La ricarica wireless dei dispositivi elettronici è una meravigliosa opportunità per praticità, affidabilità e universalità. La praticità sta nel non dover cercare il cavo di alimentazione giusto quando si deve ricaricare il dispositivo. L'affidabilità viene incrementata dal non dover inserire una minuscola spina in un piccolo jack, con la possibilità che uno dei due o entrambi si guastino. Anche l'universalità risulta migliorata con il superamento delle differenze tra i tipi di spine, jack o cavi dei diversi tipi di dispositivi dei vari produttori. Con l'affermarsi della ricarica wireless come tecnologia dominante, stanno emergendo standard che saranno presto aggregati e applicati universalmente.
I dispositivi indossabili che utilizzano lo standard Power Matters Alliances (PMA) o Alliance for Wireless Power (A4WP) Rezence comunicheranno con la relativa base tramite Bluetooth. I dispositivi che aderiscono allo standard Wireless Power Consortium (WPC) Qi si affideranno alla regolazione della retrodiffusione modulata. In tal modo, non sarà necessaria alcuna interfaccia basata su cavi. La ricarica dovrà essere effettuata in modo wireless o tramite il metodo davvero poco pratico che consiste nel rimuovere la batteria da un dispositivo piccolo e delicato per ricaricarla esternamente e quindi reinstallarla. Anche se questo metodo fosse attuabile, aumenterebbe il costo dei dispositivi indossabili poiché prevederebbe una batteria rimovibile. A giudicare dalle prime generazioni di dispositivi indossabili introdotti sul mercato, questa non è un'opzione scelta dai produttori.
Stranamente, è allo spazzolino da denti ricaricabile che deve essere attribuito il merito di avere introdotto l'idea della ricarica wireless per i dispositivi per consumatori. Per evitare completamente il contatto del metallo presente nei caricatori elettrici con le gengive, le spine di alimentazione sono state eliminate e la ricarica wireless è divenuta essenziale.
La soluzione per gli spazzolini da denti si basa sull'impiego di un trasformatore, in cui sono presenti due induttori, il primario e il secondario. Una corrente CA viene applicata all'induttore primario e il campo magnetico creato causa una tensione CA nel secondario. Ne risulta un accoppiamento induttivo e la differenza principale è data dal fatto che nei trasformatori entrambi gli induttori fanno parte dello stesso dispositivo. Con la ricarica wireless, un induttore si trova nel caricatore e l'altro nel dispositivo da caricare. Devono essere fisicamente vicini, ma sono separati.
Nel caso dello spazzolino da denti, che viene lasciato nel caricatore per l'intera giornata tranne per i pochi minuti in cui viene utilizzato, l'efficienza è irrilevante. Non si può dire lo stesso per gli smartphone le cui batterie devono garantire una carica prolungata.
Con l'accoppiamento induttivo risonante, invece, i circuiti intorno agli induttori di trasmissione e ricezione sono risonanti gli uni con gli altri. Ciò non solo consente di trasferire più potenza con maggiore rapidità, ma permette anche ai dispositivi di essere fisicamente più distanti tra loro.
Nikola Tesla ha dimostrato l'accoppiamento induttivo risonante per la prima volta intorno al 1890 e una prima versione di questa tecnologia fu utilizzata per la ricarica di dispositivi medicali impiantabili qualche decennio fa. Attualmente, esistono innumerevoli dispositivi a basso consumo, come gli smartphone, che necessitano di essere ricaricati spesso. Con un piccolo sforzo da parte dei produttori, è possibile trovare un terreno comune. I tre standard richiedono frequenze d'esercizio diverse per il trasferimento della potenza, ma poiché è in corso la fusione delle organizzazioni PMA e A4WP, è probabile che i rispettivi standard vengano uniti. Frequenze diverse richiedono antenne diverse, pertanto la compatibilità incrociata con lo standard Qi di WPC è meno probabile. Ciò non significa che non sia possibile: un esempio è dato da Chargespot, che supporta entrambi gli standard Qi e PMA.
Lo standard dominante per la ricarica wireless è probabilmente Qi di WPC. Tra i sottoscrittori figurano Microsoft, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony e Toshiba. L'implementazione di questo standard è complicata; la compatibilità costituisce un problema e il caricatore deve essere ben allineato al dispositivo in carica. Rezence di A4WP non richiede la stessa coordinazione della posizione del dispositivo in carica rispetto al caricatore e, a differenza di Qi, permette la ricarica simultanea di più dispositivi. Lo standard PMA, che sarà probabilmente oggetto di una fusione con Rezence, è diffuso tra i produttori di semiconduttori. È interessante notare che Apple, secondo le ultime notizie, pare aver abbandonato un po' la tendenza a seguire una strada indipendente per adottare lo standard Qi per il tanto reclamizzato nuovo Apple watch che potrà quindi essere ricaricato utilizzando i caricatori Qi. L'Apple watch, tuttavia, non ha completato la certificazione Qi, pertanto potrebbero essere necessarie modifiche.
La tecnologia si è evoluta a un livello tale che i produttori di chip, quali Freescale Semiconductor, Linear Technology, Texas Instruments e Toshiba, hanno acquisito gli elementi necessari per implementare la ricarica wireless, sia per il ricevitore che per il trasmettitore, su chip largamente diffusi. La tendenza comune alla maggior parte di queste unità è la possibilità di integrare più di uno degli standard concorrenti, poiché se si utilizza un'antenna compatibile le uniche modifiche necessarie sono a livello di codice.
La comunicazione è essenziale
La comunicazione tra l'unità in carica e il caricatore deve essere costante. Ciò è importante in quanto i due elementi devono essere "sintonizzati" poiché in un'applicazione di consumo la posizione tra le unità può variare. Ciò è particolarmente vero per quelle applicazioni sempre più diffuse nelle caffetterie, negli aeroporti e in altri luoghi pubblici, perché non è sempre comodo collocare in modo preciso il dispositivo da caricare nel caricatore, data la natura indaffarata del locale. Talvolta i caricatori integrano centri magnetici che agevolano il posizionamento corretto per la carica.
Il modello TC7761WBG di Toshiba è un esempio di circuito integrato per ricevitore di potenza wireless che i produttori possono integrare nei dispositivi per facilitare la ricarica wireless. Il chip di Toshiba è progettato per implementare lo standard Qi, scelta che non sorprende essendo Toshiba membro del WPC. La scheda dati allegata offre ai progettisti informazioni complete e include un diagramma a blocchi molto utile (figura 1).
Il ricevitore monitora la potenza inviata dal trasmettitore; non la quantità trasmessa, ma ciò che è più importante ossia la quantità effettivamente ricevuta. Il modello TC7761 dispone di un loop di feedback per assicurare che non venga assorbita più potenza di quanto il ricevitore possa gestire in sicurezza.
La comunicazione avviene tramite la modulazione ASK e lo standard Qi richiede la comunicazione a 2 kbps. In questo regime, il trasmettitore può inviare potenza solo dopo il riconoscimento del ricevitore e la segnalazione di pronto del dispositivo. I ricevitori progettati con questo chip non richiedono potenza di elaborazione dell'unità.
Benché i dispositivi indossabili impongano la massima urgenza allo sviluppo della potenza wireless, l'eliminazione dei cavi di alimentazione è importante in molti altri settori. L'attuale standard Qi, ad esempio, può fornire fino a cinque watt, che lo rendono un'alternativa pratica per molteplici dispositivi a bassa potenza, come smartphone e tablet. Vengono considerati standard Qi aggiornati, tra cui uno utilizzabile per dispositivi a 15 watt e uno standard ad alta potenza per 100 watt e più.