ST è in prima linea nello sviluppo di sistemi di ricarica wireless per i prodotti wearable e per prossime le automobili elettriche.
di Fonte ST
Non solo la ricarica wireless è ormai una funzione indispensabile per una vasta gamma di prodotti, ma costituisce uno dei potenziali tecnologici più grandi di questi tempi, motivo per cui è stato un argomento importante durante la Developers Conference di quest’anno a Santa Clara, California. Dopotutto, la gamma di prodotti che possono beneficiare di questa tecnologia è in rapida espansione.
Quello che, un tempo, era prerogativa esclusiva degli spazzolini elettrici, può essere trovato oggi all’interno di smartwatch, smartphones e, prossimamente, computer portatili ed automobili. Considerata la stima effettuata da Grand View Research, secondo cui il mercato della ricarica wireless dovrebbe raggiungere i $22.25 miliardi nel 2022, la maggior parte delle società e dei team di sviluppo ha ormai smesso di domandarsi se questa tecnologia giungerà mai ai loro prodotti; la domanda, ormai, è quando.
ST ha destato scalpore quando ha annunciato una collaborazione con WiTricity in occasione della precedente edizione della Developers Conference. Gli spettatori hanno potuto osservare da vicino una tecnologia più pratica e funzionale e assistere agli albori di un sistema che avrebbe potuto alimentare le prossime vetture elettriche. Da allora, il blog LifeAugmented ha approfondito l’analisi di alcune soluzioni che hanno fatto della ricarica wireless per dispositivi indossabili la funzione flessibile, efficiente e facile che prende forma grazie al trasmettitore STWBC-WA, al ricevitore STWLC04 e alla scheda di controllo STEVAL-ISB038V1 Per approfondire sul tema e sulla presentazione della conferenza di quest’anno, abbiamo incontrato Paolo Battezzato, Application Engineering Manager di STMicroelectronics, e presentatore del video pubblicato a fondo pagina.
I due standard principali della ricarica wireless
Come spiegato dal Sig. Battezzato, le soluzioni per la ricarica wireless operano secondo degli standard che dettano il comportamento di un sistema, per cui la loro comprensione è di massima importanza. Attualmente, Qi è la soluzione più diffusa fra i dispositivi mobile. Si tratta di una versione “open” distribuita dal Wireless Power Consortium (WPC), e ST fa parte del suo Stering Group. Qi 1.2, l’ultima versione rilasciata, include la possibilità di trasmettere 15 W di potenza per soluzioni di ricarica rapida dei dispositivi mobile. Ciononostante, data la diffusione della ricarica wireless oltre i dispositivi serviti dall’attuale versione di Qi, come portatili ed automobili elettriche, l’AirFuel Alliance, l’altro grande consorzio sul mercato, ha guadagnato terreno. Il fatto che ST sia anche membro di questo consorzio, che attualmente controlla l’implementazione dei sistemi WiTricity, non è una sorpresa.
Contrariamente all’idea comune, questi standard e consorzi non sono necessariamente competitori ma possono essere visti come complementari, perché utilizzano approcci leggermente differenti per adempire alle necessità dei vari casi d’uso. Qi ed Airfuel trasferiscono la carica attraverso un campo magnetico. In sintesi, il caricatore trasmette una corrente fino a una o più bobine per generare un campo magnetico che viene rilevato dalla bobina del dispositivo di carica e convertita in corrente per caricare la batteria.
Ovviamente, ciascuno standard adotta serie differenti di protocolli e implementazioni hardware. Il sistema Qi, ad esempio, fa affidamento su un convertitore half-bridge o full-bridge per caricare la bobina di trasmissione, mentre l’AirFuel sfrutta un amplificatore. I sistemi gestiscono in maniera differente anche la FOD (Foreign Object Detection).
Induzione magnetica contro risonanza magnetica
Come messo in evidenza dal Sig. Battezzato, la differenza principale fra le due soluzioni sta nel fatto che Qi sfrutta l’induzione magnetica, mentre Airfuel si affida alla risonanza magnetica.
Nel primo caso, le bobine di trasmissione e ricezione devono essere allineate precisamente e poste a una distanza ravvicinata fra loro. Questo elemento non costituisce un problema per smartphone e smartwatch, visto che i consumatori possono attaccare il proprio dispositivo al caricatore, migliorando così l’efficienza della carica.
D’altro canto, la soluzione AirFuel sfrutta la risonanza magnetica, per cui la frequenza di risonanza della bobina nel caricatore e all’interno del dispositivo vengono impostate perché siano identiche. Di conseguenza, questa tecnologia risulta meno “impacciata” perché non necessita di un bilanciamento altrettanto preciso e permette di mantenere distanze maggiori fra le due bobine. I due standard operano a due frequenze differenti: fra i 110 e i 250 kHz nel primo caso, e 6.78 MHz nel secondo. Qi utilizza comunicazioni in-band attraverso le bobine per avviare e monitorare il trasferimento di carica, mentre l’AirFuel dipende da una connessione Bluetooth separata.
ST è membro di entrambi i consorzi perché l’aspetto fondamentale è essere presenti in tutto e per tutte le persone. A prescindere dalle necessità tecnologiche e dagli standard che avranno maggior senso per un prodotto, le sue soluzioni saranno lì per sostenere team e clienti. Una soluzione annunciata lo scorso anno durante la Developers Conference, ad esempio, supporterà la risonanza magnetica secondo le specifiche definite dall’AirFuel e sarà compatibile con la carica via induzione magnetica secondo lo standard Qi.
Meno FOD grazie a ST
Ecco un esempio eclatante di cosa significa aumentare la vita di ingegneri, capi d’industria e clienti. L’adempimento delle domande basilari di uno standard non è abbastanza. Ecco perché le componenti ST offrono molteplici modelli oltre a una delle implementazioni più potenti ed efficaci della FOD nell’industria. I dispositivi Qi utilizzano un sistema Foreign Object Detection che si basa sull’equilibratura dell’alimentazione. Con il trasferimento della corrente, il ricevitore riporta la quantità di energia ricevuta dal trasmettitore, e il trasmettitore determina quanta energia occorre in base all’accostamento, alla distanza, etc. In caso di un accostamento impreciso fra le due parti il sistema può determinare la presenza di un oggetto estraneo che potrebbe danneggiare il sistema in caso di tentata trasmissione della carica.
La sfida sta nell’assicurare che il FOD non sia troppo aggressivo, per cui potrebbe rifiutare persino i dispositivi corretti. Allo stesso tempo, un FOD troppo permissivo potrebbe non riuscire a rilevare un oggetto estraneo e provocare seri danni. Il FOD di ST spicca per il suo firmware, che lo rende una delle soluzioni più efficaci sul mercato. In altre parole, i suoi algoritmi gestiscono e garantiscono prestazioni ottimali, ben al di sopra delle aspettative.
Quando gli argomenti non mancano
Ci sono ancora molte cose da apprendere sulla presentazione Wireless Battery Charging di Paolo Battezzato durante l’edizione 2017 della Developers Conference. Siete tutti invitati a consultare le documentazioni tecniche sui siti di WPC ed Airfuel.
(MO)
