Drahtlose Ladetechnik macht Batteriewechsel oder den Anschluss eines Stromkabels überflüssig. Ein Bedienkomfort, der zum Beispiel Smartphones oder Wearables besonders attraktiv macht aber auch Low-Power-Anwendungen wie Hörgeräte interessant ist, die besonders kompakt aufgebaut und wasser- und staudicht sein müssen.
Der Einsatz von bestehenden drahtlosen Ladetechniken hat sich jedoch bei Ladesystemen mit kompakten Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Li-ion) für solche Low-Power Anwendungen als ungeeignet erwiesen. Denn ein kompakter Aufbau lässt sich mit vorhandener drahtloser Ladetechnik aufgrund der standardmäßig geforderten Antennengrößen nur schwer erreichen. Dabei werden große Ladeströme benötigt und die Ableitung von Verlustwärme ist schwierig.
In seiner neuen drahtlosen Ladelösung verbindet Renesas deshalb drahtlose Ladesysteme mit bewährten Mikrocontrollern (MCUs). So benötigen alle wichtigen Systemkomponenten weniger Platz und die Design-Implementierung wird einfacher. Renesas bietet zusätzlich ein Evaluations-Kit, um Hersteller bei der Entwicklung von drahtlosen Ladedesigns zu unterstützen. Die Ladelösung besteht aus einer integrierten Power-Receiver-IC-Schaltung (RAA457100) sowie einem Power-Transmitter-IC (RAA458100).
Platzsparender Power-Receiver
Bei dem Power-Receiver-IC passen alle für den drahtlosen Ladevorgang erforderlichen Funktionen passen in ein 3,22 mm x 2,77 mm großes Gehäuse. Das IC enthält eine Synchrongleichrichterschaltung. Sie wandelt den Wechselstrom aus der Antennenspule des Power-Receivers in Gleichstrom um. Weiterhin enthält das IC eine Ladekontrollschaltung für die Li-ion-Sekundärbatterie. Ein 12-Bit A/D-Wandler überwacht die Batteriespannung und den Ladestrom. Diese Daten werden zur Einhaltung des optimalen Ladeniveaus während des Ladevorgangs an den Power-Transmitter übertragen. Schutzfunktionen für die Li-ion-Sekundärbatterie und ein DC/DC-Regler sind ebenfalls auf dem Chip integriert.
Da Low-Power Anwendungen wie Wearables und Hörgeräte in der Regel kompakte Batterien mit geringer Kapazität nutzen, spielt der Wirkungsgrad eine große Rolle: Der integrierte DC-DC-Wandler selbst erzielt einen Wirkungsgrad von 85 Prozent, wenn das System bei einer niedrigen Last von etwa 1 mA arbeitet. Das verlängert die Batterielebensdauer.
Power-Transmitter unterstützt 5-V-Batterieversorgungsspannung
Der Power-Transmitter-IC integriert alle für eine drahtlose Leistungsübertragung erforderlichen Schaltungen und unterstützt eine einzige 5-V-Batterieversorgungsspannung für Mobilgeräte. Kontaktlose Leistungsübertragung nutzt in der Regel einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 125 kHz zur Ansteuerung der Antennenspule des Power-Transmitters. Diese wiederum regt die Antennenspule des Power Receivers an und erzeugt dort einen Wechselstrom.
Das von Renesas neu entwickelte Power-Transmitter-IC treibt eine Brückenschaltung und steuert den Wechselstrom, um den vom Power-Receiver benötigten Wert an Übertragungsleistung zu erzielen. Das Power-Transmitter-IC enthält eine Überstrom-Schutzfunktion für die Brückenschaltung sowie eine externe Zweileiter-Überhitzungsschutzfunktion. Systemhersteller können über eine I2C-Schnittstelle mit Hilfe einer Programmierung der Leseregister mit externen Eeprom-Daten Parameterwerte modifizieren und damit die Anforderungen ihrer Applikation erfüllen. Darüber hinaus lässt sich die Lösung mit dem Anschluss einer externen MCU weiter kundenspezifisch anpassen.
Renesas empfiehlt das μPA2690T1R Power MOSFET zur Konfigurierung der Brückenschaltung. Im gemeinsamen Betrieb mit dem RAA458100 haben Systemhersteller die Wahl zwischen Halbbrücken- und Vollbrücken-Schaltungskonfigurationen zur Anpassung des Leistungsniveaus für den Power-Transmitter. Muster der neuen drahtlosen Ladesystemlösung werden im November 2016 verfügbar sein. Die neuen ICs sollen Systemherstellern helfen, die drahtlose Ladefunktionalität in Low-Power-Anwendungen wie Wearables und Hörgeräte einzubinden.
