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POWER WIRELESS CHARGING sce all’evoluzione dell’industria manifatturiera e a risol- vere le complesse problematiche legate alla produzione. Tuttavia, l’implementazione della ricarica wireless non è esente da problematiche che devono essere affrontate e risolte. Tra queste la necessità di un investimento relati- vamente elevato per realizzare l’infrastruttura di ricarica wireless rispetto alla ricarica cablata tradizionale oltre a un’efficienza relativamente inferiore. Ci sono anche pro- blemi di sicurezza legati al surriscaldamento, laddove vi fossero oggetti estranei tra il trasmettitore e la bobina del ricevitore. La gestione dei costi della BoM (Bill of Material) e la selezione dei componenti rivestono una particolare importanza. Nel trasmettitore wireless di potenza, l’anello (loop) criti- co per le correnti di commutazione in un sistema wireless ad alta potenza include gli interruttori di alimentazione, i condensatori di risonanza e la bobina. Questo loop coin- volge alti valori di tensione, correnti e frequenze di com- mutazione. Il layout della scheda PCB e lo sbroglio (place & route) in questo sistema di trasferimento di potenza wi- reless influiscono sull’efficienza, sulle prestazioni EMI e sulla dissipazione termica che a loro volta hanno un im- patto sulle prestazioni e sull’affidabilità del sistema. Ci sono anche altre problematiche legate alla variazione dei parametri della bobina causate dalle variabilità di produ- zione nella bobina. Le differenze da bobina a bobina pos- sono comportare variazioni tra i prodotti che si traducono in comportamenti non uniformi e inaffidabilità delle pre- stazioni sul campo. Sebbene i dispositivi di uso generale possano essere utiliz- zati per realizzare una soluzione di ricarica wireless, essi non possono assicurare le medesime prestazioni delle al- ternative a funzionalità fisse (fixed function). Le soluzioni possono anche variare in termini di costi ed efficienza a seconda della scelta dei componenti e delle decisioni prese a livello di layout della scheda. Ci sono molti modi per ot- timizzare le odierne soluzioni di ricarica wireless. Come realizzare una soluzione ottimizzata I dispositivi di tipo “fixed function” vengono utilizzati per realizzare una soluzione di ricarica wireless ottimizzata in grado di assicurare l’erogazione di una potenza elevata in modo sicuro, affidabile ed efficiente. Un passo importan- te è ottimizzare i circuiti del trasmettitore e del ricevitore della soluzione che eseguono algoritmi specializzati per le comunicazioni, il controllo della potenza e il rilevamento di oggetti estranei (FOD – Foreign Object Detection). Que- sti algoritmi sono frutto di una complessa attività di R&D e sono coperti da numerosi brevetti. Idealmente, la comunicazione nella soluzione di ricarica wireless dovrebbe essere in-banda (in-band), eliminando il costo di sistema aggiuntivo degli schemi di comunica- zione fuori-banda (out-of-band). La frequenza di trasfe- rimento di potenza dovrebbe essere compresa in un in- tervallo di circa 100 KHz. Il controllo della potenza deve essere eseguito utilizzando il controllo della frequenza e del duty cycle variabili della modulazione PWM che pilo- ta l’inverter full bridge del trasmettitore. In presenza di livelli di potenza elevati, la funzionalità FOD assume una rilevanza critica. In questo metodo, il trasferimento di potenza viene brevemente interrotto per alcuni microse- condi e la tensione della bobina viene misurata utilizzan- do il nucleo e le periferiche della soluzione. La presenza (o meno) di un oggetto estraneo può essere rilevata calcolan- do la pendenza della tensione della bobina quando i FET di uscita sono spenti. Tutti i componenti della soluzione, inclusi controllore, FET, regolatori e bobine, devono essere scelti in modo tale che il loro costo possa rientrare nel budget totale del siste- ma, che potrebbe dover includere anche contatti metallici di elevata qualità per garantire l’affidabilità anche in un ambiente con umidità o polvere. L’efficienza della soluzio- ne dipende sia dallo schema di controllo della potenza sia dall’ottimizzazione del design della bobina. Un esempio è la soluzione WP300 di Microchip , progettata per garan- tire un’efficienza superiore al 90% per carichi superiori a 100 Watt. Questa efficienza viene misurata dall’ingresso DC al trasmettitore all’uscita DC regolata del ricevitore. La soluzione può funzionare con una tensione di ingresso di 12-36V DC e può regolare un intervallo di tensione simile sul lato ricevitore. Il layout PCB, il posizionamento dei componenti e lo stack- up della scheda PCB nella soluzione di riferimento basata su WP300 sono stati ottimizzati per garantire le miglio- ri prestazioni. Il PCB è progettato in modo tale che le tre sezioni - digitale, analogica e di potenza - siano isolate, minimizzando così l’accoppiamento del rumore. Anche le interferenze EMI vengono minimizzate tramite l’uso di metodi di controllo appropriati nel trasmettitore e l’adozione di condensatori di disaccoppiamento per ri- durre il rumore di commutazione, oltre alla riduzione della frequenza di commutazione. I condensatori di disaccop- piamento riducono l’accoppiamento del rumore di com- mutazione ma aumentano la perdita, il che comporta una maggiore dissipazione termica e una diminuzione dell’ef- ficienza. Un’attenta valutazione di questi compromessi è cruciale per ottimizzare il design. I parametri della bobina possono essere calibrati durante il montaggio sulla linea di produzione. Il vantaggio della soluzione è che i dati di calibrazione della bobina vengono scritti sul circuito integrato WP300TX durante il test del prodotto. Ciò assicura uniformità di funzionamento tra ELETTRONICA OGGI 511 - GIUGNO/LUGLIO 2023 45