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Le chargement sans fil : comment en est-on arrivé là ?

Image 1 : Le chargement sans fil : comment en est-on arrivé là ?Des bobines pour chargeurs à inductionLe WPC a présenté la semaine dernière le Qi 2.0, un nouveau standard de chargement à induction plus rapide offrant un maximum de 15 W (cf. « Le chargeur sans fil Qi est maintenant plus rapide »). Nous savons maintenant que les premiers terminaux compatibles avec ce standard devraient arriver d’ici la fin 2015, voire le début 2016 (cf. « La commercialisation du Qi 2.0 arriverait dans 6 à 8 mois ») et qu’une unification des consortiums est à l’étude (cf. « Des discussions pour unifier les standards de chargeurs sans fil »). Pourquoi la technologie ne se démocratise-t-elle que maintenant et quels seront les défis de demain ?

Si le Qi 2.0 a demandé deux ans de développement, sans compter le design des produits à commercialiser, c’est parce qu’envoyer plus de puissance accroît les problèmes. Très schématiquement, un système de chargement à induction utilise un champ magnétique pour transférer de l’énergie entre le chargeur et le récepteur (un smartphone, une montre connectée, etc.). Un courant électrique envoyé à la bobine du chargeur va générer un champ magnétique alternatif qui va être reçu par le récepteur qui va le reconvertir en un courant électrique utilisé pour charger sa batterie ou dans le cas des puces RFID, assurer son fonctionnement.

Gérer un signal lorsque le champ magnétique augmente

Il y a déjà eu des démonstrations de chargeurs à induction offrant 120 W et même 1 KW. Le problème est que ces systèmes sont difficilement miniaturisés, ce qui pose problème lorsque l’on tente de les intégrer dans des terminaux mobiles. La particularité du standard du WPC est d’utiliser un signal de communication qui est envoyé en multiplexage avec le champ magnétique. Cela simplifie les designs, réduit les coûts et la place des composants, mais cela signifie qu’il n’y a pas un canal dédié. Ipso facto, plus le chargeur envoie de la puissance au récepteur, plus la communication entre les deux est difficile, parce que le signal est moins bien perçu en raison de l’augmentation du champ magnétique. Ce signal est fondamental pour le bon fonctionnement du système. Il permet au récepteur de demander une certaine énergie qui va changer au fur et à mesure de la recharge, entre autres. Il contrôle aussi les mesures de sécurité qui sont mises en place pour éviter qu’un objet non compatible perturbe ou endommage le système.

Cela explique pourquoi les évolutions des standards sont lentes. La conception des puces et des protocoles de communication se complexifie avec l’augmentation de la puissance. De plus, les fabricants de bobines sont obligés de concevoir des modèles toujours plus fins et petits pour accommoder les designs de smartphones, montres, bracelets, etc. John Perzow, vice-président du WPC (Wireless Power Consortium), nous a expliqué qu’aujourd’hui la cage de blindage et la bobine d’un système de chargement à induction de 5 W pour smartphones ont l’épaisseur d’une carte de visite, ce qui explique leur démocratisation dans les terminaux mobiles, tel que le Galaxy S6 Edge. Ils sont aussi suffisamment petits, ce qui signifie qu’il est possible de réarranger les composants pour ne pas avoir une augmentation de l’épaisseur du produit. Le reste des composants, comme les contrôleurs, sont intégrés à la carte mère. Le défi est maintenant de miniaturiser les systèmes de chargement à 15 W qui sont nettement plus gros que ceux à 5 W. C’est ce qui explique pourquoi on ne devrait les trouver que dans des tablettes dans un premier temps. Les composants sur la carte mère sont aussi miniaturisés, mais seulement en partie. Le processeur qui gère les communications bénéficie d’une plus grande finesse de gravure. La partie analogue avec les convertisseurs Buck, entre autres, profite avant tout d’un meilleur design au lieu d’une simple finesse de gravure.