La transmission d’énergie sans fil a de nombreux avantages. À titre d’exemple, elle permet d’éliminer les contacts par fiches qui sont source de dysfonctionnements. De surcroît, ces dispositifs peuvent être incorporés dans des boîtiers protégés contre les infiltrations d’humidité. Enfin, les utilisateurs n’ont plus à se soucier de brancher des câbles. L’essentiel des applications de transmission d’énergie sans fil concerne la recharge des batteries d’appareils portables.
Un certain nombre de normes ont été établies dans ce domaine. Pour autant, nombre d’applications ne nécessitent aucune norme particulière, et il est donc possible d’utiliser un mode de transmission d’énergie optimisé au cas par cas. La figure 1 montre par exemple un concept de transfert d’énergie inductif. Deux bobines se trouvent à proximité l’une de l’autre et un courant alternatif est produit dans la bobine primaire. Grâce au champ magnétique résultant, un courant alternatif est induit dans la bobine secondaire, exactement comme dans un transformateur.
Figure 1. Concept de transmission d’énergie inductif avec commande au primaire et récepteur.
En principe, Il est possible de réaliser l’émetteur primaire à l’aide d’un simple oscillateur et de quelques composants discrets. Ce principe fonctionne bien pour une transmission à faibles niveaux de puissance. Pour des quantités d’énergie plus importantes, il est préférable d’utiliser un circuit émetteur intégré, comme par exemple un LTC4125 d’Analog Devices. L’émetteur s’adapte très précisément à la fréquence de résonance donnée. Il est ainsi possible d’obtenir une transmission d’énergie maximale grâce à des composants spécifiques. Le LTC4125 permet également de détecter des corps étrangers grâce à la bobine primaire. À titre d’exemple, si vous placez une pièce métallique au contact de la bobine, des courants de Foucault se forment dans le métal. Ces courants produisent de la chaleur, et il y a un risque de blessure corporelle si l’énergie est forte. À des niveaux d’énergie plus faibles, un corps étranger ne provoquera qu’une faible augmentation de température, sans risque significatif. Le LTC4125 peut détecter ces objets métalliques et réduire la puissance ou interrompre la transmission d’énergie.
Pour économiser l’énergie, le LTC4125 peut adapter la puissance transmise en fonction de la demande du côté secondaire.
Figure 2. Effet du décalage et de la distance entre les deux bobines.
La figure 2 montre un exemple de circuit de démonstration constitué de composants spécifiques. Le graphique montre ce qui se produit lorsque les deux bobines sont décalées ou séparées selon des distances spécifiques. Dans un transformateur, le coefficient de couplage se situe généralement entre 0,95 et 1. Dans les systèmes de transmission d’énergie sans fil, il est courant de rencontrer des coefficients de couplage compris entre 0,8 et 0,05. Sur la figure 2, le décalage des bobines en millimètres apparaît sur l’axe X. La distance entre les deux bobines, également exprimée en millimètres, apparaît sur l’axe Y. Dans ce cas, si les deux bobines sont alignées de manière exactement verticale (par exemple, si le décalage de la bobine est nul) et que la puissance de charge de la batterie est de 1 W, la distance entre les deux bobines peut atteindre 12 mm. Plus la puissance est élevée, plus les deux bobines doivent être proches et parfaitement alignées. Il est possible d’adapter la puissance transmissible par un choix judicieux des éléments constituant le circuit. Pour autant, la relation entre le décalage et la distance des bobines sera similaire à ce qui est représenté dans l’exemple.
Pour transmettre de l’énergie sans fil à plus grande distance, il est possible d’utiliser un système de transmission d’énergie par radio. Il existe à cet égard des dispositifs d’essai fonctionnant en bande ISM (industriel, scientifique, médical). Toutefois, la puissance transmissible et le rendement de transmission sont bien plus faibles qu’avec le procédé de couplage inductif décrit ici.
Frederik Dostal
Analog Devices, Inc.
Source: zellercom.com
