Resonante induktive Kopplung - (Qi)

Kurzbeschreibung

Der Qi-Standard ist der derzeit meist verbreitete universelle Standard für Energiesender von Smart-Telefonen. Er soll die Kompatibilität bei übertragungsmodalitäten, Ladevorrichtungen und Empfangsmodule sicherstellen und definiert die grundlegenden Eigenschaften wie den Frequenz- und Leistungsbereich, die Positionierung der sende- und empfangsseitigen Flachspulen.
Der Sender liefert ein überprüfungssignal, das durch Kapazitäts- oder Resonanzänderung erkennt, ob sich ein dem Qi-Standard kompatibles Gerät auf der Ladestation befindet. Ist die Qi Kompatibilität und die Notwendigkeit der Energieübertragung gegeben, wird der Lade-Vorgang per resonanter induktive Kopplung initiiert. Sender und Empfänger tauschen ständig Daten aus (ca. 2KB/sec), um eine optimale Energieübertragung zu gewährleisten. Während des Ladens bleiben Sender und Empfänger ständig in Kontakt und wechseln in den Standby-Modus, sobald das zu ladende Gerät vollständig geladen ist.
Die Übertragungsfrequenz beträgt zwischen 110 und 205 kHz, bei einer Leistung von 5-15 Watt.
Der große Vorteil von Qi Ladestationen ist, dass sie nur dann aktiviert werden bzw. Energie übertragen, wenn sich ein kompatibles Gerät auf der Ladestation befindet, welches Energie benötigt.
Der Nachteil liegt in einem deutlich gerigeren Wirkungsgrad als beim Laden mit Kabel (η = 0,6-0,95)
Die resonante induktive Kopplung ermöglicht eine Erweiterung der Reichweite gegenüber einer rein induktiven Kopplung. Sie erfolgt mittels zwei freier Schwingkreise. Jeder dieser Schwingkreise besteht aus einem Kondensator C und einer Spule L deren Resonanzfrequenz auf die übertragungsfrequenz abgeglichen sein muss. Die Resonanz zwischen den Schwingkreisen führt zu einer verbesserten magnetischen Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule. Je besser der Gütefaktor der Schwingkreise, desto größer ist die Reichweite und desto besser der Wirkungsgrad.

Zur Demonstration verwenden wir eine handelsübliche Qi-Ladestation. Als Empfänger dient uns eine, aus einem Handy ausgebaute Ladeeinheit, deren Ausgangsspannung mit einer Leuchtdiode versehen ist. Ab einem Abstand von etwa 5 mm zwischen Sender und Empfänger beginnen sowohl die Ladestation als auch die Leuchtdiode am Empfängerteil zu leuchten.

Betriebsanleitungen: Elektrogeräte

• 
• zum Foto


• zum Film