¿Está utilizando un condensador en lugar de una bobina para la carga inalámbrica?

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Esto puede sonar como una pregunta estúpida, pero estoy un poco interesado en una explicación detallada.

Entonces, mientras que la carga inductiva es bastante omnipresente, cosas como los cepillos de dientes eléctricos y los cargadores Qi vienen a la mente, y en menor medida, las almohadillas inalámbricas de carga para automóviles, todos son sistemas de carga inductiva, que básicamente forman la mitad de un transformador (el cargador es una mitad, el dispositivo cargado la otra mitad).

¿Pero sería técnicamente posible realizar una configuración de carga de este tipo, utilizando un capacitor grande?

I.e. teniendo una fuente de CA conectada a una placa grande, formando la mitad de un condensador grande. El dispositivo cargado formaría la otra mitad del condensador.

Entiendo que las distancias tendrían que ser bastante pequeñas, pero en casos como los cargadores Qi, están justo uno encima del otro de todos modos. Además, las propiedades dieléctricas de los materiales entre las dos placas conductoras, obviamente desempeñarán un papel.

Pero desde una perspectiva puramente de ingeniería, ¿por qué es una mala idea? Un problema que se me ocurre es usar frecuencias muy altas. El lado del cargador del capacitor sería esencialmente una antena, con los tamaños de un teléfono inteligente, que significaría frecuencias en el rango de 500MHz-3GHz. Supongo que sería demasiado complicado utilizar un generador de señales en estas frecuencias para enviar cantidades considerables de energía.

    
pregunta polemon

3 respuestas

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Primer punto: un transformador tiene una ruta de retorno incorporada, por lo que tiene un circuito completo. Es decir, tiene dos cables en cada lado, por lo que la corriente puede fluir a través de uno y volver a través del otro. Para hacer un dispositivo equivalente con capacitores, sería necesario tener dos de ellos, uno para salir y otro para devolver.

A continuación vamos a poner algunos números en bruto. Para un teléfono, tiene un área de aproximadamente 5000 mm ^ 2 para cada condensador. Si coloca las placas de los capacitores cerca de la superficie, entonces podría obtener un espacio de 1 mm y la caja de plástico podría diseñarse con una constante dieléctrica de, por ejemplo, 10. Esto funciona aproximadamente a 0.4nF por capacitor.

Ahora pensemos en transferir poder a través de eso. A 1kHz la impedancia sería de 400Mohm. A 1MHz, sería 400kohm, y 1GHz sería 400ohm. Ese tipo de alta frecuencia causa muchos de dolores de cabeza al evitar la interferencia con otros dispositivos. Y a cualquier potencia real, no microondas al usuario. E incluso si llega hasta 1 GHz, tendrá que lidiar con una impedancia relativamente grande. Para que un watt fluya a través de los condensadores se necesitarán 30V.

Es probable que los problemas de ingeniería no sean insuperables, pero aún es mucho más fácil (y por lo tanto más barato) utilizar un método inductivo.

    
respondido por el Jack B
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Pero, ¿sería técnicamente posible realizar una configuración de carga,   usando un capacitor grande?

Sí y casi comercialmente más barato que la carga inductiva (pero eso es lo que lo hace poco atractivo).

Si tuviera dos capacitores de placa paralela (para corriente de avance y retorno) de 1 "de sección transversal cada uno y una separación de 1 mm entre el teléfono y el cargador, tendría una capacitancia total del circuito de la serie de aproximadamente 2,7 pF (sí pico farads ).

Si sintonizas este condensador en serie con un inductor de 10 uH, obtendrás una frecuencia de resonancia de 30,6 MHz y una ruta de baja impedancia bastante alta que presenta.

Esto significa que puede transferir potencia a frecuencias relativamente sencillas sin una "placa" de capacidad considerable. No necesitas una gran capacitancia.

La frecuencia del "oscilador" podría depender de la sintonización de L y C, por lo que si la capacitancia fuera de 1.35 pF (el doble del espacio), el oscilador oscilaría naturalmente a una frecuencia de 43.3 MHz para mantener la sintonía.

Si el teléfono no está presente, esto puede detectarse fácilmente por lo que no necesariamente habrá un problema de interferencia. Puede diseñar el oscilador para que no funcione más allá de una frecuencia límite (por ejemplo) de 50 MHz y solo volverá a la acción cuando el teléfono esté guardado.

La dificultad es el costo: hacer un inductor de 10 uH que tenga una pérdida baja y una frecuencia de resonancia de más de 100 MHz no va a ser tan barato como cualquier bobina de cable a 13 MHz que se acopla a un campo magnético. Por lo tanto, diría que los costos del mercado masivo reducen esta idea y no la viabilidad técnica.

    
respondido por el Andy aka
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No solo es posible, sino práctico para algunas aplicaciones.

Aquí hay un experimento que hice comparando bobinas con placas para encender un LED en un espacio de ~ 1 mm ...

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Ha habido casos en los que he elegido el acoplamiento capacitivo sobre el acoplamiento inductivo para cargar baterías cuando la geometría del producto ofrecía grandes superficies que eran buenos lugares para colocar las placas. Una capa de lámina o rociada sobre una capa conductora puede ser mucho más barata y más fácil de fabricar que una bobina.

Aquí hay un módulo comercial capaz de transmitir múltiples vatios a través de capacidades de separación con una pequeña placa que funciona a alta frecuencia ...

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respondido por el bigjosh

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