Современная электроника №9/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 Беспроводная передача энергии большой мощности для устройств, работающих в условиях индустриальной среды Часть 1 Рис. 1. Базовая схема резонансного преобразователя Цель настоящей статьи – продемонстрировать, что простые в использовании устройства для беспроводной передачи мощностью 100 Вт или более можно разработать на базе обычных схемотехнических решений, без использования программного обеспечения или специальных управляющих контроллеров. В первой части рассматриваются принципы беспроводной передачи энергии и базовое схемотехническое решение. Авторский перевод предлагаемой статьи с дополнениями и комментариями выполнен на основе оригинальной публикации [1]. Андреас Надлер, Кем Сом (Wurth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG) Перевод, дополнения и комментарии: Владимир Рентюк .. В ВЕДЕНИЕ В последнее время в потребительской электронике наблюдается заметный рост популярности использования тех- нологии беспроводной передачи энер- гии. Разработчики индустриального и медицинского оборудования, оценив неоспоримые преимущества данной технологии, также обратили на неё вни- мание. В первую очередь это связано с массовым применением беспроводных коммуникационных технологий, таких какWLANи Bluetooth, – именно вместе с ними беспроводная передача питания стала весьма многообещающей концеп- цией. С использованием этой техноло- гии становятся доступными совершен- но новые подходы, которые не только дают явные технические преимущества, но и открывают возможности для пере- довых решений в области промышлен- ного оборудования. Беспроводная технология переда- чи энергии, или WPT (Wireless Power Transfer), даёт возможность менять под- ходы в проектировании на уровне кон- цепции. Особенно это хорошо заметно в тех промышленных секторах, где обо- рудование работает в неблагоприятных экологических условиях, при исполь- зовании агрессивных моющих и очи- щающих средств, при высоком уровне загрязнения или с большими механиче- скими нагрузками. Это касается и обо- рудования, предназначенного для рабо- ты в потенциально взрывоопасной сре- де, медицине, а также в строительных машинах, которые подвергаются воз- действию многократных ударов и вибрации, – здесь, например, можно будет отказаться от дорогих и ненадёж- ных скользящих токосъёмников и кон- тактов. Ещё одна перспективная область применения рассматриваемой техноло- гии – передача энергии без гальваниче- ской связи через изоляционные барье- ры, которые должны удовлетворять осо- бому требованию, такому как наличие усиленной или двойной изоляции. Осо- бенно это касается критически важных, с точки зрения безопасности, приложе- ний, в частности индустриального обо- рудования специального применения, шахтного и взрывозащищённого обору- дования, а также медицинской аппара- туры, где требования по безопасности всё больше ужесточаются [1, 2]. Пробле- ма использования изоляции заключа- ется в её деградации как чисто физиче- ской, так и вследствие частичных раз- рядов [5]. И первое, и вторые, как можно видеть, полностью отсутствуют в рас- сматриваемой технологии передачи энергии. ZVS- ГЕНЕРАТОР ( РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ) В основе предлагаемого к рассмо- трению решения лежит классический резонансный преобразователь по схе- ме Ройера (самовозбуждающийся гене- ратор с магнитной связью), который используется в качестве основного генератора для передачи энергии. Выбранный тип генератора облада- ет следующими важными преимуще- ствами: ● для его автоматического возбужде- ния достаточно лишь подачи напря- жения постоянного тока; МОП-транзистор Источник питания C_filter L_filter Воздушный зазор L_filter Стабилитрон Диод Шоттки Cp Lp Диод Шоттки R_pullup 10 кОм 10 кОм МОП-транзистор Статья впервые была опубликована в журнале «Компоненты и технологии» № 7, 2017