement augmenté et, à mesure que cette tendance se poursuit, l'alimentation sans fil fera partie de notre vie quotidienne et de nos habitudes d'utilisation des appareils portables.

 L'induction magnétique (MI) et la résonance magnétique (MR) sont les deux technologies prédominantes pour le transfert d'énergie sans fil sur le marché grand public en raison des normes développées, de la miniaturisation des solutions et des réductions de coûts. En raison de son couplage magnétique étroit, IM offre désormais un transfert de puissance plus élevé, une facilité de conception et une efficacité supérieure, tandis que RM offre une plus grande liberté d'espace, plusieurs récepteurs par émetteur et moins d'accumulation de chaleur sur les objets métalliques à proximité. . Dans le domaine de la messagerie instantanée, deux normes prévalent : le Wireless Power Consortium (WPC) avec sa norme « Qi » et la Power Matters Alliance (PMA). Pour les concepteurs d'appareils portables basés sur la messagerie instantanée, il y a le problème d'assurer la compatibilité avec Qi ou PMA, ou avec les deux normes. Les normes RM sont dominées par l'A4WP (Alliance for Wireless Power). Des produits compatibles avec les normes Qi ou PMA sont déjà disponibles, et des produits basés sur A4WP devraient être disponibles l'année prochaine. Cet article passe en revue l'industrie de l'énergie sans fil et la pertinence des technologies IM et MR. Il traite également de ce que les fabricants de puces de réception de puissance IM peuvent faire pour surmonter le problème des deux normes IM.

Un monde de l'énergie sans fil en plein développement 

 Les connexions filaires pour l'alimentation et les données ont été une nuisance inévitable dans de nombreux domaines de notre vie personnelle et professionnelle quotidienne. L'accès sans fil aux données est devenu omniprésent, mais il n'existe pas de telles installations pour l'accès à l'électricité. Transporter des chargeurs, des câbles et des adaptateurs encombrants, ainsi que la difficulté de trouver des prises de courant «publiques» pour les alimenter, sont une source constante d'irritation pour les voyageurs.

 Les téléphones portables en bénéficieront le plus lorsque l'écosystème de l'alimentation sans fil se sera développé et pour un certain nombre de raisons. Les écrans grands et lumineux, les puissants processeurs multicœurs, la suite de radios intégrées, les applications nécessitant des données en temps réel, ainsi que les nouvelles applications biométriques, ont entraîné la nécessité de recharger plusieurs fois par jour. Tout cela complété par la demande des consommateurs pour des appareils plus légers et plus fins. Malheureusement, les densités de puissance des batteries Li-ion n'ont pas augmenté dans la même proportion. Les principaux fabricants d'appareils portables fournissent déjà des téléphones mobiles compatibles Qi (la norme de charge sans fil prédominante aujourd'hui) en réponse à la demande des clients. Les opérateurs de téléphonie mobile sont également motivés à garder les appareils mobiles chargés et à consommer des données sans fil, et sont donc à l'origine de la construction d'écosystèmes d'alimentation sans fil.

 La recharge sans fil n'importe où en plaçant simplement l'appareil sur une surface d'alimentation sans fil nécessite la disponibilité omniprésente de terminaux émetteurs. Ce déploiement se fait sur plusieurs fronts et il existe désormais des terminaux émetteurs Qi et PMA disponibles pour les particuliers et les bureaux et dans une grande variété de formats. Les émetteurs Qi sont disponibles dans les nouveaux modèles de voitures de sociétés comme Toyota et Chrysler, et d'autres fabricants et modèles l'ont envisagé, ainsi que de nombreuses solutions de rechange automobiles qui sont également disponibles. PMA établit rapidement des accords avec des entreprises qui voient l'intérêt de déployer des écosystèmes d'alimentation sans fil et des réseaux intelligents dans leurs restaurants, points de vente, hôtels et autres lieux pour attirer des clients et générer une autre source de revenus potentielle. Par exemple, Starbucks a lancé le programme « Never PowerlessTM » avec des installations à Boston (USA) l'année dernière et plus tard dans la région de la Silicon Valley ; ses plans à moyen terme prévoient l'installation de plus d'un million de bornes de recharge rien qu'aux États-Unis[1]. 

 Les appareils mobiles conçus pour prendre en charge plusieurs normes d'alimentation sans fil bénéficieront le plus des écosystèmes de normes et de stations de diffusion. Cette technologie analogique et numérique en développement rapide introduite par des entreprises comme IDT et la demande croissante d'énergie sans fil sont mises en évidence dans un récent rapport d'IMS Research selon lequel le marché de l'énergie sans fil devrait connaître un taux de croissance élevé dans les années à venir pour dépasser 300 millions d'unités en 2016 et atteindre 1.000 2018 millions d'unités en 2011. Cela représente un taux de croissance remarquable pour un marché qui n'existait presque pas en 1. [XNUMX]

Induction magnétique (IM) et imagerie par résonance magnétique (IRM)

 

 La technologie d'induction magnétique (Qi et PMA) a été la première à arriver sur le marché et domine le marché naissant de l'énergie sans fil. Cependant, l'IRM (A4WP) présente de réels avantages par rapport à l'IM, ainsi que certains défis. La fréquence de fonctionnement fixe plus élevée d'A4WP de 6,78 MHz, par rapport à la gamme 110-205 KHz de Qi, permet un transfert de puissance plus efficace avec des formats de couplage moins rigides (plus grande flexibilité de position) brevetés par la loi de l'inductance de Faraday. Des fréquences y plus élevées et des tensions de bobine plus élevées permettent également aux bobines d'être plus petites et plus fines, ce qui les rend plus faciles à intégrer mécaniquement dans les appareils mobiles. Un autre avantage de la fréquence de fonctionnement plus élevée est moins de chaleur générée sur les objets métalliques à proximité de la borne de transmission en raison des courants de Foucault de surface plus faibles. Cela signifie également que les métaux parasites dans l'appareil chargé (comme la batterie) sont moins susceptibles d'accumuler de la chaleur. La norme A4WP utilise une signalisation Bluetooth® Low Energy (BLE) bidirectionnelle hors bande pour communiquer et réguler les besoins en énergie du ou des appareils à charger. En revanche, Qi et PMA utilisent une méthode de communication unidirectionnelle à modulation de charge dans la bande pour communiquer les informations concernant les informations de régulation à l'émetteur. La méthode Qi est simple et peu coûteuse, mais elle ne peut piloter qu'un seul récepteur, est limitée à de faibles vitesses de communication et peut être sensible aux EMI générées par le système. La mise en œuvre RM présente certaines difficultés sur lesquelles on travaille ainsi que d'autres des solutions de production optimisées pour le marché de masse. Le récepteur MR utilise un circuit réservoir LC à facteur Q élevé qui fonctionne directement à la fréquence de résonance. Le défi consiste à régler le circuit du réservoir sur une fréquence de résonance fixe en fonction de la température et de la tension. Lorsqu'il subit une variation, l'efficacité chute. Les normes IM sont plus faciles à mettre en œuvre car elles fonctionnent toujours au-dessus de la fréquence de résonance et ne nécessitent donc pas de circuit Q élevé ni de composants passifs de précision. Cependant, le coût des composants à tolérance plus élevée pour le circuit RM à Q élevé est compensé par le coût inférieur de la bobine. La bobine de réception MR non blindée est également plus petite et utilise un fil conducteur plus fin que la bobine MR, et devrait donc être moins coûteuse pour ce composant critique.

 Le rayonnement électromagnétique généré par un système d'alimentation sans fil sera une source d'inquiétude pour le consommateur, mais son analyse exhaustive dépasse le cadre de cet article. D'un point de vue mécanique, IM est un système étroitement couplé, ce qui signifie que les bobines d'émission et de réception sont placées directement l'une au-dessus de l'autre, permettant ainsi le transfert de puissance par IM, et c'est cette disposition qui permet d'utiliser directement le blindage en ferrite au-dessus et au-dessous des bobines. Ce blindage en ferrite est précieux pour deux raisons : premièrement, ils améliorent le flux circulaire des lignes de flux magnétique en les maintenant proches des bobines pour un meilleur couplage ; Deuxièmement, les blindages réduisent la quantité de rayonnement électromagnétique émanant du système. RM est un système moins couplé, ce qui signifie que le récepteur peut être à des dizaines de centimètres de l'émetteur et que, par conséquent, les blindages en ferrite ne fourniront pas les avantages de la mise en œuvre IM. Maintenir les niveaux de rayonnement dans des limites de sécurité fait partie des avancées technologiques qui permettent l'accès à la transmission d'énergie sans fil sur le marché grand public.

Le défi du double standard pour la GI à court terme

 

À court terme, un problème potentiel qui pourrait ralentir la prolifération des tapis, tables, comptoirs et autres surfaces de recharge pour l'alimentation sans fil accessible au public, dans des endroits comme les aéroports, les cafétérias et les centres de divertissement, est l'existence de deux normes concurrentes pour la messagerie instantanée. : Qi et PMA. Les deux sont viables et offrent des performances fiables ; par conséquent, les deux semblent adaptés à une installation dans des lieux publics en tant que points d'alimentation sans fil. En théorie, cela pourrait obliger les propriétaires de combinés à rechercher des points d'accès à l'alimentation sans fil compatibles avec leur combiné particulier. Cela conduira sans aucun doute à la frustration des consommateurs et éventuellement à une baisse des taux d'adoption. IDT est une société qui développe des solutions d'alimentation sans fil, qui a reconnu ce problème et l'a résolu en développant des circuits intégrés récepteurs d'alimentation sans fil qui suppriment les barrières de compatibilité entre les normes de transmission avec une solution de récepteur bimode à puce unique. IDT a introduit l'année dernière la solution IC d'émetteur la plus intégrée sur le marché et cette année a introduit la première solution de récepteur bimode. Ces solutions permettent aux fabricants OEM d'appareils mobiles et d'accessoires d'accéder à un marché plus large et d'économiser de l'argent en évitant le besoin de plusieurs versions de produits. Les fabricants OEM peuvent désormais utiliser une seule nomenclature et minimiser l'empreinte de l'application en utilisant une seule configuration de circuit universelle.

Conclusion

 Le marché de l'alimentation sans fil est une nouvelle technologie passionnante qui alimente la révolution de la téléphonie mobile en permettant une autonomie plus longue. 

 Le chargement de la batterie via des adaptateurs spécifiques au produit et des câbles encombrants s'est avéré être un inconvénient et peut-être le maillon le plus faible de l'informatique et des communications portables. Aujourd'hui, avec un écosystème d'alimentation sans fil qui prend rapidement forme, nous attendons avec impatience le jour où nous laisserons nos chargeurs et nos câbles à la maison et ne les utiliserons finalement plus. Les technologies RM et IM ont un avenir devant elles car toutes deux ont des caractéristiques uniques et peuvent servir différentes applications d'alimentation sans fil. Pour chacune de ces options, il existe une saine concurrence entre les normes qui peuvent stimuler l'innovation, même s'il existe un risque de confusion et de frustration de la part des consommateurs. Grâce à la disponibilité de la technologie de récepteur bimode pour la messagerie instantanée afin que les appareils portables puissent fonctionner de manière transparente et automatique avec différentes normes d'alimentation sans fil, ce risque d'un scénario compliqué et indésirable peut être évité.