Resonant

Das resonante kabellose Laden hat eine Reihe von Vorteilen. Unter anderem ist es sehr benutzerfreundlich: Sie können ein Gerät an einer beliebigen Stelle in der Nähe des Senders ablegen (dabei kann ein Abstand von bis zu 30 mm in vertikaler Richtung überbrückt werden. Außerdem lassen sich mehrere Geräte unterschiedlicher Größe und Leistung gleichzeitig an einer Ladevorrichtung aufladen. Diese Technologie arbeitet mit 6,78 MHz; der Standard stammt von der AirFuel Alliance. Die Kommunikation resonanter kabelloser Ladesysteme erfolgt über BLE (Bluetooth™ Low Energy), während proprietäre resonante Lösungen eine bandinterne Kommunikation nutzen. Zur Entwicklung von resonanten Lösungen stehen im Wesentlichen zwei Topologien zur Verfügung: die Class-D-Topologie (Voll- oder Halbbrücke) und die Class-E-Topologie (Eintakt- oder Differenzialmodus).

Resonantes kabelloses Laden erfolgt bei sehr hohen Frequenzen. Dadurch ergeben sich große Herausforderungen für Standard- Leistungstechnologien auf Siliziumbasis in Sende- und Empfangsvorrichtungen, insbesondere bei Hochleistungsdesigns. Für resonante kabellose Ladesysteme werden hauptsächlich die Class-D-ZVS- (Zero Voltage Switching) und die Differenzial-Class-E-Topologie verwendet. Bei beiden Ansätzen werden die Schaltverluste dadurch verringert, dass der Übergang zwischen der Ein- und der Aus-Position der Leistungsbausteine im entsprechenden Leistungsschalter bei null Volt erfolgt.

Bei den Class-D-Topologien kommt eine Halb- oder Vollbrücke mit einer Busspannung von unter 100 V zum Einsatz; dabei schalten die Schaltknoten bei einem Spannungswert zwischen null Volt und der Busspannung. Die Schaltung ist für das Nullspannungsschalten über den gesamten Ausgangsimpedanzbereich ausgelegt. Bei der Class-D-ZVS-Topologie können Komponenten mit geringerer Durchbruchspannung verwendet werden, um den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu verbessern.

Class-E-Topologien sind mit Einzelschalter- oder Doppelschalter einschließlich Differentialschalter-Option verfügbar. In beiden Fällen ist der Drain-Anschluss mit dem Resonanzkreis verbunden. Bei korrekter Einstellung für das Nullspannungsschalten, bei der sich die Body-Diode im nicht leitenden Zustand befindet, beträgt die Spitzen-Drain-Spannung das 3,56-fache der DC-Busspannung. Unter nicht idealen Bedingungen kann die Drain-Spannung noch viel höher werden. Durch eine einfache Treiberarchitektur (nur auf der Low-Seite) und einen Einzelschalter pro Class-E-Kreis lassen sich die Systemkosten verringern.

Die CoolGaN™-Technologie ist für beide Topologien ideal geeignet, da sich durch ihren Einsatz die Gesamtleistung des Systems (in Class-D-Implementierungen) maximieren bzw. die Gesamtkosten für die Systemlösung (in Class-E-Implementierungen) verringern lässt. Aufgrund der deutlich geringeren parasitären Kapazitäten ist CoolGaN™ die ideale Lösung für das Schalten bei Frequenzen im MHz-Bereich (zum Beispiel 6,78 MHz). Sie punktet mit einem niedrigen, annähernd linearen COSS-Wert ohne große Steigerung bei niedrigem VDS-Wert, wodurch ein ZVS-Betrieb über einen großen Lastimpedanzbereich möglich wird. Außerdem bietet die CoolGaN™-Technologie, verglichen mit gleichwertigen Silizium-MOSFETs, einen sehr geringen QG- und QOSS-Wert. So sind, in Kombination mit dem Treiber-IC, schnellere Schaltvorgänge möglich.

In unserem Webinar lernen Sie, wie Sie die Entwicklung sicherer, effizienter Designs für kabellose Ladevorrichtungen beschleunigen und vereinfachen können.

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