Transmisión de energía inalámbrica. ¿Es posible lograr una potencia de 100-200w (lado de la carga) usando componentes estándar?

Transmisión de energía inalámbrica. ¿Es posible lograr una potencia de 100-200w (lado de la carga) usando componentes estándar?

Aquí hay una respuesta que lo lleva a cierta distancia en la comprensión de algunos de los problemas y la física. Lo que quiere se parece mucho a cómo funciona un transformador pero sin el núcleo magnético compartido por los devanados primario y secundario. Para un transformador regular, puede obtener fácilmente eficiencias de transferencia de energía superiores al 95%, pero sin un núcleo, comienza a tener problemas.

El principal problema es que el flujo magnético alterno producido por la bobina impulsada se acopla débilmente con la bobina receptora. En el mejor de los casos, dado el escenario descrito, esto podría ser del 30%. Con solo el 30% del flujo recibido, el receptor debe tener 3 veces más vueltas para obtener una transferencia de voltaje de 1:1. Esa es una transferencia de voltaje y no una transferencia de potencia.

Cuando tiene una carga conectada que toma una corriente significativa, ese campo comienza a reducirse: la corriente en la bobina receptora produce un campo de compensación. Esto luego reduce el campo neto y las caídas de voltaje. Más corriente de carga significa más reducciones de voltaje.

Para contrarrestar esto, los diseñadores usan la resonancia. Hacer resonar el devanado de transmisión primario con un capacitor significa que la naturaleza de la corriente que fluye en el primario aumenta enormemente (tal vez diez o veinte veces). Debido a que hay más corriente, hay más flujo magnético proporcionalmente.

Obtener 100 vatios a través de un espacio probablemente signifique una corriente en el ámbito de varias decenas de amperios RMS y esto comienza a significar que necesita usar un cable Litz (fácil de usar y muy limpio pero bastante costoso).

También significa que necesita un oscilador de potencia de alta frecuencia bastante estable que sea capaz de generar 100 vatios más toda la potencia perdida. Esto podría estar en el ámbito de 200 a 300 vatios. Sin una carga en el receptor, eso no es un gran problema, pero debe tener cuidado de no producir emisiones que puedan afectar otras piezas electrónicas locales.

En general, es un trabajo problemático para alguien con experiencia en electrónica y magnetismo. Probablemente podría descifrarlo después de unos meses (y tengo patentes en este tipo de tecnología magnética de CA), pero podría llevarle un año más o menos o incluso más.

Aquí hay una simulación: -

He elegido una inductancia primaria de 1uH, un acoplamiento del 50% y una inductancia secundaria de 4 uH (el doble de vueltas que la primaria). Hay una carga de 1 ohm conectada al secundario y esa carga está sintonizada en serie con 8,4 nF para maximizar la transferencia de energía. El oscilador funciona a 1 MHz.

Cuando hace los cálculos para calcular el valor del capacitor, encuentra que la inductancia efectiva después de todo el acoplamiento parcial es de 3 uH.

Con Rval (resistencia de la bobina primaria) de 0,1 ohmios, será el doble en la secundaria porque hay el doble de vueltas. Para obtener 100 vatios, se requieren 28,8 Vp-p en la carga de 1 ohm.

Esto requiere 37,2 Vp-p en la entrada y una corriente de entrada de unos 10 amperios RMS. Mi simulador me dice que la potencia de entrada es de aproximadamente 131 vatios, por lo que no es una mala ineficiencia, pero recuerde que el acoplamiento de la bobina es del 50% y demasiado optimista.

Así que ahora, el acoplamiento ha bajado al 30% e inmediatamente hemos perdido la sintonía resonante porque el valor efectivo de la inductancia ha cambiado. Siendo la entrada anterior la misma, la potencia de salida es de unos míseros 5,4 Vp-p. Para restaurar la salida a 100 vatios, ahora se necesita una potencia de entrada de aproximadamente 150 vatios, pero ahora el voltaje de entrada debe aumentarse masivamente de 37,2 Vp-p a 194 Vp-p para superar todo el efecto de desafinación de mover el acoplamiento ( esto es lo mismo que separar un poco las dos bobinas).

¿Ves la logística del problema? Puede optimizar la sintonización para brindar una eficiencia energética decente a cierta distancia, luego, cuando separa las bobinas, obtiene una desafinación masiva y luego tiene que forzar una gran cantidad de potencia reactiva en el devanado primario para obtener lo que desea. términos de potencia de salida.

La simulación es un circuito muy simple: no hay oscilador de potencia y no hay rectificación ni regulación del receptor; es solo una onda sinusoidal de entrada y una onda sinusoidal de salida a través de una carga de 1 ohm.

Tropecé con esta pregunta mientras buscaba una respuesta con respecto a un cargador que compré que realmente se adapta muy bien a sus necesidades.

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Artículo de Mouser

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