La energía inalámbrica es una de las aplicaciones de más rápido crecimiento tanto en la electrónica de consumo como en la industrial. Como sistemas integrados en dispositivos de transmisión y recepción, es importante que los diseñadores de sistemas de potencia comprendan los componentes que contribuyen al diseño básico del sistema y su rendimiento. Un sistema de energía inalámbrico tiene tres componentes principales: un amplificador, una bobina de transmisión y una bobina de recepción alojada dentro de un dispositivo de recepción.
Bhasy Nair, Director de Ingeniería de Aplicaciones de Campo Global y Michael A. de Rooij, Director Ejecutivo de Ingeniería de Aplicaciones
Corporación de conversión de energía eficiente
prólogo
La energía inalámbrica es una de las aplicaciones de más rápido crecimiento tanto en la electrónica de consumo como en la industrial. Como sistemas integrados en dispositivos de transmisión y recepción, es importante que los diseñadores de sistemas de potencia comprendan los componentes que contribuyen al diseño básico del sistema y su rendimiento. Un sistema de energía inalámbrico tiene tres componentes principales: un amplificador, una bobina de transmisión y una bobina de recepción alojada dentro de un dispositivo de recepción.
El corazón de cualquier sistema de energía inalámbrico es el amplificador. Identificar la topología óptima del amplificador y los componentes más eficientes es el enfoque de este artículo. Discuta los atributos distintivos de un buen amplificador, como EMI, rango de transmisión de impedancia de carga y capacidad para operar con múltiples estándares.
Topología de amplificador de potencia inalámbrico
Elegir un estándar para diseñar un amplificador es la primera tarea, ya que cada estándar requiere una arquitectura de fuente de alimentación y un protocolo de comunicación diferentes. En los últimos años, han surgido tres estándares de energía inalámbrica. Alliance for Wireless Power (A4WP), también conocida como Qi del Wireless Power Consortium, Power Matters Alliance y Rezence®.
El estándar Rezence se centra en un enfoque de acoplamiento suelto altamente resonante que aumenta en gran medida la distancia y la libertad espacial entre las unidades de transmisión y recepción. La frecuencia operativa del estándar Rezence es de 6,78 MHz, que forma parte de la banda ISM. Las dos topologías más comunes para la transferencia de energía resonante son la Clase E y la Clase D, las más comunes.
Ambas topologías ofrecen un alto rendimiento, pero los amplificadores Clase E requieren MOSFET especiales de baja capacitancia y alto voltaje para lograr esta operación de alta frecuencia. Reemplazar los MOSFET de potencia basados en silicio con FET eGaN de nitruro de galio en modo mejorado puede reducir las pérdidas en los amplificadores de clase E en un 20 %. Esta reducción de pérdidas se debe a la menor capacitancia y resistencia de encendido de los FET de GaN en comparación con los MOSFET con capacidades de salida y voltaje nominales similares. Por lo tanto, requieren y disipan menos energía. Esto significa que los FET de GaN pueden manejar frecuencias más altas, lo que mejora el rendimiento del amplificador. La capacidad de cambiar a frecuencias más altas es fundamental para implementar Rezence con su requisito operativo de 6,78 MHz.
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