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Renesas Electronics: Medizinische Geräte und Wearables kontaktlos laden

Renesas Electronics stellt einen integrierten Power-Receiver (RAA457100) sowie einen Power-Transmitter (RAA458100) für das drahtlose Laden von wasser- und staubdichten Low-Power-Anwendungen wie Hörgeräte und andere Wearables vor.

Kontaktlose, drahtlose Ladelösung für Medizinelektronik-Geräte und Wearables. Bildquelle: © Renesas Electronics

Kontaktlose, drahtlose Ladelösung für Medizinelektronik-Geräte und Wearables.

Die neue drahtlose Ladelösung von Renesas enthält auf zwei Chips alle benötigten Funktionen für drahtlose Ladevorgänge. Renesas bietet zusätzlich ein Evaluations-Kit, um Hersteller bei der Entwicklung von drahtlosen Ladedesigns zu unterstützen.

Drahtlose Ladetechnik macht Batteriewechsel oder den Anschluss eines Stromkabels überflüssig. Dieser Bedienkomfort überzeugt in vielen Anwendungsbereichen, so zum Beispiel bei Smartphones und Wearables. Drahtlose Ladetechnik ist besonders interessant für Low-Power Anwendungen wie Hörgeräte, die besonders kompakt aufgebaut ebenso wie wasser- und staudicht sein müssen. Der Einsatz von bestehenden drahtlosen Ladetechniken hat sich bei Ladesystemen mit kompakten Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Li-ion) für Low-Power Anwendungen als ungeeignet erwiesen. Die Gründe hierfür sind: Ein kompakter Aufbau lässt sich mit vorhandener drahtloser Ladetechnik aufgrund der standardmäßig geforderten Antennengrößen nur schwer erreichen. Dabei werden große Ladeströme benötigt und die Ableitung von Verlustwärme ist schwierig.

Die wichtigsten Merkmale des RAA457100 Power-Receiver:

  • Dank der Integration aller für den drahtlosen Ladevorgang erforderlichen Funktionen in ein 3,22 mm x 2,77 mm großes Gehäuse erlaubt der Power-Receiver den Aufbau kompakterer Geräte. Der Power-Receiver enthält eine Synchrongleichrichterschaltung, die den Wechselstrom aus der Antennenspule des Power-Receivers in Gleichstrom umwandelt. Weiterhin enthält das IC eine Ladekontrollschaltung für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Li-ion). Ein 12-Bit A/D-Wandler überwacht die Batteriespannung und den Ladestrom. Diese Daten werden zur Einhaltung des optimalen Ladeniveaus während des Ladevorgangs an den Power-Transmitter übertragen. Schutzfunktionen für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie und ein DC/DC-Regler sind ebenfalls auf dem Chip integriert.
  • Der integrierte DC-DC-Wandler erreicht einen Wirkungsgrad von 85 Prozent, wenn das System bei einer niedrigen Last von ca. 1 mA arbeitet, was die Batterielebensdauer verlängert.

Die wichtigsten Merkmale des RAA458100 Power-Transmitters:

  • Auch in diesem Fall sind alle für eine drahtlose Leistungsübertragung erforderlichen Schaltungen integriert, darüber hinaus bietet der Transmitter eine 5-V-Versorgungsspannung für die Batterie von Mobilgeräten. Kontaktlose Leistungsübertragung nutzt typischerweise einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 125 kHz zur Ansteuerung der Antennenspule des Power-Transmitters. Diese wiederum regt die Antennenspule des Power Receivers an und erzeugt dort einen Wechselstrom. Der Power-Transmitter von Renesas treibt eine Brückenschaltung und steuert den Wechselstrom, um den vom Power-Receiver benötigten Wert an Übertragungsleistung zu erzielen. Der Power-Transmitter enthält eine Überstrom-Schutzfunktion für die Brückenschaltung sowie eine externe Zweileiter-Überhitzungsschutzfunktion. Systemhersteller können über eine I2C-Schnittstelle mit Hilfe einer Programmierung der Leseregister mit externen EEPROM-Daten Parameterwerte modifizieren und damit die Anforderungen ihrer Applikation erfüllen. Darüber hinaus lässt sich die Lösung mit dem Anschluss einer externen MCU weiter kundenspezifisch anpassen.

Das μPA2690T1R Power-MOSFET von Renesas wird zur Konfigurierung der Brückenschaltung empfohlen. Im gemeinsamen Betrieb mit dem RAA458100 haben Systemhersteller die Wahl zwischen Halbbrücken- und Vollbrücken-Schaltungskonfigurationen zur Anpassung des Leistungsniveaus für den Power-Transmitter.

Muster der neuen drahtlosen Ladesystemlösung sollen im November 2016 verfügbar sein.