Wireless power has become a hot topic as wireless charging of mobile devices is get getting some popularity. Wireless charging isn’t something new; the technology exists since 1981 and Nikola Tesla has made first wireless power experiments over 100 years ago. Wireless charging for Qi technology is becoming the industry standard on smartphones (pushed by Wireless Power Consortium) as Nokia, HTC and some other companies use that. There is a competing AW4P wireless charging standard pushed by Samsung ja Qualcomm. And there is more standards coming. Power Matters Alliance is heavily pushing their own wireless charging standard. It seems there is going to be fight on wireless charging in near future. It seems that right now we’re in the midst of a battle between two standards for wireless charging – Qi from the Wireless Power Consortium and Power 2.0 from the Power Matters Alliance. It seems that a common Wireless Power Standard Years Off as Battle Heats Up.
As obviously useful as wireless charging is, it suffers from a Tower of Babel problem with incompatible standards and competing interests keeping it from truly going mainstream. Wireless charging continues to be a niche category until there’s a common standard. Heavyweights are backing the idea of wireless charging capabilities embedded in phones, and public charging stations are beginning to pop up. Differing standards, however, still make for a rocky adoption. Realistically there probably isn’t room for two or more standards, which do essentially the same to end user but are incompatible, so expect some technologies to disappear in the near future. Charging portable devices without needing to carry a power adapter sounds handy when we can agree on one standard. “Wireless charging continues to be a niche category until there’s a common standard,” said Daniel Hays, a consultant with PricewaterhouseCoopers. “The hassle factor is still high.”
Qi seems to be at the moment standard that gets most attention. The news that Nokia to join Qi party with wireless-charging Lumia 920 have given lots of publicity to it. Even if the Lumia isn’t a big seller, the publicity and visibility it will provide for Qi should be enough to make everyone forget there was ever an alternative, if indeed there ever was. Also some HTC phones and Nexus 4 phone use this standard. Toyota launches the world’s first wireless charging of mobile phones in the car. Toyota’s car will get wireless mobile phone charger using Qi standard.
Qi has been here for some years. Qi has been around for a while, gaining the name and logo back in 2009. The Qi standard came out of water filtration units, which needed wireless power, and has been widely endorsed but devices are still quite rare. Under the Qi specification, “low power” for inductive transfer means a draw of 0 to 5 W, and that’s where mobile device charging solutions most probably go. The system used inductive coupling between two planar coils to transfer power from the power transmitter to the power receiver. The distance between the two coils is typically 5 mm, but can be expanded to 40mm.
The Qi system uses a digital control loop where the power receiver communicates with the power transmitter and requests more or less power via backscatter modulation. Besides low-power specification up to 5 watts, there is also a medium-power specification will deliver up to 120 watts. The frequency used for Qi chargers is located between about 110 and 205 kHz for the low power Qi chargers up to 5 watts and 80-300 kHz for the medium power Qi chargers.
Qi
Method: inductive coupling between two planar coils
Frequency: 110-205 kHz (80-300 KHz)
Communication: backscatter modulation
WiPower was a technology start-up company that used the principles of inductive coupling to develop a near-field wireless energy transfer system. Qualcomm bought WiPower in 2010 and started quietly negotiating with manufacturers to get the technology embedded in their kit. Qualcomm argues that the additional range of WiPower (which can charge devices up to 45mm away) allows new possibilities. WiPower system is based on modified coreless inductive technology and dynamically adjusts power supplied by the transmitter to power demanded by the receiver without the need for control systems or communication. WiPower chargers are claimed to operate at about 60-75 percent efficiency.
WiPower
Method: inductive coupling
Communication: no need for specific communication
Samsung and Qualcomm’s Alliance for Wireless Power (A4WP) promises more flexibility in wireless charging. Instead of induction, this standard will use loosely-coupled (LC) wireless power transfer (a series resonance-tuned pair of magnetically-coupled coils) to transmit power. This construction allows that the transmitter and receiver don’t have to be in direct contact, which gives more flexibility to industrial designers. This designs will support simultaneous charging of multiple devices with different power requirements. A4WP specification takes advantage of Bluetooth 4.0. The biggest downside in this design is that currently there are no products with this technology are yet on the market.
A4WP
Method: series resonance-tuned pair of magnetically-coupled coils (loosely coupled)
Frequency: 6.78 MHz
Communications: Bluetooth 4.0
The Power Matters Alliance (PMA) is working on an open standard for wireless charging. A group of companies back up this initiative (including Google, AT&T, ZTE, Starbucks, ,McDonalds, PowerKiss). PMA uses inductive charging method used in Duracell’s Powermat product. It requires the transmitter and receiver be close together, placing the mobile device on the charging pad.
This is quite new alliance but it seems to get lots of backers: over the last few months, the PMA has seen a tenfold increase in membership. One very big thing is that AT&T is seeking from its handset vendors a commitment to one standard of wireless charging.
The PMA is working to advance the widespread acceptance of the wireless power paradigm in multiple sectors. PMA is intent on leading and organizing the Power 2.0 agenda to commercial realization, while working under the umbrella of the most trusted name in standards: the IEEE. Powermat is capable of delivering 5-to-50 watts of power. Powermat allows a built-in check for alignment via light and voice signals based on RFiD Handshake feature. When you place a Powermat-enabled device on one of its mats, the two exchange a “handshake” using RFID: The mat identifies the device, determines how much power it needs and transfers energy to it. Powermat operates at 277-357 kHz frequency. Once a device is fully charged, Powermat stops the electricity from flowing. But as much momentum as the PMA has achieved, it is far from clear whether it will be that bandwagon.
Power Matters Alliance (PMA)
Method: inductive charging
Frequency: 277-357 kHz
Communication: RFID
As obviously useful as wireless charging is, it suffers from a Tower of Babel problem with incompatible standards and competing interests keeping it from truly going mainstream. There are also attempts to support several standards on one product. Samsung Galaxy SIII wireless power supports both Qualcomm’s WiPower and Wireless Power Consortium Qi. The Samsung Galaxy S4 will support both PMA and Qi standards. NXP has developed a charging station, which allows you to use both the general mobile phone charging standards (as well as one rare third standard).
The technologies I mentioned are not the only ones trying to push to the market in the near future. Apple is trying to patent wireless charging, claiming its magnetic resonance tech is new and that it can do it better than anyone else. Digitoday writes that Finnish research organization VTT is planning to combine wireless power and NFC technologies. The reasearchers believe that in the future NFC devices could be made to work as way to get power into device and send power to other device cheaply. Technology is not ready yet, because today’s NFC antenna circuits are not optimized for power transfer and there is no standard that covers this kind of use yet. NFC operates within the globally available and unlicensed radio frequency ISM band of 13.56 MHz.
Wireless Power: Convenient, But Its Shortcomings Are Somewhat Sour article tells that close-proximity inductive coupling is commonly estimated to deliver 50 to 70% efficiency. That’s considerably worse efficiency that what you get with a well designed wired charger. Intel increases consumer-product power consumption 50% blog post says that a system that is 50% efficient on top of the ac-dc conversion, and pumps RF energy all over the place is far from ideal in world where some other parties try to conserve every single watt. In a world with 15 billion chargers, energy efficiency is a big deal. Based in that is makes me a little bit hard to believe the Power Matter Alliance claims that wireless charging could save a lots of power in the future. How Wireless Charging Will Keep Toxic Waste Out of Landfills article tries to describe how wireless power could be more eco-friendly, but it is hard to believe all those claims without good data. I can believe that wireless chargers can have better energy efficiency than some old chargers supplied with consumer devices, but I given the limitations wireless charging it is very hard to believe that wireless charger could ever be more efficient than well designed wired charger. But wireless charger could be well “good enough” to be acceptable.
422 Comments
Tomi Engdahl says:
Powering the Wireless Warehouse
Sept. 7, 2023
Robots now travel through vast arrays of racks several stories high to pick your e-commerce orders. Here’s how fulfillment centers are keeping them powered.
https://www.electronicdesign.com/markets/automation/article/21273248/wibotic-powering-the-wireless-warehouse?utm_source=EG+ED+Analog+%26+Power+Source&utm_medium=email&utm_campaign=CPS230907058&o_eid=7211D2691390C9R&rdx.identpull=omeda|7211D2691390C9R&oly_enc_id=7211D2691390C9R
Tomi Engdahl says:
https://www.uusiteknologia.fi/2023/10/18/energy-harvesting-tekniikoilla-kohti-paristotonta-elektroniikkaa/
Tomi Engdahl says:
Langaton Qi-lataus päivittyy 2-versioon
https://etn.fi/index.php/13-news/15445-langaton-qi-lataus-paeivittyy-2-versioon
Langattoman lataamisen Qi-standardia on paranneltu 2-versiolla, jossa latausalustaan lisätään puhelinta tai muuta laitetta paremmin paikallaan pitävät magneetit. Uusi tekniikka on tulossa markkinoille vielä loppuvuoden aikana julkaistavissa premium-tason älypuhelimissa.
Wireless Power Consortiumin uusi Qi2-standardi tuo merkittäviä etuja auto- ja kuluttajasovelluksissa, kuten ohjaamon langattomassa latauksessa, älypuhelimissa ja EarPods-koteloissa, kannettavissa kaiuttimissa ja terveydenhuollon laitteissa paremman tehokkuuden ja turvallisuuden ansiosta.
Infineon on nyt ensimmäisenä puolijohdevalmistajana esitellyt referenssialustan, joka tukee Qi2 MPP -profiilia (Magnetic Power Profile). Alusta on erittäin pitkälle integroitu, halkaisijaltaan alle 43 millimetrin kokoinen, ja se pohjaa Infineonin WLC1 -ohjaimeen.
Infineonin Qi2-alusta lataa 15 watin teholla. Kortti on taaksepäin yhteensopiva BPP-perustehoprofiilin kanssa, joten vastaanottimet, joissa ei ole MPP-tukea, voivat ladata langattomasti 5 watin teholla.
Tomi Engdahl says:
Aalto-yliopiston langaton lataus herättää kansainvälistä huomiota
https://etn.fi/index.php/13-news/15450-aalto-yliopiston-langaton-lataus-heraettaeae-kansainvaelistae-huomiota
Nyt uutiskynnyksen on ylittänyt Aalto-yliopistossa kehitetty langaton lataustekniikka, jossa on onnistuttu pidentämään etäisyyttä, jonka yli lataus onnistuu.
Aalto-yliopisto esitteli tekniikkaa jo elokuussa. Nyt siihen on tarttunut uusia innovaatioita esittelevä SciTechDaily-sivusto. Sen mukaan suomalaistutkijat ovat tehneet läpimurron, joka lupaa mullistaa langattoman lataamisen.
Sivusto muistuttaa, että miten induktioon perustuva langaton tehonsiirto on hyötysuhteeltaan hyvää, mutta käytännössä vain, mikäli ladattava laite on kosketuksissa latausalustaan. Aalto-yliopistossa kehitetty tekniikka on tässä tärkeä askel eteenpäin.
Latausalueen laajentaminen onnistuu säteilyhäviön poistamisella, Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat. Kun lähettimen ja vastaanottimen silmukka-antennien virroilla on sama värähdystaajuus mutta vastakkainen vaihekulma, pääsemme eroon säteilyhäviöstä. Tämä parantaa latauksen tehoa.
Aiemmin saman laboratorion tutkijat kehittivät lähietäisyydellä toimivan langattoman latausteknologian, jolla voi ladata tehokkaasti useita laitteita yhtä aikaa. Sen salaisuus on donitsinmuotoisen laitteen keskelle luotu tasainen magneettikenttä, joka lataa laitteet yhtä hyvin kaikkialla donitsin ympärillä, riippumatta laitteiden asennosta.
Nyt julkaistussa tutkimuksessa tutkijat kehittivät tavan analysoida mitä tahansa langatonta virransiirtomenetelmää sekä matemaattisesti että kokeellisesti. Näin he voivat arvioida sekä lähietäisyydeltä että kauempaa tehtävän langattoman virransiirron tehokkuutta paljon aiempaa perusteellisemmin.
Tutkimus osoitti, että virransiirtoteho säilyy jopa 80 prosentissa viisi kertaa silmukka-antennin halkaisijan pituisella välimatkalla, kun käytetään optimaalista taajuutta sadan megahertsin vaihteluvälillä. Perinteisellä menetelmällä optimaalista taajuutta ei määritetä, vaan suunnittelijat käyttävät standardin mukaista taajuutta, jolloin teho voi jäädä alle 20 prosentin.
Tomi Engdahl says:
Transferring RF energy from transmitter to tiny magloop with green neon bulb
https://www.youtube.com/watch?v=SGdMViEpUQw
Short video for a Circuitsonline user as a demonstration of what is possible.
Half wave vertical flat on the table, 2w of power, green ‘neon’ indicator bulb.
This will also work with a LED coupled to the low impedance high current part of the loop. At first i placed the LED right over the capacitor but this was in hindsight not a smart thing to do – both the capacitance of the LED as well as the heavy load made the resonance of the loop disappear.
The capacitor is located at the high voltage low current side, and a ‘neon’ bulb is very happy in exactly that place.
The power received is probably in the 1-100mW range.
Tomi Engdahl says:
https://etn.fi/index.php/13-news/15567-qi2-laturit-tulevat-jo-joulumarkkinoille
Langattoman lataamisen Qi-standardia on paranneltu 2-versiolla, jossa latausalustaan lisätään puhelinta tai muuta laitetta paremmin paikallaan pitävät magneetit. WPC:n eli Wireless Power Consortiumin mukaan ensimmäiset laturit ovat jo sertifiointiprosessissa ja ne ehtivät markkinoille vielä loppuvuoden aiana.
Ensimmäiset Qi v2.0 -sertifioidut tuotteet ovat tulossa esimerkiksi Applen uuden iPhone 15 -puhelimen langattomaan lataamiseen, Valmistajista Belkin, Mophie, Anker ja Aircharge ovat jo ilmoittaneet Qi2-tuotteista. Yli 100 laitetta on tällä hetkellä testeissä tai sertifiointitestijonossa, WPC kertoo.
Tomi Engdahl says:
DARPA is making Nikola Tesla’s dream of wireless energy a reality
DARPA is developing a global laser-beam wireless energy transfer network to provide near-uninterruptable power supply to U.S. forces worldwide.
https://interestingengineering.com/innovation/darpa-laser-power-transfer
Tomi Engdahl says:
DARPA Hopes to Beam Power Across 200 Kilometers Lasers could one day relay power to remote areas, or even from orbital arrays
https://spectrum.ieee.org/power-beaming-2665745442
Tomi Engdahl says:
https://etn.fi/index.php/13-news/15567-qi2-laturit-tulevat-jo-joulumarkkinoille
Tomi Engdahl says:
https://etn.fi/index.php/13-news/15616-langattomia-qi-latureita-nopeammin
Tomi says:
https://etn.fi/index.php/tekniset-artikkelit/15848-langattoman-qi-latauksen-turvallisuus-parani
Tomi Engdahl says:
https://etn.fi/index.php/13-news/16016-langaton-lataus-paeivittyy-qi2-tekniikkaan
WPC-järjestön eli Wireless Power Consortiumin langaton Qi-latausstandardi on noussut markkinoiden selkeäksi johtajaksi. Nyt standardin 2-versio alkaa tehdä tuloaan markkinoille. Microchip auttaa laitevalmistajia PIC-ohjaimeen perustuvalla valmiilla referenssisuunnittelulla.
Qi-standardin 2.0-versiossa latausalustaan lisätään puhelinta tai muuta laitetta paremmin paikallaan pitävät magneetit. Tämä tuo merkittäviä etuja auto- ja kuluttajasovelluksissa, kuten ohjaamon langattomassa latauksessa, älypuhelimissa ja EarPods-koteloissa, kannettavissa kaiuttimissa ja terveydenhuollon laitteissa paremman tehokkuuden ja turvallisuuden ansiosta.
Tomi Engdahl says:
Roadside Oddity: The Mysterious Tower Along I-35 Takes Inspiration from Inventor Nikola Tesla
Constructed by Viziv Technologies, the tower appeared in 2018 and has become as much a part of the landscape as the cornfields
https://texashighways.com/travel-news/roadside-oddity-the-mysterious-tower-along-i-35-takes-inspiration-from-inventor-nikola-tesla/?fbclid=IwAR0R9ToSmt–yKmXDVtCoXGE0u91z42aGtg3pAAg9ROlJtg8aD2X63AkIaQ
Tomi Engdahl says:
https://www.kwtx.com/content/news/Scientists-studying-wireless-electric-transmission-in-Central-Texas-494839331.html?fbclid=IwAR0uM520pvDJQNSKDXKtjIA8mz-cD1F9qhYSzUkPOIITLeId9xMeLYRvHGg
Tomi Engdahl says:
Bankrupt about 2 years ago. They can still use it as a worship site for the church of Tesla.
Tomi Engdahl says:
Weird. https://hackaday.com/2019/11/20/texas-tesla-tower-titillates/
Apparently the company is now defunct.
Tomi Engdahl says:
50 watin langaton lataus teollisuuteen
https://etn.fi/index.php/13-news/16252-50-watin-langaton-lataus-teollisuuteen
Olisi kätevää, jos teollisuuden laitteita, lääketieteellisiä instrumentteja, kodinkoneita ja tietokoneiden oheislaitteita voisi ladata langattomasti. STMicroelectronics on esitellyt kehitysalustan, jolla nämä laitteet saadaan latautumaan ilman kaapelia 50 watin teholla.
Kehitysalusta on Qi-yhteensopiva ja sisältää lähettimen ja vastaanottimen. 50 watin tehon myötä yritykset voivat hyödyntää langattoman latauksen mukavuutta ja nopeutta sovelluksissa, jotka vaativat suurempaa tehoa ja lyhyemmän latausvälin. Näitä sovelluksia ovat pölynimurit, langattomat sähkötyökalut, droonit ja muut mobiilirobotit, lääketieteellisten lääkkeiden jakelulaitteet, kannettavat ultraäänijärjestelmät, näyttämövalot ja mobiilivalaistus, tulostimet ja skannerit.
STEVAL-WBC2TX50 lähetinkortti pystyy toimittamaan jopa 50 W lähtötehoa käyttämällä ST Super Charge (STSC) -protokollaa. STSC on ST:n patentoitu protokolla langattomaan lataukseen. Se on nopeampi kuin esimerkiksi älypuhelimissa käytetty standardiprotokolla. Kortit tukee myös Qi 1.3 5W Baseline Power Profile (BPP) ja 15W Extended Power Profile (EPP) -profiilia.
Tomi Engdahl says:
Langatonta latausta jopa metrien päähän voi nyt testata
https://etn.fi/index.php/13-news/16716-langatonta-latausta-jopa-metrien-paeaehaen-voi-nyt-testata
Siinä missä Qi-tekniikka käytännössä vaatii langattomasti ladattavan laitteen makuuttamista latausalustan päällä, AirFuel-tekniikka mahdollistaa lataamisen jopa metrien päästä. Rohde & Schwarz on nyt esitellyt ensimmäisen testausratkaisun näiden linkkien kehittämiseen.
Rohde & Schwarz esitteli konseptiaan IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo -näyttelyssä Japanin Kiotossa. Testausratkaisu hyödyntää yhtiön testaus- ja mittauslaitteita sekä markkinoilla olevia langattomien latausten kehityssarjoja. Se sisältää myös testiautomaation ja käyttäjäystävällisen käyttöliittymän.
AirFuel Alliance esitteli virallisesti AirFuel RF -standardin vuonna 2019. RF-standardi suunniteltiin täydentämään AirFuel Resonant -standardia ja laajentamaan AirFuel Alliancen tarjoamien langattomien latausvaihtoehtojen valikoimaa. AirFuelin tavoitteena on tuoda langaton lataus IoT-laitteiden, puettavien laitteiden ja muiden vempaimien syöttämiseen, jotka edellyttävät joustavampaa lähestymistapaa langattomaan lataukseen, mikä mahdollistaa suuremman etäisyyden ja tilavapauden verrattuna perinteisiin induktiivisiin menetelmiin, kuten Qi-standardiin.
Lataaminen RF-yhteydellä tarkoittaa kontaktitonta tehonsiirtotekniikkaa, joka mahdollistaa useiden laitteiden lataamisen samanaikaisesti useiden metrien säteellä virtalähteestä. Tämä eliminoi johtojen tarpeen ja paristojen huollon vaivan.
Rohde & Schwarzin WPT-projektin tavoitteena on kehittää kattava testausratkaisu langattomille teholähettimille ja -vastaanottimille.
Tomi Engdahl says:
https://www.allaboutcircuits.com/news/how-does-qi-wireless-charging-standard-work/
Tomi Engdahl says:
Wireless fabric-based charging
https://www.edn.com/wireless-fabric-based-charging/
You’ve likely read or seen video reports of various university research projects which use fabric—usually fashioned into a shirt—as an energy-harvesting arrangement. Some of these use fabrics which have been treated to generate small amounts of power via an enhanced triboelectric effect and wearer frictional movement, others have been modified to functions as thermoelectric generators (TEGs) based on body heat, and a few even try to fabricate solar cells on the material to catch ambient light.
Once again, it’s the concept of “something for (almost) nothing” with respect to energy harvesting (or scavenging) which is the lure and headline-grabber. It all sounds so attractive and enticing, and makes a lot of sense, at least in theory.
Recent development
However, there’s the complement of using fabrics and shirts for energy harvesting, and that’s using them for energy capture. A recent project from Drexel University, University of Pennsylvania, and Accenture Labs team has devised in a process for using MXene ink to print a textile energy grid that can be charged wirelessly at 140 kilohertz
What’s “MXene” ink? It’s a nanomaterial substance which Drexel has been involved with for quite a while and with which they have considerable experience. Their work centers on the process and viability of building a small-scale power “grid” by printing it on nonwoven cotton textiles with an ink composed of MXene. MXenes were created at Drexel and are simultaneously highly conductive yet durable enough to withstand the folding, stretching and washing that clothing endures.
Tomi Engdahl says:
Qi2 ei kiinnosta laitevalmistajia
https://etn.fi/index.php/13-news/16923-qi2-ei-kiinnosta-laitevalmistajia
Jo reilu vuosi sitten langattomaan lataukseen tuotiin uusi Qi2-standardi, jossa latausalustaan lisätään puhelinta tai muuta laitetta paremmin paikallaan pitävät magneetit. Uusi tekniikka ei ole lähtenyt kiinnostamaan laitevalmistajia.
Qi2-standardi tuo merkittäviä parannuksia langattomaan lataukseen. Yksi sen keskeisimmistä eduista on magneettinen kohdistus, joka hyödyntää Magneettista tehoprofiilia (Magnetic Power Profile). Tämä varmistaa laturin ja ladattavan laitteen tarkan kohdistuksen, mikä vähentää energiahukkaa ja minimoi lämmöntuoton. Tämä ominaisuus ei ainoastaan paranna lataustehokkuutta, vaan myös suojaa laitteiden akkujen terveyttä.
Lisäksi Qi2 tukee jopa 15 watin lataustehoa, mikä tekee siitä huomattavasti nopeamman kuin alkuperäinen Qi-standardi, jonka latausteho rajoittui 5 wattiin. Tulevaisuudessa odotetaan, että latausnopeudet kasvavat edelleen uuden teknologian kehityksen myötä.
Applen iPhone 15 tukee uutta standardia, mutta Android-leirissä suosio on tähän asti jäänyt heikoksi.
Vuoden vaihtuessa moni Android-valmistaja esittelee uusia lippulaivamallejaan, ja silloin nähdään, kasvaako Qi2:n suosio. Ennakkotietojen mukaan ainakaan mitään rynnistystä tehokkaampaan Qi2-lataamiseen ei tule. Valmistajilla on toki ollut jo aiemmin tehokkaampia, omia protokollia, joissa virta siirtyy laitteeseen ilman kaapelia.
Tomi Engdahl says:
https://hackaday.com/2024/12/19/where-this-xmas-cards-going-we-dont-need-batteries/
https://www.keacher.com/xmas24/