Hoe werkt draadloos opladen precies
Draadloos opladen voelt bijna magisch. Je legt je telefoon of ander apparaat op een laadpad en de batterij loopt vol zonder kabel. Achter die eenvoud gaat echter een goed doordacht elektrisch en magnetisch proces schuil. Voor iedereen die geïnteresseerd is in schakelingen en elektronica is het nuttig om te begrijpen wat er in zo een draadloos laadsysteem gebeurt.
Het principe van magnetische inductie
Draadloos opladen werkt in de meeste consumentenproducten via magnetische inductie. In de lader zit een spoel van koperdraad die een wisselend magnetisch veld opwekt zodra er stroom doorheen loopt. In het apparaat dat je wilt opladen zit ook een spoel. Wanneer deze ontvangende spoel in dat magnetische veld wordt geplaatst, wordt er een spanning in opgewekt. Deze opgewekte spanning wordt vervolgens omgezet naar een bruikbare laadspanning voor de batterij.
De rol van resonantie en frequentie
Omdat de afstand tussen zender en ontvanger meestal klein is maar wel kan variëren, werken moderne laders vaak met resonante inductie. De spoelen worden dan samen met condensatoren afgestemd op een specifieke frequentie. Hierdoor wordt de overdracht efficiënter en gaat er minder energie verloren in warmte. De gebruikte frequentie ligt veel hoger dan de netfrequentie, wat compactere componenten en betere regeling mogelijk maakt.
Hoe de energie in de batterij terechtkomt
Tussen het magnetische veld van de lader en de batterij in je apparaat zit een hele keten van elektronica. Die keten zorgt ervoor dat de batterij veilig, efficiënt en volgens de juiste laadcurve wordt opgeladen. Zonder die slimme regeling zou draadloos opladen niet betrouwbaar of veilig zijn.
Gelijkrichting en spanningsregeling
De spanning die in de ontvangende spoel wordt opgewekt is wisselspanning. Een gelijkrichter zet deze eerst om in gelijkspanning. Daarna zorgt een schakelende voeding er via een dc dc converter voor dat de spanning en stroom precies passen bij de eisen van de batterij en de laadcontroller. In smartphones wordt deze gelijkspanning bijvoorbeeld ingevoerd in een speciale laad ic die de laadstroom nauwkeurig begrenst, de temperatuur bewaakt en communiceert met de processor van het toestel.
Communicatie tussen lader en apparaat
Om te voorkomen dat er onnodig vermogen wordt verstookt, communiceren veel laders met het apparaat. Dat gebeurt meestal via kleine variaties in de belasting van de spoel, die door de lader worden gedetecteerd. Zo kan het apparaat aangeven hoeveel vermogen het nodig heeft en kan de lader zijn uitgangsvermogen dynamisch aanpassen. Dit verhoogt het rendement en voorkomt oververhitting van zowel de lader als het apparaat.
Praktische aandachtspunten bij draadloos opladen
Voor de gebruiker lijkt draadloos opladen simpel, maar in de praktijk zijn er een paar technische beperkingen waar je rekening mee moet houden. Deze hebben vooral te maken met uitlijning van de spoelen, afstand, vermogen en warmteontwikkeling.
Uitlijning, rendement en veiligheid
Het rendement is het hoogst als de spoelen zo goed mogelijk gecentreerd zijn en de afstand minimaal is. Een dikke hoes of metalen onderdelen tussen spoel en lader verminderen de koppeling en kunnen extra warmte veroorzaken. Daarom schakelen veel laders automatisch terug in vermogen als er een onbekend voorwerp wordt gedetecteerd. Voor ontwerpers van schakelingen is het belangrijk om goede thermische beveiliging, vreemde voorwerp detectie en efficiënte spoel lay out in te bouwen om zowel veiligheid als rendement te waarborgen. Draadloos opladen is dus geen mysterieus proces maar een doordachte toepassing van bekende elektromagnetische principes.
