تکنولوژی برق بی‌سیم

در این مقاله قصد داریم در مورد تکنولوژی برق بی‌سیم یا WPT صحبت کنیم.

فهرست مطالب

1. مقدمه
2. تکنولوژی برق بی‌سیم و تاریخچه آن
3. انواع فناوری های انتقال برق بی‌سیم
4. استانداردهای انتقال برق بی‌سیم
5. کاربردهای انتقال برق بی‌سیم

1- مقدمه

هر سیستم یا دستگاه الکترونیکی برای کار کردن به برق نیاز دارد، خواه برق مورد نیاز از منبع AC دیواری شما تامین شود یا از باتری.

در واقع مسئله این‌است که توان الکتریکی را نمی‌توان به طور بی نهایت در هیچ دستگاه قابل شارژی مانند باتری ها، کندانسورها یا ابرخازن ها ذخیره کرد.

بنابراین دستگاه‌هایی که قابلت شارژ دارند باید بتوانند به خطوط برق AC متصل شوند تا باتری‌هایشان به طور مرتب شارژ شوند.

در حال حاضر از کابل‌های الکتریکی برای اتصال دستگاه‌های شارژی مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، هدفون‌ها، بلندگوهای بلوتوث و غیره به آداپتورهای AC-DC استفاده می‌شود.

استفاده از کابل‌های هادی الکترونیکی برای انتقال نیرو یا داده بین دو سیستم، اساسی ترین و محبوب ترین راه از زمان کشف الکتریسیته است.

و مردم تا به امروز از استفاده از کابل‌های الکتریکی راضی بوده اند، اما پیشرفت تکنولوژی، ایمنی انسان و تشنگی بشر برای رسیدن به کمال منجر به تعریف مفاهیمی چون انتقال برق (توان) بی‌سیم (WPT) یا انتقال انرژی بی‌سیم (WET) شده‌است.

انتقال توان بی‌سیم (WPT) می‌تواند با ایجاد انقلابی در زمینه انتقال نیرو، یک تغییر بسیار اساسی و بزرگ ایجاد کند.

از این رو، در این مقاله یک نمای کلی از طرح انتقال توان بی‌سیم جهت آشنایی و درک بهتر ارائه شده‌است.

2- تکنولوژی برق بی‌سیم و تاریخچه آن

انتقال برق بی‌سیم (WPT)، همچنین به عنوان انتقال انرژی بی‌سیم و انتقال برق الکترومغناطیسی نیز شناخته می‌شود، روشی است که از طریق آن می‌توان برق را بدون اتصال فیزیکی مانند سیم یا کابل در فواصل کوتاه یا طولانی منتقل کرد.

مفهوم انتقال برق بی‌سیم، جدید نیست.

حق اختراع اصلی نیکولا تسلا در این مورد بیش از 100 سال پیش صادر شده‌است.

او با الهام از این ایده که اتمسفر زمین، رسانا است، که در آن زمان رایج بود، انتقال بی‌سیم توان به فواصل دلخواه را با ساختن برج‌های متعدد در سراسر سطح زمین تصور کرد.

هدف او، برانگیختن امواج ساکن در اتمسفر بود، به طوری که هر دستگاهی بتواند با تنظیم‌کردن آن از نیروی موجود استفاده کند (هدف او بسیار جاه طلبانه بود چراکه رادیو هنوز به عنوان یک اختراع در حال انجام و ساخت بود).

به منظور پیگیری این پروژه، تسلا آزمایشگاه خود را به کلرادو منتقل کرد تا رسانایی جو زمین را مطالعه کند، و چیزی را بسازد که بعدها به یکی از بزرگترین سیم‌پیچ‌های تسلا، یعنی‌فرستنده بزرگنمایی تبدیل‌می‌شود.

تسلا با فرض موفقیت آزمایش‌های خود و هدایت جو زمین، به نیویورک بازگشت و توانست بودجه‌ای برای تحقیق در مورد تلگراف بی‌سیم که در برج واردن کلیف محقق‌شد، به دست‌آورد.

اما او، پس از اطلاع از انتقال رادیویی مارکونی در سال 1901، هدف پروژه خود را تغییر داد و آن را برای دستیابی به اهداف دیگری، از جمله انتقال برق بی‌سیم، گسترش داد.

اگرچه گفته‌می‌شود که مشکلات تامین مالی پروژه، منجر به ترک آزمایشگاه در سال 1906 و پایان یافتن کار او برای سیستم برق بی‌سیم جهانی‌شد.

تا دهه 1950،

فناوری تولید تشعشعات مایکروویو با قدرت بالا، به اندازه کافی برای کاربردهای دنیای واقعی، توسعه نیافته بود.

با توسعه تقویت‌کننده میدان متقاطع، شرکت Raytheon این محدودیت را حل کرد و اولین پروژه انتقال انرژی بی‌سیم را با تمرکز بر تشعشع پیشنهاد‌کرد: پلت‌فرم هوایی که می‌تواند ارتباطات خط دید را فراهم کند، پلتفرم مایکروویو هوابرد Raytheon (RAMP).

از این رو عصر انتقال انرژی بی‌سیم با تمرکز امواج مایکروویو آغاز شد.

و در سال 1961 مقاله ای جهت بررسی نظری امواج مایکروویو توسط گوبو و شرینگ، منتشر شد.

در سال 1964، ویلیام براون در زمینه سیستم برق بی‌سیم دوربرد، توانایی استفاده از امواج مایکروویو برای ارسال 30 کیلووات انرژی در طول یک مایل با راندمان 54 درصد را نشان‌داد و اشاره کرد که برای بازدهی بالاتر از 70 درصد باید بخش‌های بیشتری از سیستم درگیر پالایش شوند.

در سال‌های بعدی نیز، پروژه‌های مختلفی مانند ماهواره فضایی خورشیدی، آنتن یکسوساز، مطالعه SPS ، آزمایش مایکروویو در فضا و غیره انجام شد.

یکی از شاهکارهای چشمگیر در سال 1987 توسط مرکز تحقیقات ارتباطات کانادا انجام شد.

این مرکز موفق شد یک هواپیمای بدون سرنشین با طول بال 4.5 متر به نام Stationary High Altitude Relay Platform (SHARP) را در یک دایره به قطر 2 کیلومتر در ارتفاع 13 مایلی با تابش پرتو 500 کیلووات انرژی در فرکانس 5.8 گیگاهرتز، در انتهای طیف تابش مایکروویو، به پرواز درآورد.

پس از آن، پیشرفت‌ها در زمینه تکنولوژی بی‌سیم منجر به مطالعه آرایه‌های فازی و انجام آزمایش در این زمینه گردید.

در حال حاضر نیز، در جدیدترین تحقیقات و پیشنهادات از امواج مایکروویو استفاده‌می‌شود چراکه محدوده فرکانس مناسبی برای انتقال دارد.

3- انواع فناوری‌های انتقال برق بی‌سیم

از زمانی که مفهوم انتقال برق بی‌سیم رایج شده‌است، دانشمندان و مهندسان راه‌های مختلفی برای تحقق این مفهوم پیدا کرده‌اند.

اگرچه بیشتر آزمایشات انجام‌شده منجر به شکست یا نتایج غیرعملی ‌گردیده‌است، تعداد کمی از آن‌ها نتایج رضایت‌بخشی داشته‌اند.

هریک از روش‌های آزمایش‌شده و کارآمد برای دستیابی به انتقال برق بی‌سیم دارای مزایا، معایب و ویژگی‌‌های خاص خود هستند.

برای درک بهتر این روش‌ها، تمامی آن‌ها بر اساس فاصله انتقال، حداکثر توان و روش مورد استفاده‌برای دستیابی به انتقال توان، طبقه بندی شده‌اند.

در شکل زیر روش‌های مختلف استفاده‌شده برای دستیابی به فناوری انتقال توان بی‌سیم و طبقه‌بندی آنها را مشاهده‌می‌کنیم.

تکنولوژی برق بی‌سیم

با توجه به نمودار،

1- اولین و مهمترین طبقه بندی بر این اساس است که انتقال توان تا چه حد امکان پذیر است.

در روش‌های آزمایش‌شده، برخی می‌توانند به صورت بی‌سیم توان را به بارهایی در فواصل دورتر برسانند، در حالی که برخی دیگر فقط می‌توانند انرژی را به بارهایی که تنها چند سانتی‌متر از منبع دورتر هستند، برسانند.

پس تقسیم بندی اول بر اساس نزدیک بودن یا دور بودن روش است.

2- تفاوت در قابلیت فاصله، بر اساس نوع پدیده ای است که توسط روش‌های مختلف برای دستیابی به انتقال توان بی‌سیم استفاده می‌شود.

به عنوان مثال، اگر روش مورد استفاده برای ارائه توان، القای الکترومغناطیسی باشد، حداکثر فاصله نمی‌تواند بیشتر از 5 سانتی متر باشد.

چراکه با افزایش فاصله بین منبع و بار، تلفات شار مغناطیسی به طور تصاعدی افزایش می‌یابد که منجر به تلفات توان غیرقابل قبول می‌شود.

از سوی دیگر، اگر روش مورد استفاده برای ارائه توان، تابش الکترومغناطیسی (EMR) باشد، حداکثر فاصله می‌تواند تا چند متر بیش تر شود، چراکه تابش الکترومغناطیسی را می‌توان در یک نقطه کانونی، که در فاصله چند متری از منبع قرار دارد، متمرکز کرد.

همچنین، روش‌هایی که از تابش الکترومغناطیسی به عنوان یک رسانه برای ارائه توان استفاده‌می‌کنند، در مقایسه با سایر روش ها، کارایی بالاتری دارند.

در میان راه‌های ذکر شده، برخی محبوب‌تر هستند که در ادامه روش‌های محبوبی که به طور گسترده استفاده‌می‌شوند، مورد بحث قرار گرفته‌اند.

پیشینه نظری

با توجه به مکانیسم انتقال انرژی، انتقال توان بی‌سیم را می‌توان به دو نوع اصلی طبقه‌بندی کرد که عبارتند از: Far field و Near field

3-1- انتقال برق بی‌سیم Far field

انتقال توان بی‌سیم که تابش الکترومغناطیسی WPT نیز نامیده‌می‌شود، از امواج الکترومغناطیسی مانند سیگنال‌های فرکانس رادیویی جهت انتقال انرژی به شکل تابش استفاده‌می‌کند.

که البته موج مذکور توسط میدان الکتریکی منتقل‌می‌شود.

انتقال برق بی‌سیم Far field شامل انتقال توان مایکروویو (MPT)، انتقال توان لیزری (LPT) و انتقال انرژی خورشیدی (SPT) است که در ادامه به توضیح هریک پرداخته شده‌است.

1) انتقال توان مایکروویو (MPT)

انتقال توان مایکروویو (MPT)، که بر اساس تابش الکترومغناطیسی‌است، از اثر تابش Far field الکترومغناطیسی برای انتقال نیرو در فضای آزاد استفاده می‌کند.

سطح انتقال توان بالا با استفاده از این فناوری هنگامی که در ایستگاه‌های پایه مقداردهی اولیه شده و به دستگاه‌های تلفن همراه و ایستگاه گیرنده تغذیه می‌شود، تضمین می‌شود.

اگرچه انتقال توان مایکروویو در زمینه تبدیل انرژی موثر است، با این حال، دشواری تجربه شده در تلاش برای تمرکز پرتو بر روی یک منطقه کوچک، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند.

در این روش، انتقال نیرو با تبدیل انرژی الکتریکی به امواج مایکروویو آغاز می‌شود که سپس توسط رکتنا (آنتن یکسوساز) دریافت می‌شود.

در استفاده‌از این فناوری، جریان متناوب (AC) مستقیماً به انرژی مایکروویو مورد نیاز تبدیل نمی‌شود، بلکه ابتدا باید به جریان مستقیم (DC) و سپس با استفاده‌از مگنترون به مایکروویو تبدیل شود.

رکتنا امواج ارسالی را دریافت می‌کند و به طور موثر امواج مایکروویو را به الکتریسیته به شکل DC تغییر می‌دهد که سپس به AC برمی گردد.

به عبارت ساده‌تر در این روش، ابتدا فرستنده، برق را از یک پریز یا هر منبع برق پایدار دیگری دریافت می‌کند و سپس توان AC دریافت شده را تا حد مورد نیاز تنظیم می‌کند.

پس از آن، توان ارسالی با مصرف این منبع تغذیه تنظیم شده، امواج مایکروویو را تولید می‌کند.

امواج مایکروویو بدون هیچ وقفه ای در هوا حرکت می‌کنند و به گیرنده یا بار می رسند، البته گیرنده مجهز به دستگاه‌های مناسب برای دریافت این تشعشعات مایکروویو و تبدیل آن به انرژی الکتریکی است.

توان الکتریکی تبدیل شده مستقیماً با مقدار تابش مایکروویو رسیده به گیرنده، متناسب است و از این رو انتقال توان بی‌سیم با‌استفاده از تابش مایکروویو حاصل می‌شود.

2) انتقال توان لیزری (LPT)

در انتقال توان لیزری (LPT)، توان، تحت فرکانس مرئی یا نزدیک به مادون قرمز انتقال می‌یابد.

این دستگاه از نور لیزر بسیار متمرکز استفاده‌می‌کند و گیرنده انرژی را هدف قرار می‌دهد تا به تحویل توان کارآمد در فواصل طولانی برسد.

گیرنده انرژی لیزر از سلول‌های فتوولتائیک مخصوص برای تبدیل نور لیزر دریافتی به الکتریسیته استفاده‌می‌کند.

انتقال توان لیزری دارای مزیت متمرکز کردن انرژی‌است.

با این حال، تابش لیزر خطرناک‌است و به پیوند خط دید (LOS) و اشاره دقیق به سمت‌گیرنده، نیاز‌دارد که می‌تواند برای دستیابی به این عمل بسیار چالش برانگیز‌باشد.

علاوه بر این، این روش به مکانیسم‌های ردیابی پیچیده و طیف وسیعی از دستگاه‌ها نیاز دارد.

در مقایسه با انتقال توان بی‌سیم مایکروویو، اشعه لیزر در برابر جذب اتمسفر و پراکندگی توسط ابرها، مه و باران آسیب پذیرتر‌است،

که تا حد زیادی مانع از کاربردهای عملی آن‌می‌شود.

از طرف دیگر، همان طور که می‌دانید یک پرتو لیزر قوی برای انسان خطرات جدی سلامتی ایجاد‌می‌کند.

در نتیجه، عملی کردن این روش بسیار پرهزینه‌است.

3) ماهواره با انرژی خورشیدی (SPS)

این روش بزرگترین کاربرد انتقال توان بی‌سیم است‌و از ماهواره هایی با آرایه های خورشیدی غول پیکر استفاده‌می‌کند و آنها را در مدار زمین ژئوسنکرون، قرار‌می‌دهد.

این ماهواره‌ها نقش محوری در تولید و انتقال نیرو به عنوان امواج مایکروویو به زمین دارند.

3-2- انتقال برق بی‌سیم Near field

انتقال برق بی‌سیم Near field که به عنوان شارژ بی‌سیم غیر تشعشعی نیز شناخته‌می‌شود،

مبتنی بر جفت شدن میدان مغناطیسی بین دو سیم پیچ، در فاصله ابعاد سیم پیچ، برای انتقال انرژی‌است.

از آنجایی که میدان مغناطیسی یک موج الکترومغناطیسی، بسیار سریعتر از میدان الکتریکی ضعیف‌می‌شود، انتقال قدرت تا حد زیادی محدود‌است.

از مزایای ایمنی این روش می‌توان به لوازم خانگی روزمره مانند مسواک تا ماشین‌های پیچیده تر مانند وسایل نقلیه الکتریکی، که با استفاده از شارژ بی‌سیم غیر تشعشعی طراحی شده‌اند، اشاره کرد.

انتقال برق بی‌سیم Near field را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد که عبارتند از:

1-انتقال توان القایی (IPT) و انتقال توان خازنی (CPT).

2-انتقال توان القایی را نیز می‌توان به دو دسته انتقال برق بی‌سیم جفت القایی (ICWPT) و انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت‌شده مغناطیسی (MCR WPT) تقسیم‌کرد.

اگرچه روش‌های ذکر‌شده در فاصله انتقالی، راندمان، فرکانس، توان انتقالی و ابعاد تشدید‌کننده متفاوت هستند،

اما هدف همه آنها، دستیابی به انتقال توان بی‌سیم مورد نیاز جهت شارژ‌است.

در ادامه نحوه عملکرد هریک از روش‌ها توضیح داده‌شده‌است.

1) انتقال توان بی‌سیم جفت القایی

انتقال توان بی‌سیم جفت‌شده القایی، تا کنون پر استفاده‌ترین روش برای شارژ بی‌سیم دستگاه‌های کم مصرف بوده‌است.

در این روش توان از یک سیم‌پیچ به سیم‌پیچ دیگر منتقل‌می‌شود.

از انتقال توان بی‌سیم جفت شده القایی در زمینه‌های مختلفی از جمله، تغذیه تگ‌های RFID، ایمپلنت‌های پزشکی، حسگرها، شارژ بی‌سیم دستگاه‌های الکترونیکی و صنعت خودروسازی استفاده‌شده‌است.

فرکانس عملیاتی کوپلینگ القایی در محدوده کیلوهرتز‌است و معمولاً در فاصله چند میلی‌متری تا چند سانتی‌متری (20 سانتی‌متر) از بار مورد نظر، استفاده‌می‌شود و توان آن بر اساس بازده انتقال بین وات و کیلووات متغیر‌است.

مزایای سیستم انتقال توان بی‌سیم کوپلینگ القایی شامل سهولت اجرا و بهره برداری راحت‌است.

روش مذکور، غیر تشعشعی‌است و به دلیل فرکانس انتقال کم، برای انسان بی خطر در نظر گرفته‌می‌شود.

این روش راندمان انتقال بالایی (تا 95 درصد) در فواصل کوتاه دارد، و جرقه‌ها و سایر خطرات را در موقعیت‌هایی مانند استخراج زغال سنگ از‌بین می‌برد.

هیچ خطر برق گرفتگی یا اتصال کوتاه تحت شرایط مختلف محدوده توان به دلیل مغناطیسی بودن کوپلینگ وجود ندارد.

با این حال، محدودیت شارژ القایی استاندارد منجر‌می‌شود که در فواصل بسیار کوتاه ارتباطی، خوب عمل می‌کند، افزایش فاصله ارتباطی به طور معکوس باعث کاهش عملکرد‌می‌شود.

2) انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت‌شده مغناطیسی (MCR WPT)

انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت‌شده مغناطیسی (MCR-WPT) از همان اصول اولیه انتقال برق بی‌سیم جفت‌شده القایی پیروی می‌کند.

در این روش نیز، توان از یک منبع به یک بار منتقل‌می‌شود.

تکنولوژی برق بی‌سیم

در واقع، رزونانس جفت‌شده مغناطیسی از سیم‌پیچ های رزونانس مغناطیسی که در فرکانس تشدید یکسانی کار می‌کنند، استفاده‌می‌کند.

با استفاده‌از رزونانس جفت‌شده مغناطیسی بر روی کوپلینگ القایی استاندارد، می‌توان راندمان را برای انتقال توان در فواصل طولانی تر بدون تغییر اندازه سیم‌پیچ و مصرف برق، تا پنجاه درصد بدست آورد.

فناوری انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت‌شده مغناطیسی توجهات بسیار زیادی را از دانشگاه‌ها و صنایع مختلف به خود جلب کرده‌است،

زیرا می‌تواند تمام جنبه‌های زندگی انسان از لوازم الکترونیکی مصرفی و پزشکی، خانه های هوشمند‌گرفته

تا وسایل نقلیه الکتریکی را پوشش دهد و پتانسیل‌های زیادی برای کاربردهای بیشتر نشان داده‌است.

فرکانس کاری از چند صد کیلوهرتز و ده‌ها مگاهرتز متغیر‌است.

فرکانس

انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت شده مغناطیسی دارای مزایای فاصله طولانی در حد چند متر‌است که تحت تأثیر آب و هوای محیط قرار نمی‌گیرد، و هنگام شارژ دستگاه ها خط دید (LOS) لازم ندارد.

در مقایسه با انتقال برق بی‌سیم جفت‌شده القایی، انتقال برق بی‌سیم رزونانس مغناطیسی جفت‌شده دارای قدرت انتقال و کارایی بالاتری‌است.

و در حال حاضر یکی از قوی‌ترین تکنیک‌ها برای کاربردهای WPT میان رده در نظر گرفته‌می‌شود.

ماهیت غیر تشعشعی سیستم رزونانس مغناطیسی جفت‌شده هیچ تهدیدی برای محیط زیست در مقایسه با مایکروویو و لیزر WPT ندارد.

با این حال، انتقال توان بی‌سیم رزونانس جفت‌شده مغناطیسی در نتیجه عدم تطابق محوری بین سیم‌پیچ‌های گیرنده‌و‌فرستنده، کاهش بازده با افزایش فاصله و پیاده‌سازی پیچیده، کاهش راندمان را تجربه می‌کند.

3) انتقال توان خازنی (CPT)

انتقال توان خازنی (CPT) شامل انتقال انرژی بین الکترودها، مشابه صفحات فلزی،‌است.

یک خازن نگهدارنده شارژ‌شده به وسیله الکترودهای گیرنده‌و‌فرستنده شکل می‌گیرد.

در واقع، فرستنده یک ولتاژ متناوب در صفحه خود ایجاد‌می‌کند که توسط آن، میدان الکتریکی نوسانی از طریق القای الکترواستاتیکی، یک پتانسیل متناوب را روی صفحه گیرنده القا می‌کند که به جریان متناوب در مدار بار تبدیل می‌شود.

اگرچه انتقال توان خازنی نسبت به کوپلینگ القایی و رزونانس جفت شده مغناطیسی ارزان‌تر‌است، اما CPT به تماس نزدیک بین دو سطح فلزی نیاز دارد.

از این رو، به دلیل نیاز به برد و فاصله در کاربردهای مختلف، استفاده‌از آن بسیار محدود‌است.

اشکال عمده سیستم‌های انتقال توان بی‌سیم خازنی این‌است که میدان‌های الکتریکی نمی‌توانند ویژگی‌های ایمن میدان‌های مغناطیسی را به اشتراک ‌گذارند،

چراکه قدرت میدان نسبی آن‌ها بسیار بیشتر‌است و برای انسان و دستگاه‌های الکترونیکی خطر ایجاد می‌کند.

علاوه براین، مقدار قابل دستیابی ظرفیت کوپلینگ بستگی به منطقه در دسترس دستگاه دارد.

با این حال، ایجاد چگالی توان کافی و مورد نیاز برای شارژ، هنگام در نظر گرفتن دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل با اندازه معمولی که در واقع یک چالش طراحی‌است، دشوار‌است.

4- استانداردهای انتقال برق بی‌سیم

اکنون که هر شرکتی تولیدات و ایستگاه های شارژ خود را توسعه می‌دهد، نیاز به استانداردهای مشترک بین همه توسعه‌دهندگان برای اینکه مصرف‌کننده بتواند بهترین را در میان موارد موجود انتخاب کند، وجود دارد.

از این رو، تمام صنایعی که بر روی توسعه سیستم‌های انتقال برق بی‌سیم کار می‌کنند، از چندین استاندارد پیروی می‌کنند که عبارتند از:

4-1 استانداردهای Qi – ارائه‌شده توسط کنسرسیوم برق بی‌سیم:

Qi اولین استاندارد شارژ بی‌سیم معرفی‌شده در سال 2008‌است.

استاندارد Qi بر اساس اصل القای مغناطیسی کار می‌کند.

این فناوری از سلف‌های کوچک برای انتقال نیرو به فرکانس‌های بالاتر استفاده‌می‌کند و حداکثر فاصله چند سانتی متری شارژ را پشتیبانی‌می‌کند.

در نتیجه، دستگاه‌های قابل حمل باید به طور دقیق بر روی محل مشخص‌شده قرار گیرند تا از کمبود میدان مغناطیسی بزرگ جلوگیری‌شود.

این استاندارد برای انتقال جریان الکتریکی 5 وات تا 10 وات به بار مناسب‌است.

انتقال توان با استفاده از ارتباطات دیجیتال برقرار‌می‌شود.

و به سادگی با قرار دادن دستگاه روی پد، شارژ آغاز‌می‌شود.

شارژر بی‌سیم

و به دلیل محدودیت در ناحیه شارژ، اجزای Qi می‌توانند از آرایه‌های تشدید کننده متعدد برای ایجاد یک منطقه شارژ بزرگتر استفاده‌کنند.

اگرچه، این کار نه تنها مشکل را کاهش نمی‌دهد بلکه برای روشن‌کردن کویل‌های جداگانه، انرژی زیادی را هدر می‌دهد.

بنابراین، برای حفظ یک اتصال به اندازه کافی قوی، کاربران باید دستگاه‌های خود را دقیقاً با میدان‌های مغناطیسی تراز کنند.

در حال حاضر، شارژر بی‌سیم می‌تواند در حین شارژ گرم‌شود و به دلیل مواد رسانایی که از آن ساخته‌شده‌است

و فرکانس کاری، قسمت پشتی دستگاه را گرم کند.

یک پروتکل ارتباطی محدود توسط Qi برای محدود کردن توان مصرفی توسط چند سیم پیچ اتخاذ شده‌است.

با این کار، دستگاه گیرنده می‌تواند به شارژر بگوید که چه نسبتی به برق نیاز دارد و چه زمانی کاملاً شارژ شده‌است.

علاوه بر این، شارژر می‌تواند توان خروجی خود را متناسب با هر دستگاه گیرنده تغییر دهد

و با رسیدن به شارژ کامل یا در صورت عدم اتصال دستگاه، می‌تواند به حالت آماده به کار برگردد.

شرکت هایی که از این استاندارد برای شارژ دستگاه‌های خود استفاده‌می‌کنند عبارتند از سامسونگ، LG ، فیلیپس، تویوتا، مایکروسافت و سونی.

Qi دارای محدودیت‌های خاصی مانند شارژ یک دستگاه، گرمایش فلز، ضرورت هم ترازی موقعیت و غیره‌است.

در ادامه خلاصه‌ای از مشخصات این استاندارد آورده‌شده‌است.

فناوری : القایی، رزونانسی – فرکانس پایین

توان کم :5 وات، توان متوسط : 15 وات، لوازم آشپزخانه از 100 وات تا 2.4 کیلو وات.

محدوده فرکانس : 110 تا 205 کیلوهرتز

محصولات : بیش از 500 محصول و مورد استفاده در بیش از 60 شرکت تلفن همراه

4-2 استانداردهای PMA – ارائه‌شده توسط Power Matter Alliance:

یکی دیگر از فناوری‌های اخیر، Power Matters Alliance (PMA)‌است.

PMA یک سازمان غیرانتفاعی‌است که استانداردهای انتقال توان القایی و رزونانس را توسعه می‌دهد.

PMA در سال 2012 به منظور هماهنگ‌سازی فنی و پیشبرد چندین استاندارد انتقال توان بی‌سیم القایی،

ترویج انتقال توان بی‌سیم در صنعت خودرو و مکان‌های زیرساخت عمومی محبوب، تاسیس‌شد.

این فناوری، برای شارژ باتری دستگاه‌های تلفن همراه از سیم‌پیچ های محکم کوپل شده‌استفاده می‌کند.

PMA، توان را از 5 تا 10 وات انتقال می‌دهد.

برجسته‌ترین اعضای PMA عبارتند از Duracell، Powermat، LG، Innotek، شرکت‌های پاناسونیک، سامسونگ، توشیبا، سونی، ماکروسافت و غیره.

خلاصه‌ای از مشخصات این استاندارد در ادامه آورده‌شده‌است.

فناوری: القایی، تشدید – فرکانس بالا

حداکثر توان خروجی: از 3.5 وات تا 50 وات

محدوده فرکانس : 277 – 357 کیلوهرتز

محصولات : تنها 2 محصول، اما 1,00,000 واحد تشک برقی در سراسر جهان توزیع شده‌است.

4- کاربردهای انتقال برق بی‌سیم

انتقال توان بی‌سیم در چندین زمینه مانند لوازم الکترونیکی مصرفی (تلفن‌های هوشمند، رایانه های شخصی، پخش کننده‌های صوتی، تبلت‌ها و غیره) استفاده‌شده‌اند.

و علاوه بر شارژ گوشی‌های هوشمند، دوربین ها و ساعت‌ها، می‌توانند برای شارژ تلویزیون‌ها استفاده‌شوند.

از دیگر کاربردهای انتقال توان بی‌سیم، می‌توان به حوزه پزشکی مانند برنامه های تشخیص و درمان بیماری ها در بدن انسان اشاره کرد.

انتقال توان بی‌سیم همچنین در زمینه سیستم‌های شارژ وسایل نقلیه زیرآبی مستقل، اینترنت اشیا (IoT)،

وسایل نقلیه الکتریکی، شبکه حسگر بی‌سیم (WSN)، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) کاربرد دارد.

در ادامه به نکات برجسته مزایا و معایب فناوری‌های انتقال توان بی‌سیم پرداخته‌شده‌است:

مزایا انتقال توان بی‌سیم

استفاده‌از انتقال توان بی‌سیم به دلیل عدم نیاز به اتصال کابلی، بسیار راحت و ایمن‌است.

مقرون به صرفه‌است.

به عنوان یک دستگاه شارژ برای چند دستگاه مفید‌است.

انتقال برق بی‌سیم با ارائه انتقال توان قابل اعتماد در شرایط بحرانی مانند محیط های مرطوب، کثیف و متحرک، دوام بیشتر و بهتر محصول را فراهم‌می‌کند.

سادگی طراحی محصول را ارائه‌می‌دهد (ویژگی‌های استاندارد مانند پورت‌های برق را می‌توان تا حدی مسدود کرد که یک دستگاه کاملاً ضد آب به دست‌ آید).

سازگار با محیط زیست‌است و  به انسان یا موجود زنده آسیبی نمی‌رساند.

نیازی به نگرانی معمول در مورد فرسودگی و پارگی جک توان نیست.

با‌استفاده از شارژرهای بی‌سیم، مشکل جهت‌گیری کابل برق به پایان می‌رسد.

معایب انتقال توان بی‌سیم

شارژرهای بی‌سیم در مرحله طراحی نسبتاً گران‌تر از شارژرهای دیواری معمولی هستند.

ممکن‌است استفاده‌از شارژر بی‌سیم بسیار آسان به نظر برسد، اما اینطور نیست.

به عنوان مثال، برای شارژ بی‌سیم یک دستگاه، باید دستگاه را به شکل صحیح روی شارژر قرار داد.

حتی برخی از شارژرها دارای قسمت های مشخص هستند و کاربر را برای موقعیت گوشی هدایت می‌کنند.

اگرچه این مسئله با پیشرفت طراحی، در حال تغییر‌است، اما هنوز بسیار فاصله دارد.

مه و باران بر کاربرد عملی انتقال توان بی‌سیم لیزر و مایکروویو تأثیر می‌گذارند.

با حضور سایر سیستم‌های ارتباطی، تداخل امواج مایکروویو رخ می‌دهد که به یک نقطه ضعف تبدیل شده‌است.

در انتقال توان بی‌سیم، تلفات توان با بار افزایش می‌یابد.

مطالب مرتبط

سانترال یا PBX چیست؟