Kontaktlose Ladelösung für Medizinelektronik und Wearables

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Renesas Electronics stellt eine kontaktlose, drahtlose Ladelösung für wasser- und staubdichte Low-Power Anwendungen wie Hörgeräte und andere Wearables vor. Die drahtlose Ladelösung besteht aus einer integrierten Power-Receiver-IC-Schaltung (RAA457100) sowie einem Power-Transmitter-IC (RAA458100). Jedes IC enthält auf einem Chip alle 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 ist zum Beispiel bei Smartphones und Wearables gewünscht. Drahtlose Ladetechnik ist interessant für Low-Power Anwendungen wie Hörgeräte, die besonders kompakt aufgebaut sowie wasser- und staudicht sein müssen.


Der Einsatz von bestehenden drahtlosen Ladetechniken hat sich jedoch bei Ladesystemen mit kompakten Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Li-ion) für solche Low-Power Anwendungen als ungeeignet erwiesen. 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.


In seiner drahtlosen Ladelösung verbindet Renesas seine Expertise im Bereich drahtloser Ladesysteme mit seinen Mikrocontrollern (MCUs), wodurch alle wichtigen Systemkomponenten weniger Platz benötigen. Dies vereinfacht die Design-Implementierung.



Technische Merkmale des RAA457100 Power-Receiver-ICs


Alle für den drahtlosen Ladevorgang erforderlichen Funktionen wurden in ein 3,22mm x 2,77mm großes Gehäuse integriert. Das Power-Receiver-IC enthält eine Synchrongleichrichterschaltung. Sie wandelt den Wechselstrom aus der Antennenspule des Power-Receivers in Gleichstrom um. 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 auf dem Chip integrierte DC/DC-Wandler weist einen Wirkungsgrad von 85% auf. Low-Power-Anwendungen wie Wearables und Hörgeräte nutzen in der Regel kompakte Batterien mit geringer Kapazität, weshalb der Wirkungsgrad eine große Rolle spielt. Der integrierte DC/DC-Wandler erzielt einen Wirkungsgrad von 85%, wenn das System bei einer niedrigen Last von ca. 1mA arbeitet, was die Batterielebensdauer verlängert.



Technische Merkmale des RAA458100 Power-Transmitter-ICs

Alle für eine drahtlose Leistungsübertragung erforderlichen Schaltungen sind integriert. Das IC bietet Unterstützung für eine 5V-Batterie-Versorgungsspannung für Mobilgeräte. Kontaktlose Leistungsübertragung nutzt in der Regel einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 125kHz zur Ansteuerung der Antennenspule des Power-Transmitters. Diese wiederum regt die Antennenspule des Power Receivers an und erzeugt dort einen Wechselstrom.


Das von Renesas entwickelte Power-Transmitter-IC treibt eine Brückenschaltung und steuert den Wechselstrom, um den vom Power-Receiver benötigten Wert an Übertragungsleistung zu erzielen. Das Power-Transmitter-IC 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 drahtlosen Ladesystemlösung sollen im November 2016 verfügbar sein.