La carga inalámbrica de dispositivos electrónicos es una ventaja para la conveniencia, la confiabilidad y la universalidad. La conveniencia deriva de no tener que buscar el cable de alimentación adecuado cuando necesita cargar su dispositivo. La confiabilidad se incrementa porque no es necesario insertar un enchufe pequeño en un conector pequeño, con la posibilidad de que uno o ambos fallen. Y la universalidad se incrementa porque cada tipo de dispositivo de diversos fabricantes puede requerir un tipo de enchufe, conector o cable diferente. Y, a medida que la carga inalámbrica se convierte en la tendencia principal, están apareciendo estándares bien encaminados hacia la fusión y la aplicación universal.
Los dispositivos usables que funcionan según el estándar de la Alianza para Asuntos Energéticos (PMA) o el estándar de la Alianza para la Energía Inalámbrica (A4WP) Rezence se comunicarán con su base a través de Bluetooth. Los dispositivos que adhieran al estándar Qi del Consorcio de la Energía Inalámbrica (WPC) dependerán de la regulación de retrodispersión modulada. Como tales, no tendrán en absoluto la necesidad de una interfaz por cable. La recarga deberá realizarse de forma inalámbrica o a través del método para nada práctico de quitar la batería de un dispositivo pequeño y delicado, recargarla de manera externa y volver a instalarla. Incluso si ese método fuera posible, agregaría un costo a los dispositivos usables, al necesitar que la batería sea removible en primer lugar. Y, a juzgar por las primeras generaciones de dispositivos usables que ahora llegan al mercado, los fabricantes no aceptarán nada de eso.
Curiosamente, es probable que el cepillo de dientes recargable sea el dispositivo al que se le puede atribuir el inicio de la idea de carga inalámbrica para los dispositivos de clientes. Debido a que ningún metal que pueda mantener algún tipo de carga eléctrica puede estar en contacto con las encías, los enchufes de alimentación se eliminaron y la carga inalámbrica se volvió fundamental.
La solución para los cepillos de dientes se basa en el trabajo de un transformador, en el que hay dos bobinas, la primaria y la secundaria. Se aplica una corriente CA a la bobina principal y el campo magnético que se crea hace que aparezca una tensión de CA en la bobina secundaria. Esto da como resultado un acoplamiento inductivo y la gran diferencia es que en los transformadores, ambas bobinas son parte del mismo dispositivo fabricado. En la carga inalámbrica, una bobina está en el cargador y la otra en el dispositivo que se debe cargar. Deben estar físicamente cerca, pero están separadas.
Debido a que un cepillo de dientes puede estar en el cargador todo el día excepto por los pocos minutos en los que se usa, la eficiencia no es relevante. Esto puede ser lo suficientemente bueno para un cepillo de dientes, pero no para un teléfono inteligente, del que se depende todo el día por la vida útil de la batería.
Ingrese el acoplamiento resonante-inductivo. Aquí, se ajustan los circuitos alrededor de las bobinas transmisoras y receptoras para que sean "resonantes" entre sí. Esto no solo permite que se transfiera más potencia más rápidamente, sino que también es posible que los dispositivos estén físicamente más lejos entre sí.
Nikola Tesla primero demostró el acoplamiento inductivo resonante en la década de 1890, y una primera versión de la tecnología se utilizó para recargar dispositivos médicos implantables hace décadas. En la actualidad, existe una diversidad de dispositivos de baja potencia, como teléfonos inteligentes, que deben recargarse con frecuencia. Con un poco de esfuerzo de parte de los fabricantes, muchos cruces son posibles. Los tres estándares requieren diferentes frecuencias de operación para la transferencia de potencia, pero las organizaciones PMA y A4WP se están fusionando, por lo que es probable que sus estándares también lo hagan. Distintas frecuencias requieren diferentes antenas, por lo que la compatibilidad cruzada con el estándar Qi del WPC es menos probable. Sin embargo, la compatibilidad cruzada es posible. Un ejemplo es ChargeSpot, que admite los estándares Qi y PMA.
Quizás, el estándar más dominante para la carga inalámbrica sea Qi de WPC. Entre los suscriptores se incluyen Microsoft, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony y Toshiba. Implementar este estándar es complicado; la compatibilidad es un problema y el cargador debe estar estrechamente alineado con el dispositivo que se está cargando. Rezence de A4WP no requiere esa estrecha coordinación del dispositivo en posición de carga en relación con la del cargador y, a diferencia de lo que sucede con Qi, se puede cargar más de un dispositivo a la vez. El estándar de PMA, que parece estar dirigido a una fusión con Rezence, tiene una base de apoyo en los fabricantes de semiconductores. Lo interesante es que Apple, que tiene tendencia a seguir su propio rumbo, puede estar cediendo un poco, ya que los reportes indican que el nuevo y muy anunciado reloj Apple podría resultar compatible con los cargadores Qi. Sin embargo, el reloj Apple no ha pasado por el procedimiento de certificación Qi, por lo que quizás deban realizar modificaciones.
La tecnología ha madurado hasta llegar al nivel en que los fabricante de chips como Freescale Semiconductor, Linear Technology, Texas Instruments y Toshiba han tomado mucho de lo que se necesita para implementar la carga inalámbrica, tanto para el receptor como para el transmisor, en chips ampliamente disponibles. Una tendencia cierta es que la mayoría de estas unidades puedan incorporar más de uno de estos estándares competidores, puesto que los únicos cambios necesarios están en el código siempre y cuando se utilice una antena compatible.
La comunicación es la clave
Debe haber una comunicación constante entre la unidad que se está cargando y el cargador. Un motivo importante para esto es que ambos deben estar "ajustados" porque en una aplicación para consumidores, el posicionamiento entre las unidades variará. Esto es especialmente cierto en los tipos de aplicaciones que ahora aparecen en las cafeterías, los aeropuertos y otros lugares públicos, porque la ubicación precisa del dispositivo que se está cargando en el cargador puede no ser práctica, debido a la concurrencia típica del lugar. A veces, los cargadores integran centros magnéticos para ayudar en la ubicación adecuada para realizar la carga.
TC7761WBG de Toshiba es un ejemplo de un circuito integrado del receptor de potencia inalámbrica que los fabricantes pueden incorporar en los dispositivos para facilitar la carga inalámbrica. El chip de Toshiba está diseñado para implementar el estándar Qi, lo que no sorprende, porque como se mencionó anteriormente, Toshiba es miembro del WPC. Una hoja de datos anexa brinda información completa a los diseñadores y también incluye un diagrama de bloques muy útil (Figura 1).
La unidad receptora controla la potencia transmitida por la unidad de envío; no la cantidad transmitida, sino, lo que es más importante, la cantidad recibida realmente. El TC7761 ha establecido un ciclo de respuesta para garantizar que no se absorba más potencia de la que la unidad receptora puede manejar con seguridad.
La comunicación se produce a través de la modulación ASK y el estándar Qi requiere comunicación a 2 kbps. En este contexto, el transmisor solo envía potencia después de haber reconocido la unidad receptora y de que el dispositivo haya indicado que está listo. Las unidades receptoras diseñadas con este chip no realizan una demanda relacionada con la potencia informática de la unidad.
Aunque los dispositivos usables están impulsando la mayor urgencia para el desarrollo de la potencia inalámbrica, a nadie realmente le gusta enchufar los cables de alimentación. El estándar Qi presente, por ejemplo, puede suministrar hasta cinco vatios, lo que lo convierte en una alternativa práctica para una diversidad de dispositivos de baja potencia, como los teléfonos inteligentes y las tablets. Se están considerando estándares Qi actualizados, incluido uno que admitirá dispositivos de 15 vatios y un estándar de potencia alta para 100 vatios y más.