Принцип работы беспроводной зарядки для телефона

Функцией беспроводной зарядки сегодня уже никого не удивишь. Как она работает, при чем тут Никола Тесла и заменят ли такие зарядки стандартные устройства, вы узнаете в нашем материале.

Никита Шевцев

Передача электроэнергии по проводам — привычная для нас вещь. В ходе этого процесса электроны движутся от источника к потребителю по проводящему электрический ток материалу. Но провода для зарядки наших устройств постоянно путаются, их могут грызть домашние животные, а еще они могут изнашиваться и рваться в самый неподходящий момент.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Помочь решить эти проблемы может беспроводная зарядка. Такое устройство передает электроэнергию на небольшое расстояние с помощью нехитрой системы, которую в конце XIX века изобрел Никола Тесла. Он состоит из двух частей — генератора и приемника. Генератор состоит из источника питания, катушки индуктивности и конденсатора. Источник питания заряжает конденсатор, в котором накапливается заряд. Когда на конденсаторе достигается критический уровень заряда, происходит пробой и по цепи начинает течь ток. При этом создаются высокие напряжения и катушка индуктивности становится источником мощного электромагнитного поля.

Источник заряда работает в импульсном режиме и создает переменное электромагнитное поле. Это поле доходит до приемника, который также состоит из катушки индуктивности и выводов, ведущих к питаемому устройству. Электромагнитные колебания индуцируют электрический ток в катушке приемника и он начинает питать наше устройство.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Беспроводные зарядки позволяют избавиться от проводов, а некоторые устройства могут заряжать даже несколько гаджетов сразу. Вот только эффективность таких зарядок чуть ниже, чем у обычных проводов. Это происходит из-за того, что часть энергии теряется прямо в колебательном контуре, так как каждое преобразование электрического тока в электромагнитное колебание и обратно сопряжено с потерями. Также энергия теряется из-за того, что катушка приемника «аккумулирует» не всю энергию, которая излучается источником, так как у поля нет конкретного направления — оно распространяется равномерно во все стороны, если его ничем не экранировать.

Так что пока эффективность беспроводных зарядных устройств ниже, чем у проводных. Но в скором будущем можно ожидать, что они сравняются по величине потерь, так как технологии беспроводной передачи энергии продолжают совершенствоваться.

Главный стандарт беспроводных зарядных устройств

Qi — главный стандарт беспроводной передачи энергии. Он активно используется всеми производителями мобильных телефонов и зарядных устройств. На данный момент есть три основных показателя мощности зарядок:

1. 5W

Как работает БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА? — Научпок


2. 7,5W
3. 10W

Для сравнения такую мощность выдают проводные зарядки:

1. Стандартный зарядный блок для iPhone — 5W
2. Зарядный блок для iPad — 10W
3. Quick Charge 3 — 18W

У беспроводных зарядных устройств КПД ниже из-за передачи энергии по воздуху. Тестирования показывают, что телефон принимает из 5W только 4,2W (КПД 85%), при 10W — 9,1W (КПД около 90%).

Что это на фото?

На фотографиях измеритель силы тока и напряжения, который принимает телефон от беспроводной зарядки. Это устройство показывает сколько телефон принимает заряда от беспроводной зарядки.

Быстрая беспроводная зарядка

Почему-то принято называть быстрой беспроводной зарядкой устройства с мощностью выше 5W. Я с этим не согласен, так как уже начинают продавать устройства на 15W, а прототипы выдают уже 20W — 60W (но об этом потом). Поэтому чисто маркетинговая добавка «быстрая» совсем потеряет свой смысл и какие-либо критерии. Я бы называл их просто по максимально выдаваемой мощности (напр. беспроводная зарядка 10W).

Нужно понимать, что есть несколько типов зарядки. Разные модели телефонов поддерживают разные стандарты.

Зарядку 5W поддерживают все телефоны со встроенным модулем зарядки. Также такую мощность можно получить используя приемник беспроводной зарядки (с этой пластиной телефон без беспроводной зарядки можно заряжать на ней).

Зарядку 7,5W сейчас поддерживают модели iPhone (все новее 8 модели).

Зарядку 10W поддерживают флагманы Samsung (от S7 и от Note 5), Huawei Mate 20 Pro.

Если зарядка выдает только 10W, то 7,5W для iPhone она может не выдавать. И наоборот. В случаях неправильного подбора беспроводной зарядки и модели телефона зарядка будет идти с мощностью 5W.

masterok

Сейчас все чаще и чаще слышу про беспроводную зарядку. Четыре месяца назад, когда искал себе новую машину, видел Киа «Спортедж» со встроенной такой зарядкой. Еще подумал, вот на кого это рассчитано, на единиц? Казалось, что для этого надо иметь какую то крутую модель телефона или какое то дорогое оборудование. Но оказывается и мой телефон средней стоимости поддерживает эту технологию. Задумался, я же совсем не знаю принципов, как это работает. Мне казалось, что эта технология еще достаточно «далеко» от обывателя, а оно уже вот рядом и совсем доступно.

Давайте разберемся чуть подробнее .

Оказывается, принцип работы беспроводного зарядного устройства очень прост — достаточно поместить гаджет на специальную панель, чтобы он зарядился. В основе аксессуара лежит принцип работы индукционной катушки.

Беспроводные зубные щетки длительное время уже используют беспроводную зарядку. Технологию традиционно сопровождали проблемы низкой эффективности и медленной зарядки, но они были не критическим недостатком для зубной щетки или электрической бритвы, которые вы используете только в течение нескольких минут каждый день. Использование индуктивной зарядки является более безопасным, с той точки зрения, что нету провода, и он не замкнет, и вы случайно не дотронетесь мокрыми руками к участкам с плохой изоляцией.

Такой способ передачи энергии становится очень популярной в последнее время. В 2015 году всемирно популярный бренд начал продавать мебель, в которую будет встроен модуль беспроводной зарядки. Сегодня все флагманские модели смартфонов поддерживают Qi.

Ожидается, что в скором времени трансмиттеры или, другими словами, модули можно будет найти в аэропортах, ресторанах, кинотеатрах, фастфудах, торговых центрах, что позволит осуществлять зарядку телефонов и планшетов в любое время. На самом деле это облегчит жизнь юзерам мобильных гаджетов. Мы входим в новую эру, где совсем необязательно носить с собой повсюду проводные зарядные устройства для всех девайсов, которыми мы пользуемся.

Стандарт беспроводного питания называется Qi. В русской транскрипции слово произносится как «Ци». Такое имя стандарт носит в честь термина восточной философии и означает поток энергии. Он разработан Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии WPC. Эта организация объединяет мировых производителей электроники и ставит перед собой важную задачу — стандартизировать процесс зарядки гаджетов индукционным методом. В ближайшем будущем все девайсы можно будет заряжать без подключения к сети. Это невероятно удобно. Каждый из нас хотя бы раз сталкивался с ситуацией, когда разряжается смартфон. Приходится в срочном порядке искать выход. В скором времени модули беспроводной зарядки появятся во всех общественных местах, а также дома у каждого юзера.

В домашних условиях можно просто расположить модуль в удобном месте, и он никогда не потеряется, в отличие от проводной «зарядки». Достаточно просто поместить на него гаджет, немного подождать, пока пополнится ёмкость аккумулятора. Принцип работы беспроводной «зарядки» основан на свойствах индукционной катушки передавать электрический ток. В школьном курсе физики нас учили, что при подключении индукционной катушки к источнику питания в ней возникает магнитное поле перпендикулярно виткам катушки. Таким образом, если расположить две катушки в радиусе действия магнитного поля и при этом подключить одну из них к источнику питания, то во второй катушке появится напряжение. При этом важно учитывать тот факт, что две индукционные катушки ни в коем случае не должны соприкасаться между собой. Такой простой принцип положен в работу беспроводных зарядных устройств, поддерживающих технологию Qi.

Существует две разновидности стандарта Qi. Первая предполагает зарядку при низкой мощности — 5 ватт, а вторая — при высокой мощности — 120 ватт. Qi высокой мощности сейчас не выпускается производителями в силу объективных факторов. С помощью Qi на 120 ватт можно выполнить зарядку ноутбука. Qi на 5 ватт используют для пополнения ёмкости аккумулятора планшетных компьютеров и телефонов. Следует отметить, что для планшета и смартфона необходима различная сила тока. Беспроводное зарядное устройство для телефона создаёт силу тока в 1 ампер, а для планшетного компьютера — 2 ампера. При выборе аксессуара обязательно обращайте внимание на такие характеристики.

Современное беспроводное зарядное устройство состоит из двух компонентов. Один из них встроен непосредственно в гаджет, который поддерживает Qi и называется ресивером беспроводной зарядки. По сути, он является приёмником, который проводит электрический ток к аккумулятору. Второй компонент называют трансмиттером. Если подразумевается покупка беспроводной «зарядки», речь идёт именно о трансмиттере. Они бывают самых разных форм и размеров. В основном распространены круглые и прямоугольные передатчики.

Чтобы лучше понять, как работает беспроводная зарядка, следует учесть, что магнитное поле способно передавать не только электрический ток, но и данные о байтах и битах, что учли разработчики стандарта Qi. Взаимодействие между катушками будет возникать только в тот момент, когда гаджет со встроенным трансмиттером будет находиться поблизости от передатчика. Если аксессуар для зарядки гаджета будет функционировать в фоновом режиме, то посылаемый каждые 0,4 секунды передатчиком импульс не будет изменять напряжение в катушке, встроенной в трансмиттер. Можно сделать вывод, что современный аксессуар умеет распознавать, в каком режиме функционировать. Как только поблизости на расстоянии нескольких сантиметров окажется смартфон, напряжение в индукционной катушке резко снизится, и устройство перейдёт в режим активной работы. Как только аккумулятор смартфона будет заряжен, соответствующий сигнал переведёт зарядное устройство в фоновый режим. Можно сделать вывод, что современные беспроводные аксессуары для пополнения ёмкости батареи являются энергоэффективными.

Еще больше графиков и формул смотрите ВОТ ТУТ.

Некоторые пользователи ошибочно полагают, что функция беспроводной зарядки Qi может нанести вред здоровью. Дело в том, что магнитное излучение не является ионизирующим. По своему влиянию на организм оно похоже на сигнал мобильной связи, сигнал Wi-Fi, радиосигнал. При этом сигнал мобильной сети, который поступает с вышки, является более сильным и имеет непрерывный характер, в то время, как электромагнитное излучение пропадает сразу после зарядки батареи смартфона. Мощность беспроводных зарядных устройств составляет 5 ватт. Её недостаточно чтобы оказать воздействие на человеческий организм. О негативном воздействии можно говорить лишь в том случае, когда мощность таких девайсов будет равняться 120 ваттам. Но подобные модели не выпускаются в промышленных масштабах. Этим объясняется отсутствие беспроводных зарядных устройств для ноутбуков. Важно знать, что технология беспроводного заряда аккумулятора давно используется во многих моделях электробритв и электрических зубных щёток, что в очередной раз доказывает её безопасность.

maxresdefault.jpg

Перспективы

Данная индуктивная зарядка может быть удобна, но малый радиус действия является проблемой. Это разительно уменьшает удобство пользования данной технологией Изменится ли это? Может быть. Было проведено много исследований потенциала беспроводной зарядки и в различных технологиях были успехи в радиусе действия. Лазеры, микроволновые печи и более мощные варианты индуктивной зарядки смогли достичь больших расстояниях передачи. Недостатки препятствуют распространенное это слишком мощное излучение выше сказанных технологий. Можете обжечься или еще чего хуже. Трудно сказать, кто возьмет пальму первенства на этом рынке. Первым кандидатом, является Apple, потому что компания запатентовала устройство, которое может якобы заряжать на расстоянии до одного метра. Беспроводной Консорциум питания также постоянно ищет лучшие варианты. А тут еще Intel, которая недавно объявила, что она работает над интегрированной технологией магнитных устройств, которые будут помещены в ноутбук и раздавать питание на близлежащие смартфоны и периферийные устройства.

Еще несколько интересных технологий: вот например Прозрачный бетон, а вот Гигантские аудиокассеты из Японии и Прозрачный алюминий. А вы видели когда нибудь Лазерную бритву или Компьютер в аквариуме?

Магнитно-индукционные

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Станции «wireless charger» данного типа транслируют энергию на дальность в пределах 1 см и работают с частотой переменного тока 100-357 кГц. Для бесконтактного заряда смартфона такой станцией нужно, чтобы тот поддерживал такой диапазон частот.

Поскольку магнитное поля блокируется металлом, смартфоны с металлическим корпусом не подходят для работы со станцией. Рекомендовано, чтобы задняя крышка, под которой размещена катушка, была из стекла или пластика. Чехол, из толстой «резины» тоже может занижать показатели заряда от такого зарядного устройства, или же вовсе мешать это делать.

Принцип магнитной индукции заложен в беспроводное зарядное устройство Qi и PMA:

  1. Qi – стандарт Wireless Power Consortium (WPC), наработки которого ведутся с 2008 года, и есть в общем доступе. Его впервые применила Apple для iPhone 8 и использует в новой линейке смартфонов. Также, этот стандарт взяли на вооружение Самсунг, Хуавей, Сяоми и ряд других компаний гигантов по производству смартфонов.
  2. PMA – стандарт Power Matters Alliance (PMA), которой «Альянс» занимался с 2012 по 1015 год. Достаточное распространение стандарт получил в Америке, постольку его продвижением занимался мобильный провайдер «ATИсточники»]
    • https://www.techinsider.ru/editorial/626643-kak-rabotayut-besprovodnye-zaryadki-i-est-li-u-nih-minusy/
    • https://habr.com/ru/articles/443298/
    • https://masterok.livejournal.com/3054002.html
    • https://wifigid.ru/besprovodnye-tehnologii/besprovodnaya-zaryadka
    • https://deep-review.com/articles/wireless-charging-for-dummies/
    • https://wifigid.ru/besprovodnye-tehnologii/besprovodnaya-zaryadka
    • https://radioskot.ru/publ/zu/kak_rabotaet_besprovodnaja_zarjadka/8-1-0-1431

    [/spoiler]

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий