A tutta carica con la ricarica wireless

IC DI RICARICA –

I chipset conformi allo standard Wpc sono la chiave per la realizzazione di sistemi di ricarica wireless a posizionamento libero, versatili ed efficienti.

Il grande successo dei dispositivi elettronici di largo consumo come smartphone e tablet ha generato un'ondata di interesse verso i sistemi di ricarica wireless, con un fatturato che si prevede raggiungerà i 7,61 miliardi di dollari nel 2017 a un tasso di crescita annuale del 57,46%, secondo le stime della società di ricerche di mercato MarketsandMarkets. I consumatori sono sempre più infastiditi dal bisogno di portare con sé caricatori e cavetti per evitare di restare con la batteria scarica. Si trovano oggi ristoranti e bar che mettono a disposizione postazioni di ricarica per telefoni e computer portatili, ma spesso occorrono i cavi per utilizzarle; e poiché sono stati documentati diversi casi di alimentatori utilizzati per hackerare smartphone, oggi siamo in una situazione del tipo 'attenti al caricabatterie'. La possibilità di ricaricare il proprio smartphone o tablet semplicemente appoggiandolo su un tappetino, senza dover trafficare con i cavi, costituisce un sistema molto comodo e sicuro, dal momento che separa le funzioni di ricarica dalle comunicazioni esterne. Tuttavia, se qualcuno urta la base e sposta il dispositivo, la connessione wireless potrebbe venir meno, con la delusione del cliente per la mancata ricarica.
Sebbene la ricarica wireless a induzione sia una novità per gli smartphone e i tablet, questa tecnologia viene utilizzata già da parecchio tempo negli spazzolini elettrici, dal momento che permette di isolare completamente i circuiti di potenza del caricatore e dello spazzolino dall'acqua presente sullo spazzolino stesso. La combinazione della ricarica wireless con la tecnologia Wi-Fi ha permesso a Toshiba di creare un tablet a tenuta stagna che può essere ricaricato sott'acqua, per cui rovesciare un bicchiere d'acqua sul dispositivo è ormai un problema del passato. Tuttavia, perché un sistema di ricarica wireless sia efficace e acquisisca una piena accettazione da parte del mercato, è necessario superare diversi problemi: innanzitutto, serve uno standard riconosciuto da tutti; in secondo luogo, occorre sviluppare sistemi ad alta efficienza che siano in grado di rilevare quando un dispositivo deve essere ricaricato; in terzo luogo, le apparecchiature devono essere facili da usare e la ricarica deve essere affidabile, a prescindere dalla posizione del dispositivo sulla base.

Uno standard più intelligente

Nel dicembre 2008, è nata l'associazione Wpc (Wireless Power Consortium) al fine di istituire uno standard globale per la ricarica wireless dei prodotti elettronici, così che tutti i dispositivi che adottano questo standard possano lavorare insieme senza problemi, a prescindere dal costruttore o dalla marca. Nel 2010, il consorzio Wpc ha pubblicato lo standard Qi, che ha conquistato in breve tempo una posizione di leadership sul mercato. Lo standard Qi ha comunque degli standard concorrenti, proposti da diverse associazioni come la Power Matters Alliance e l'Alliance for Wireless Power, ma con un'ondata di nuovi dispositivi conformi a Qi è probabile che la gara stia per volgere al termine. L'associazione Wpc raggruppa attualmente più di 140 aziende leader nei settori della telefonia mobile, dell'elettronica di largo consumo, dei semiconduttori e componenti, delle tecnologie di alimentazione e infrastrutture wireless. La versione 1.0 dello standard contiene già le specifiche operative e i risultati delle prove di conformità, e descrive le caratteristiche necessarie a garantire che il trasmettitore sia in grado di erogare 5 watt di potenza in un dispositivo conforme a Qi. È inoltre in fase di sviluppo un programma di certificazione per trasmettitori capaci di erogare da 10 a 15 watt. Gli standard Qi definiscono diversi tipi di trasmettitori e ricevitori conformi, come i trasmettitori a posizionamento libero o guidato. Il dispositivo mobile contiene tipicamente una singola bobina di ricezione, nonché un circuito di comunicazione e controllo che regola la potenza di trasmissione al livello appropriato alla batteria. I trasmettitori a posizionamento guidato utilizzano bobine singole e richiedono all'utente di disporre il dispositivo mobile sulla base allineandolo in un certo modo: in caso di cattivo allineamento (o di spostamento dalla posizione corretta), la ricarica non avviene. Al contrario, il posizionamento libero non richiede all'utente di allineare il dispositivo mobile: ciò può essere ottenuto in due modi diversi. Il primo modo utilizza un dispositivo meccanico che allinea la bobina al dispositivo utilizzando dei sensori integrati. Il secondo impiega un gruppo di bobine per generare un campo magnetico in corrispondenza della bobina di ricezione. L'architettura multibobina permette di ottenere una ricarica a basso costo con una maggiore libertà di posizionamento di telefoni conformi a Qi sulla superficie di ricarica, senza dover incorporare parti mobili che incidono sull'ingombro e sul peso del dispositivo. Anche l'efficienza di trasmissione della potenza tra trasmettitore e ricevitore è importante, sia a causa dei crescenti costi dell'energia, sia perché l'utente non ama scottarsi quando si accinge a sollevare il dispositivo al termine della ricarica.

Per un futuro wireless

Verso la fine del 2012, Toshiba lanciò il suo primo chipset di ricarica a posizionamento libero che era costituito da un ricetrasmettitore di potenza ad alta efficienza per smartphone e altri dispositivi mobili collocati in qualunque modo sulla base di ricarica. Il chipset conforme a Wpc Qi comprende un'architettura a due bobine per una ricarica efficace in termini di costi. Il trasmettitore di potenza TB6865FG rileva la posizione di un dispositivo mobile compatibile collocato sulla base di ricarica, eccitando esclusivamente la bobina più vicina al dispositivo. Ciò preserva l'efficienza e permette una ricarica costo-efficace con libertà di posizionamento. Inoltre, il circuito del TB6865FG può controllare due gruppi di bobine in maniera indipendente, permettendo la ricarica contemporanea di due dispositivi mobili. Per risparmiare spazio su scheda e ridurre al minimo complessità e costi, i chip presentano un elevato grado di integrazione. Il trasmettitore TB6865FG integra un microcontrollore e circuiti analogici per funzioni come la modulazione a larghezza di impulso o Pwm, il controllo della commutazione, il filtraggio su scheda e il pre-pilotaggio. Il ricevitore TB6860WBG combina circuiti di modulazione e di controllo con un raddrizzatore e trasduttore di potenza, un convertitore Dc-Dc ad alte prestazioni incorporato, un circuito di ricarica per batterie agli ioni di litio ampiamente configurabile e funzioni di protezione. Per supportare una progettazione rapida, Toshiba ha sviluppato una serie di schede di valutazione, come i circuiti di trasmissione e di ricezione, che permettono di collaudare e ottimizzare con facilità i nuovi progetti che utilizzano il chipset.

Alla carica!

Le future iterazioni degli standard Qi mirano ad aumentare la potenza che può essere trasmessa via wireless a un dispositivo al fine di aumentare la velocità del processo di ricarica, mantenendo e migliorando l'efficienza. Anche se si sta lavorando su standard per dispositivi che trasmettono 10-15 watt, ci sono progetti più importanti. Si prevede che in futuro, qualsiasi dispositivo, sia esso un bollitore che richiede 1000 watt di potenza, un robot da cucina, un telefono cellulare o un tablet, potrà essere collocato su una superficie e ricevere la potenza che gli serve per funzionare in modo ottimale. Anche se questo progetto può richiedere un po' di anni per diventare realtà, gli innovatori tecnologici non se ne stanno con le mani in mano. Toshiba ha di recente sviluppato due nuovi ricevitori ad alto rendimento che portano l'efficienza dell'uscita a 5 watt del modulo di ricezione dall'87% al 95%. Il più avanzato di questi ricevitori integra il microcontrollore con lo stesso circuito integrato, producendo un sistema in grado di erogare 5 W senza superare i 45 °C, a differenza dei chip meno evoluti che invece possono raggiungere e superare gli 80 °C nelle stesse condizioni. Questo aumento di efficienza è di importanza cruciale se si desidera realizzare il sogno Wpc di una casa wireless in cui qualsiasi dispositivo possa essere ricaricato su una superficie qualunque.

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