Le chargement sans fil des appareils électroniques est un véritable atout en termes de commodité, de fiabilité et d’universalité. La commodité vient du fait que vous n’avez pas à rechercher le cordon d’alimentation adapté lorsque vous voulez charger votre appareil. La fiabilité est améliorée car vous n’avez pas à insérer un minuscule connecteur dans une minuscule prise, en prenant le risque d’une défaillance de l’un ou l’autre. Enfin, l’universalité est optimisée car les différents types d’appareils proposés par différents fabricants nécessitent souvent des types de prise, de connecteur et de câble distincts. Le chargement sans fil étant de plus en plus apprécié par le grand public, de nouvelles normes émergent qui autoriseront bientôt la coalescence et les applications universelles.
Les appareils connectés conformes à la norme PMA (Power Matters Alliances) ou la norme Rezence de l’A4WP (Alliance for Wireless Power) communiquent avec leur base via Bluetooth. Les appareils conformes à la norme Qi du WPC (Wireless Power Consortium) reposent sur une régulation modulée par rétrodiffusion. En tant que tels, ils ne nécessitent aucune interface filaire. La recharge s’effectue sans fil, ou en retirant délicatement la batterie du petit appareil, puis en la rechargeant en externe et en la réinstallant, ce qui est peu pratique. Même si une telle méthode est faisable, elle augmente le coût des appareils connectés puisqu’elle nécessite que la batterie soit amovible. À en juger par les premières générations d’objets connectés apparues sur le marché, aucun fabricant n’a opté pour l’une de ces solutions.
Assez curieusement, on peut considérer que la brosse à dents rechargeable a été le premier produit grand public à permettre le chargement sans fil. Étant donné qu’il n’était pas question qu’une partie métallique conduisant le courant électrique entre en contact avec les gencives, la solution de la prise électrique a été éliminée et le chargement sans fil s’est imposé.
Pour les brosses à dents, la solution repose sur un mécanisme de transformateur comportant deux bobines, le principal et le secondaire. Un courant secteur est transmis à la bobine principale, et le champ magnétique créé provoque l’apparition de la tension alternative dans la bobine secondaire. Cela crée un couplage inductif. La grande différence des transformateurs est que les deux bobines sont intégrées au même appareil. Avec le chargement sans fil, une bobine se trouve dans le chargeur et l’autre se trouve dans l’appareil à charger. Elles doivent être physiquement proches, mais séparées.
En outre, comme la brosse à dents reste sur le chargeur toute la journée sauf pendant les quelques minutes de brossage, son efficacité n’est pas significative. Cette solution est suffisante pour une brosse à dents, mais pas pour un smartphone, pour lequel on s’attend à ce que la batterie dure toute la journée.
Il faut donc opter pour le couplage inductif par résonance. Dans ce cas, les circuits se trouvant autour des bobines émettrices et réceptrices sont configurés pour entrer en « résonance » les uns avec les autres. Cela permet non seulement de transmettre plus de courant plus rapidement, mais également d’autoriser une plus grande distance physique entre les deux.
Nikola Tesla a présenté le couplage inductif par résonance pour la première fois dans les années 1890, et une première version de la technologie a été utilisée pour recharger des appareils médicaux implantables il y a quelques dizaines d’années. Aujourd’hui, il existe une multitude d’appareils basse consommation, comme les smartphones, qui doivent souvent être rechargés. Avec un petit effort des fabricants, beaucoup de solutions croisées sont possibles. Les trois normes exigent différentes fréquences de fonctionnement pour la transmission d’électricité, mais les organisations PMA et A4WP sont en train de fusionner, si bien que leurs normes vont probablement le faire également. Différentes fréquences exigeant différentes antennes, la compatibilité croisée avec la norme Qi de WPC est moins probable. Toutefois, elle reste possible. Chargespot, par exemple, prend en charge les deux normes Qi et PMA.
En matière de chargement sans fil, la norme dominante est la norme Qi de WPC. Les abonnés comprennent Microsoft, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony et Toshiba. La mise en œuvre de cette norme est délicate ; la compatibilité pose problème et le chargeur doit être parfaitement aligné avec l’appareil à recharger. La norme Rezence d’A4WP n’exige pas une coordination aussi étroite entre la position de l’appareil à charger et celle du chargeur, et contrairement à la norme Qi, elle permet de charger plusieurs appareils simultanément. La norme PMA, qui semble vouée à être fusionnée avec la norme Rezence, dispose d’un certain soutien parmi les fabricants de semiconducteurs. Il est intéressant de noter qu’Apple, qui a tendance à faire cavalier seul, va peut-être s’assouplir un peu. Des rapports indiquent en effet que la nouvelle montre ultra convoitée d’Apple serait bientôt rechargeable via des chargeurs Qi. Toutefois, la montre Apple n’a pas obtenu la certification Qi, si bien qu’il va falloir sans doute encore apporter des modifications.
La technologie a évolué à tel point que les fabricants de puces comme Freescale Semiconductor, Linear Technology, Texas Instruments et Toshiba ont appliqué une grande partie des capacités nécessaires à l’implémentation du chargement sans fil, pour les récepteurs et les transmetteurs, sur les puces largement disponibles. La tendance est à l’intégration de plusieurs de ces normes acceptées dans les unités. Seul le code doit être changé, dans la mesure où une antenne compatible est utilisée.
La communication est essentielle
La communication doit être constante entre l’unité en charge et le chargeur. Il est en effet essentiel que les deux soient « accordés » car, dans les environnements publics, le placement des deux unités peut ne pas être évident. Cela est particulièrement vrai dans les environnements courants comme les cafés, les aéroports et d’autres lieux publics, où il n’est pas toujours commode de placer l’appareil sur le chargeur en raison de l’agitation des lieux. Les chargeurs sont parfois pourvus de centres magnétiques qui facilitent le placement de l’appareil sur le chargeur.
Le TC7761WBG de Toshiba est un exemple de circuit intégré (CI) récepteur d’alimentation sans fil que les fabricants peuvent intégrer dans leurs appareils pour faciliter le chargement sans fil. La puce de Toshiba est conçue pour implémenter la norme Qi, ce qui n’est pas surprenant car, comme nous l’avons mentionné plus tôt, Toshiba est membre du WPC. La fiche technique jointe fournit aux concepteurs des informations complètes, et inclut également un schéma fonctionnel très utile (Figure 1).
L’unité de réception surveille la puissance transmise par l’unité d’envoi ; non pas la quantité transmise mais la quantité effectivement reçue, ce qui est plus important. Le TC7761 établit une boucle de régulation pour garantir que l’unité de réception n’aura pas à gérer plus de puissance qu’elle ne peut en absorber.
La communication s’effectue via la modulation ASK, et la norme Qi exige des communications à 2 Kbit/s. À ce régime, le transmetteur n’envoie la puissance qu’une fois qu’il a reconnu l’unité de réception et que l’appareil a signalé qu’il est prêt. Les unités de réception conçues avec cette puce n’empiètent pas sur la puissance de traitement de l’unité.
Les objets connectés rendent de plus en plus urgent le développement d’une alimentation sans fil, personne n’appréciant d’avoir à brancher des cordons d’alimentation. La norme Qi actuelle, par exemple, permet une prise en charge jusqu’à cinq watts. Elle représente une alternative pratique pour une multitude d’appareils basse consommation, comme les smartphones et les tablettes. D’autres normes Qi sont envisagées, parmi lesquelles une norme prenant en charge des appareils de 15 watts et une norme haute puissance pour appareils de 100 watts et plus.