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Samstag, 10. Mai 2014

Funkstrom? Aw Yis!

Qi Empfänger
Qi (Aussprache: [ˈt͡ʃiː]) ist chinesisch und steht für Lebensenergie. Es ist aber auch ein Standard des Wireless Power Konsortiums um drahtlose Energieübertragung durch elektromagnetische Induktion für kurze Strecken zu vereinheitlichen und kompatibel zu halten. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl von billigen chinesischen Sende- und Empfangsgeräte, die diese Art der Energieübertragung zum Laden eines Mobiltelefons verfügbar machen, ohne dass dafür die Garantie des Handys erlischt. Diese Module gibt es in verschiedenen Ausführungen und für viele verschiedene Positionen. Wie in den Bildern zu erkennen, sind sie so aufgebaut, dass das Flachbandkabel entsprechend der Konfektion des Moduls angelötet wird. Das Basismodul mit der Sendespule verfügt über einen Micro-USB Buchse und kann somit mit den gewohnten Ladegeräten verwendet werden.


Wie beim Empfänger zu sehen ist, besteht das Modul eigentlich nur aus einem Chip, dessen Beschriftung nicht lesbar ist und einigen passiven Bauteilen. Den größten Teil nimmt die Antennenspule in Anspruch. Sie ist zwischen den beiden Klebeflächen eingeklebt und somit auch ziemlich flach. Das Löten der Steckerverbindung ist jedoch nicht ganz einfach, da die Masseverbindung direkt auf die Kupferfläche der Platine geht und so eine große Wärmemenge aufgenommen werden kann. Nach ein paar Versuchen habe ich allerdings die Lötverbindung so hinbekommen, dass der Anschluss zur Seite des Moduls richtig herum und vor allem in der richtigen Länge herausschaut. Alles wieder zusammengeklebt, auf die Rückseite meines HTC One S geklebt und auf die Basisstation damit. Siehe da, es funktioniert nicht, das Ladelicht blinkt und das Telefon lädt nicht.


Die Basisstation des Ladegerätes ist in einem rechteckigen Kunststoff Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse an sich ist sehr leicht und es macht nicht den stabilsten Eindruck. Die Angaben in der Bedienungsanleitung sind auf Chinglish und nicht sehr hilfreich. Nur das Netzteil, das dort erwähnt wird, war nicht in der Packung. Mist. Auf der Rückseite des Tischgeräts sind neben 'Made in China' die üblichen Angaben gemacht, die darauf hinweisen, wo das Problem liegen könnte. Ich habe das Ladegerät an meinem Laptop betrieben. Da kommen aus dem USB Anschluss nur 500mA Strom und somit nicht genug für dieses energiehungrige Teil. Laut USB Spezifikation ist der Maximalstrom der über einen Port kommt 500mA aber das Gerät möchte 2A Eingangsstrom sehen. Also schnell einen der nicht standardkonformen chinesischen USB-Steckdosengeräte dran und siehe da, mit genug Power geht es. Das blaue Ladelicht ist dauerhaft an und das Telefon zeigt an, dass es geladen wird.

Der Inhalt der so leichten Ladestation hat mich dann doch gewundert. Ich habe damit gerechnet, dass eine schlecht gewickelte Spule mehr schlecht als recht an eine Platine gelötet ist auf der ein Schwingkreis das Ladesignal erzeugt. Dem ist nicht ganz so.

Innenleben der Ladestation

Neben einer durchaus ansehnlichen Spule (dieser Aufbau wird auch bei uns in der Firma verwendet) die auf einer Ferrit-Platte sitzt und stabil ins Gehäuse geklebt ist befindet sich ein Board mit mehreren ICs. Der Gehäusedeckel hat an der Stelle an der die Spule sitzt sogar eine Verjüngung, sodass die elektromagnetischen Wellen nicht unnötig durch das Gehäuse gedämpft werden. Die Zentrale Steuerung des Ladegeräts dürfte wohl der Microcontroller U3 im 20 Pin Gehäuse sein.

IC U3: Der Controller?
Die Beschriftung sagt, es handelt sich um einen MSP430G2558. Allerdings hat Texas Instruments keinen MSP mit dieser Bezeichnung im Programm, der Controller, der dieser Modellnummer am nächsten kommt ist der MSP430G2553. Auch das Datenblatt des 2553 zeigt an, dass Das hier verwendete Package nicht zweizeilig, sondern einzeilig beschrieben ist. Also weiter bei Ti.com nach Informationen zu dieser Controllerfamilie gesucht und auch einiges gefunden. Der Teil 'G2' steht für einen Controller aus der Value Line Familie. Aber auch hier findet sich kein Exemplar, dass mit einer 8 im Namen endet. Ich gehe davon aus, dass es sich hier um eine Kopie eines MSP430 handelt, selbst wenn dazu ein Datenblatt existiert, besteht keine Garantie, dass die dort genannten Werte eingehalten werden können.

MOSFET
Betrachten wir ein weiteren Chip auf der Baugruppe. Die Spule wird von zwei ziemlich starken MOSFETs getrieben. Die DTM4606 sind in der Lage über 5A zu steuern. Jeder Chip beinhaltet zwei dieser FETs, jeweils ein P- und ein N-Kanal. Allerdings ist der P-Kanal bei beiden nicht verbunden. Weiterhin sind pro Spulenseite 4 NPN Transistoren verbaut, von denen aus der Controller die MOSFETs steuert.

Operationsverstärker
Eine weitere sehr interessante Baugruppe ist auf der Platine zu finden. Ein vier in einem Gehäuse Operationsverstärker, was die auffallend vielen Kondensatoren und Widerständen erklärt. Es sieht so aus, als würde die Spule neben der reinen Aussendung der Energie auch noch eine Überwachung des Ladezustands durchführen. Das erklärt, weshalb das Ladegerät in der Lage ist zu erkennen, ob ein Gerät in Reichweite der Sendespule ist, aber nicht genügend Energie übertragen wird um im Empfänger einen Ladestrom zu erzeugen, wie es mit dem Betrieb am USB-Port offensichtlich der Fall war.