Sạc Qi (phát âm là "Chee") là một loại sạc cảm ứng tối ưu, hay còn gọi là "sạc pin không dây" cho phép bạn sạc các thiết bị của mình mà không cần dây dẫn. Pin của thiết bị tương thích được sạc bằng cách sử dụng sự truyền tải cảm ứng mà không cần bộ nạp, cáp hay adapter riêng biệt ... Đơn giản chúng ta chỉ cần đặt thiết bị tương thích lên đầu đế không dây và xem thiết bị của mình được sạc.

Sạc Qi là gì?

Là một loại sạc cảm ứng tối ưu, hay còn gọi là "sạc pin không dây" cho phép bạn sạc các thiết bị của mình mà không cần dây. Pin của thiết bị tương thích được sạc bằng cách sử dụng sự truyền tải cảm ứng mà không cần bộ nạp, cáp hay adapter riêng biệt ... Đơn giản bạn chỉ cần đặt thiết bị tương thích lên đầu đế không dây và xem thiết bị của mình sạc.

Trong bài viết kỹ thuật này, chúng tôi sẽ giải thích chi tiết về sạc không dây này hoạt động như thế nào.

Tiêu chuẩn toàn cầu của sạc không dây:

Qi là chuẩn sạc pin không dây thông dụng, theo một định nghĩa tiếng Trung Quốc chỉ "dòng năng lượng không khí" hay "dòng năng lượng tinh thần (duy linh)" và được phát âm là "Chee". Chuẩn này được phát triển bởi Tập đoàn công nghệ không dây (Wireless Power Consortium) nhằm truyền tải năng lượng cảm ứng điện từ trong khoảng cách lên đến 4 cm - khoảng 1.6 inch.

Được thành lập vào tháng 12 năm 2008 bởi WPC (Wireless Power Consumption), bản thuyết trình năng lượng thấp Qi  đã được WPC công bố năm 2009. Trong năm 2011, WPC bắt đầu mở rộng đặc điểm kỹ thuật Qi sang năng lượng trung bình.

Tổng quan về hệ thống:

Hệ thống Qi bao gồm:

• Bộ phát (Base station)
• Thiết bị di động (Mobile devices)
• Chuyển đổi năng lượng (Power conversion)
• Truyền dữ liệu (Communication)

Chúng ta cùng xem những thiết bị này hoạt động sạc như thế nào.

Bộ phát (Base station):

Chứa một hay nhiều bộ phát năng lượng, gồm có một cuộn dây phát, nó tạo ra một từ trường dao động biến thiên. Bề mặt bộ phát thường là bằng phẳng để có thể sạc được nhiều thiết bị cùng lúc.

Thiết bị di động (Mobile devices):

Là những thiết bị cảm ứng như điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng có cuộn dây thu, bộ phận tiếp nhận năng lượng nhằm cung cấp năng lượng cho pin và chứa các mạch thông tin liên lạc và kiểm soát ở bên trong.

Chuyển đổi năng lượng (Power conversion):

Việc truyền tải ở bộ phát có mạch chuyển đổi năng lượng giúp chuyển đổi năng lượng điện thành tín hiệu điện không dây. Trong khi đó, bộ thu trong thiết bị di động lại chứa mạch cảm biến năng lượng giúp chuyển tín hiệu điện không dây ngược trở lại thành năng lượng điện.

Truyền dữ liệu (Communication):

Mạch thông tin liên lạc và điều khiển trong bộ phận tiếp nhận năng lượng và sự truyền dữ liệu này luôn đi kèm với một kỹ thuật gọi là Điều biến (Modulation).

·                     Bộ thu trong thiết bị di động được nạp bằng cách điều biến điện trở (Modulation resistor R m ) hoặc điều khiến trở kháng (Modulation capacitor  C m ).

·                     Bộ phát ở trạm gốc thực hiện việc nạp bằng cách cảm dòng trên cuộn sơ cấp ( IP ) hoặc cảm áp trên cuộn sơ cấp (VP).

Hình 1. Hệ thống truyền dữ liệu của sạc pin không dây Qi.

Nó hoạt động như thế nào?

Như chúng ta đã biết, từ trường được sử dụng để chuyển năng lượng giữa hai đối tượng. Có lẽ bạn sẽ nhớ tới cảm ứng từ trong lớp vật lý ngày xưa đã học hoặc đã đọc. Cũng cùng phương pháp đó được sử dụng trong công nghệ sạc cảm ứng không dây ngày nay.

Như thảo luận ở trên, có hai cuộn dây: một cuộn trong bộ phát và cuộn còn lại trong bộ thu. Một từ trường được tạo ra với dòng điện xoay chiều trong cuộn dây của bộ phát và tường trường này gây ra điện áp trong cuộn thu. Thực sự thì bộ thu trong các thiết bị di động lấy năng lượng điện trong từ trường điện từ và chuyển đổi nó thành dòng điện để sạc pin.

Hiện tại các nhà sản xuất thiết bị di động làm việc với chuẩn sạc này gồm: Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, BlackBerry, và Sony. Tất cả các thiết bị có logo Qi đều tương thích với bộ sạc không dây.

Phương pháp sắp xếp các cuộn dây:

Đối với chuyển đổi năng lượng, có hai phương pháp sắp xếp các cuộn dây phát và thu:

Định vị hướng (Guided positioning):

Khi cuộn dây phát ở trong bộ phát và cuộn dây thu trong thiết bị di động thì thiết bị di động phải được đặt trên một vị trí nhất định trên bề mặt của bộ phát.

Định vị tự do (Free positioning) :

Trong phương pháp này, thiết bị di động thì không cần thiết phải được đặt lên một vị trí nhất định trên bề mặt của bộ phát, không cần xếp trực tiếp giữa các cuộn dây. Bằng cách này, nhiều cuộn dây phát có thể được sử dụng ở vị trí của các cuộn dây nhận, để tạo ra từ trường và sạc pin cảm ứng.

Các chế độ sạc không dây:

Tất cả các bộ thu Qi có thể được sạc theo hai chế độ:

1. Chế độ cảm ứng

2. Chế độ cộng hưởng

Các chế độ hoạt động được xác định bởi bộ phát. Cùng thảo luận về cách các chế độ này được xử lý như thế nào nhé.

Chế độ cảm ứng:

Đối với sạc cảm ứng, để có kết quả tốt nhất thì bộ phát cần hoạt động ở một tần số hơi khác với tần số cộng hưởng của bộ nhận Qi. Trong chế độ này, khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu được giới hạn trong vài mm. Hệ thống chặt chẽ giúp đạt được hiệu năng tốt hơn.

Khi các cuộn dây có cùng kích thước và khoảng cách giữa chúng là nhỏ hơn đường kính của chúng, thì được cho là chặt chẽ (như hình bên dưới). Ở đây, khoảng cách cuộn dây z (Coil distance Z) nhỏ hơn so với đường kính cuộn dây D (Coil diameter D).

Hình 2. Chế độ cảm ứng

Chế độ cộng hưởng:

Khi hệ thống có những cuộn dây lỏng lẻo thì sự sạc pin được thực hiện theo chế độ cộng hưởng. Khi khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu lớn hơn đường kính cuộn dây, các khớp nối điện từ giữa các cuộn dây sẽ giảm.

Như trong hình, khoảng cách z (Coil distance Z) giữa cuộn dây lớn hơn đường kính cuộn dây (Coil diameter D) vì vậy sẽ làm suy yếu từ trường giữa chúng. Vậy, Những hệ thống có các khớp nối thấp phải xoay xở với tần số cộng hưởng của bộ nhận và hiệu quả chuyển giao năng lượng thấp hơn.

Hình 3. Chế độ cộng hưởng

Lựa chọn nào tốt nhất giữa chế độ cảm ứng và chế độ cộng hưởng?

Hệ thống chặt chẽ là phù hợp nhất do sự chuyển tải năng lượng cao và sản sinh ra nhiệt thấp. Đây là lợi thế cho các thiết bị nhạy cảm với nhiệt như smart phone. Nhược điểm là cuộn dây ghép chặt nhạy cảm với sự xê dịch không thẳng hàng.

Hệ thống kết nối lỏng mang hiệu suất truyền năng lượng thấp. Loại này thích hợp nhất cho các ứng dụng có cảm ứng điện từ hoặc lực điện động.

Sự lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào nhu cầu của bạn.

Năng lượng sạc pin Qi:

Sạc pin không dây Qi bằng năng lượng thấp có thể cung cấp lên đến 5 Watts năng lượng tại đầu ra bộ thu, trong khi sạc Qi bằng năng lượng trung bình có thể cung cấp lên đến 120 Watts. Ngoài ra, sự truyền dữ liệu giữa bộ phát và bộ thu phải được kích hoạt trong quá trình sạc; quá trình sạc sẽ không bắt đầu mà không có bất kỳ sự truyền dữ liệu tương thích nào.

So với sạc truyền thống, sạc không dây được coi là chậm hơn nhưng tin tốt là nó không gây hại cho con người vì bộ sạc không dây chỉ phát ra bức xạ không ion hóa.

Các ưu và khuyết điểm:

Sạc không dây có ưu và nhược điểm khác nhau:

Ưu điểm:

· Công nghệ không dây có lợi thế lớn nhất là khả năng tương thích với tất cả các điện thoại di động và bộ sạc từ các nhà sản xuất khác nhau.

· Không có năng lượng bức xạ ion hóa khi được truyền do đó nó không có hại cho con người.

· Không cần phải liên tục cắm và rút phích cắm của các thiết bị sạc pin.

· Bảo vệ kết nối tốt vì không ăn mòn.

Nhược điểm:

· Hệ thống kết nối lỏng lẻo mang hiệu quả năng lượng thấp hơn và sản sinh nhiệt cao hơn.

· Sạc pin chậm hơn so với sạc truyền thống.

· Chi phí sản xuất cao và phức tạp.

Sưu tầm & dịch thuật: www.tbe.vn