Принцип работы беспроводной зарядки для телефона. Беспроводное зарядное устройство – комфортная и надёжная связь в любое время

Беспроводная зарядка - одно из ключевых нововведений в iPhone 2017 года. Значит, настало время понять, что это за технология. Раз уж даже Apple сдалась.

Вот несколько основных вопросов, в которых должен разбираться любой современный пользователь. Постараемся не грузить научными терминами.

Как все начиналось

Идею беспроводной передачи энергии стали претворять в жизнь в 19 веке. Первая резонансная демонстрация новинки - Всемирная выставка 1893 года, где Никола Тесла своими руками зажёг не подключенные люминесцентные лампы.

Через сто с лишним лет мы только начали получать то, о чём мечтал сербский гений - повсеместное внедрение революционной технологии. Сегодня существуют несколько способов беспроводной передачи энергии, но на коммерческие рельсы удалось поставить только зарядные устройства, работающие на принципах электромагнитной индукции.

Что за электромагнитная индукция

В паре слов: если на одну из двух помещённых рядом катушек подать переменный электрический ток, то во второй возникнет свой ток. Всё благодаря электромагнитной индукции. Задав напряжение нужной величины можно зарядить аккумулятор.

Связь между этими катушками осуществляется через электромагнитное поле, что и позволило избавиться от соединяющих проводов. Но приёмник должен быть расположен рядом с передатчиком, иначе часть поля расходуется зря.

На деле всё немного сложнее, катушки могут быть как магнитно-индуктивными, так и магнитно-резонансными. Также существуют определенные наборы параметров - стандарты, которым должны соответствовать современные зарядные устройства (например, всем известный «Qi-стандарт»). Эти нюансы влияет на скорость зарядки и на допустимое расстояние поля.

Причём тут Qi?

Современные исследования в сфере беспроводной передачи энергии консолидировали в себе две большие группы: Wireless Power Consortium и AirFuel Alliance. Безусловно, есть и другие команды, работающие над собственными, уникальными технологиями, но до их массового использования ещё далеко.

Сегодня основной стала спецификация, разработанная Wireless Power Consortium. Именно она получила название «Qi» (читай «ци»).

В теории, Qi обеспечивает зарядку мощностью до 5 Вт и силой тока 1 или 2 А, при напряжении 5 В. Эти параметры сопоставимы с проводными ЗУ, но питание идёт намного медленнее.

При этом, приемник и передатчик могут обмениваться информацией о поддерживаемых стандартах и уровне зарядки. Например, это позволяет отключить передающее устройство, когда аккумулятор полностью зарядится.

Магнитное поле - это не излучение, и на организм человека влияет не больше, чем Wi-Fi или сигнал мобильного. В любом случае, мощности 5 ватт не хватит, чтобы оказать негативное воздействие.

5 сантиметров – не предел

Две катушки «понимающие» Qi - не единственный вариант беспроводной передачи энергии. Есть множество рабочих прототипов, способные заряжать девайсы на расстоянии нескольких метров.

Вот некоторые из них:

• WiTicity
  Идея пришла в голову сотруднику Массачусетского Университета, Марину Солячичу. Две катушки настроены таким образом, чтобы резонировать друг с другом. При подаче переменного тока на одну катушку, магнитное поле передаётся другой катушке. Этот метод запатентован, и все детали держатся в секрете. Известно, что уже получилось передать энергию на расстояние около двух метров, при теоретически возможных семи метрах. Компания уже сотрудничает с такими гигантами как Delphi, Toyota, IHI, Audi, Haier или OSRAM.
• PoWiFi
  Ребята из Вашингтонского университета придумали способ, позволяющий использовать Wi-Fi в качестве источника энергии. Они перепрошили роутер Asus RT-AC68U, для того, чтобы передавать заряд по незанятым каналам. Сенсоры, расположенные на расстоянии до 8 метров от роутера успешно преобразовали энергию электромагнитной волны в постоянный ток. Таким образом удалось подать питание на камеру видеонаблюдения и даже зарядить Jawbone Up24.
• DCRS
  Другая система, под названием Dipole Coil Resonant System работает на расстоянии до 5 метров. Здесь тоже используются катушки, и они относительно компактны. Эксперимент показал, что с помощью данного метода можно запитать даже ЖК-телевизор (40 Вт) на расстоянии до пяти метров. Но чем больше разрыв, тем ниже КПД, например, при передаче 40 ватт на 5 метров, придётся «выкачать» 400 ватт из электросети. Зато без проводов между приёмником и передатчиком.

Но все эти методы не готовы к массовому рынку. Поэтому мы довольствуемся беспроводной зарядкой по стандарту Qi. Как оказалось, даже такого ограниченного способа передачи энергии хватает для его повсеместного распространения.

От теории к практике. Вокруг все меньше проводов

Пару лет назад я объявил войну всем проводам в своей квартире и нещадно их ПРЯТАЛ. В ход шло все, от скрытой разводки в стене до аккуратного прокладывания кабелей с помощью липучек из ИКЕИ. Но как бы я ни старался, шнуры для зарядки гаджетов все равно на виду, они либо используются по назначению, либо терпеливо ожидают своих прожорливых «потребителей».

С каждым новым устройством, «понимающим» беспроводной заряд, маленький перфекционист внутри меня ликует. Совсем скоро можно будет выкинуть весь этот моток проводов, заменив их на один зарядник под все девайсы. Который я не поленюсь встроить в стол.

Беспроводная передача энергии может гораздо большее, чем удобно заряжать смартфон дома. Появилась возможность оставаться на связи всегда, стоит только подтянуть инфраструктуру. И это уже происходит:

1. Первыми вскочили на волну предприниматели. Сегодня наличие площадок для беспроводной зарядки в кафе, ресторанах и кинотеатрах - пример хорошего тона и неплохой способ добавить в свою копилку ещё одно конкурентное преимущество.
2. Не отстают и производители автомобилей. Например, в приборную панель Volvo XC40 встроили площадку для беспроводной зарядки - сел в машину, положил смартфон в специально отведённый отсек и вообще не задумываешься об оставшихся процентах.
3. Да даже в IKEA продаются предметы интерьера с встроенной беспроводной зарядкой. Шведы предлагают как готовые лампы с дополнительными площадками, так и отдельные модули, встраиваемые в мебель. Можно собрать неплохой стол в офис.

Получается, что уже сейчас можно круглые сутки оставаться подключенным к сети: дома, по пути на работу, в офисе и во время прогулок. Этого хватит даже самому прожорливому андроиду смартфону.

За беспроводной зарядкой - будущее

Эпоха отличающихся разъемов уходит, грядёт время унификации. Судите сами, все больше гаджетов получают одинаковый USB Type C, а теперь и беспроводную зарядку по Qi-стандарту.

Итак, смартфон или часы можно вообще не подключать к проводу. Не удивлюсь, если через пару лет, рядом с роутером, раздающим Wi-Fi, появится коробочка, раздающая заряд. И достаточно будет просто войти в помещение, а смартфон начнёт заряжаться сам.

Фантасты предполагали, что в начале XXI века человечество будет легко покидать пределы атмосферы, а в повседневной жизни пользоваться летающими автомобилями. Их расчёты были вполне справедливы, ведь впервые поднявшись в 1903 году на самолёте, человек уже 12 апреля 1961 года совершил первый в мире полёт в космическое пространство. Но жизнь распорядилась иначе, и человечество пошло по пути развития персональной электроники, вещи, которую не угадал ни один «фантазёр».

Незаменимые устройства

За короткое время телефоны превратились в совершенно футуристические и незаменимые устройства, помогающие человеку во всех аспектах жизни, с которым он не расстаётся даже во сне.

Но одна вещь всегда делала из идиллической картины нового дивного мира жёсткую сатиру и пародию на него - это, конечно, аккумулятор. Если в эпоху мобильных телефонов кое-как удавалось сохранить жизнь устройства на протяжении недели, то сегодня смартфону еле удаётся сохранить работоспособность в течение дня. И эти скромные показатели достигаются только благодаря перерывам в использовании смартфона.

Реальный срок работы телефона сегодня не превышает 3-4 часа. Первоначально производители пошли по наиболее логичному пути увеличению ёмкости батарей, но он оказался тупиковым, потому что покупатели не хотели телефоны-кирпичи, которые похожи на рации героев войны, а хотели невесомые тонкие устройства героев «Звёздного пути».

Тогда производители пошли по другому пути: раз мы не можем увеличить срок службы батареи, подумали они, давайте сделаем зарядку настолько эффектной, что человек будет рад лишний раз зарядить телефон.

Рождение беспроводной зарядки

Так родились технологии Quick Charge и беспроводная зарядка. И, если первая технология не давала принципиально нового опыта, то вторая хоть внешне, наконец, стала тем прорывом, о котором так долго все мечтали. Ведь зарядка телефона, просто положив его на стол, приближала нас к будущему.

Давайте посмотрим, в чём суть данной технологии. И узнаем про её минусы, потому как плюсы очевидны.

Первый телефон с беспроводной зарядкой появился в далёком 2009 году. Им стал легендарный Palm Pre (телефон, претендовавший на роль телефона будущего, но в итоге похоронивший Palm). C этого времени технология значительно поменялась, но принципы индукционной зарядки, знакомые пользователям электрических зубных щёток уже 27 лет назад, никуда не делись.

Это по-прежнему две индукционные катушки, подключённые к источнику питания, в которых 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. Важно учитывать тот факт, что две индукционные катушки ни в коем случае не должны соприкасаться между собой. Это элементарный принцип лежит в основе работы всех устройств.

Стандарты беспроводной электромагнитной энергии

Основные принципы работы беспроводных устройств были стандартизированы Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium). В результате возник стандарт беспроводной связи Qi (на русском он читается как Ци или Чи, в Японии говорят Ки или Кэ). Название это взято неслучайно, так как в восточной философии выражает идею пространственно-временной и витально-энергетической субстанции, которая лежит в основе устройства Вселенной. Что как нельзя лучше описывает сущность этого явления. Большинство производителей (Samsung, LG, Google, Motorola, Microsoft, HTC и Nokia) следуют этим стандартам, поэтому пользователи могут заряжать свои телефоны в разных точках мира.

Наряду с этим Консорциумом существует также альянс Power Matters Alliance (PMA), основанный в 2012 году компаниями Procter & Gamble и Powermat Technologies. Этот альянс противостоит стандарту Qi. И он также пользуется поддержкой крупных компаний, среди которых Samsung, Sony, HTC, LG, Asus, Qualcomm, ZTE и AT&T. И да, вам не показалось, некоторые производители хотят усидеть на двух стульях сразу.

Различий у конкурентов немного. Оба используют индуктивную зарядку, но длина волны Qi находится в диапазоне 100-205kHz, а у РМА в 277-357kHz. Сам метод зарядки абсолютно идентичен (слияние с Alliance for Wireless Power, которая продвигала технологию Rezence, основанную на магнитном резонансе, смысл которой противоположен зарядке с помощью магнитной индукции, используемой конкурентами серьёзных дивидендов пока не принёс), единственным осязаемым преимуществом РМА является поддержка кофеен Starbucks.

На сегодня PMA - это образец “выдвижной стратегии”, когда компания устанавливает беспроводные зарядки своего стандарта с целью создания потребительского спроса де-факто.

Стандарты 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 несовершенства технологии (для приёма такого количества энергии потребуется громоздкая индукционная катушка, которая сопоставима с толщиной смартфона).

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, которая коррелируется с общим принципам проводной зарядки.

Отсюда мы узнаем, что и опасения по поводу вреда для здоровья от беспроводной зарядки абсолютно необоснованные. Дело в том, что магнитное излучение не является ионизирующим по своему влиянию на организм, оно похоже на сигнал Wi-Fi. Тем более зарядка на мощности 5 ватт является безопасной для человека в любом виде.

На сегодня, конечно, зарядка телефона является условно беспроводной, так как требует специальной площадки для зарядки. Во многом это портит впечатление от такого способа, но, к счастью, производители знают про это. И в 2015 году известная мебельная фирма IKEA в рамках выставки Mobile World Congress (MWC) представила мебель, в которую встроен модуль беспроводной зарядки.

Минусы беспроводной технологии

Весьма благоприятную картину портят различные изъяны беспроводной технологии, во многом обусловленные незрелостью технологии. Первым и главным пунктом значится, конечно, радиус действия. Телефон намертво привязан к зарядной площадке. Если вы захотите прочитать присланное вам сообщение или ответить на звонок, то зарядка немедленно прервётся. Что удлинит и так долгую зарядку.

И здесь мы переходим ко второму пункту: беспроводная зарядка - это долгий процесс. На 30% медленнее проводной. А также выяснилось, что использование этого типа зарядки значительно быстрее «убивает» аккумулятор телефона.

Безусловно, за беспроводной зарядкой, будущее, но некоторые (компания Apple в частности) считают, что это будущее ещё не наступило, а беспроводная зарядка является всего лишь модной игрушкой.

Всем привет. Приобрел на китайском сайте комплект для беспроводной передачи энергии, также называется беспроводная зарядка. Конечно, данное устройство можно собрать своими руками самостоятельно, в интернете схем беспроводных зарядных устройств хватает. Но я захотел приобрести именно законченное устройство, предлагаемое нам как DIY устройство. Использовать в качестве беспроводной зарядки для мобильного телефона, я не собирался. А вот в робототехнике, я видел явные преимущества по сравнению с проводными зарядными устройствами.

Созданное вами в робототехнике устройство, может самостоятельно оценивать заряд батареи и по мере надобности самостоятельно произвести подзарядку. К примеру, роботу, достаточно подойти на соответствующее расстояние к зарядному устройству и процесс зарядки начнется. Весьма удобно, хочет робот оставаться в рабочем состоянии пусть сам о себе заботится.

Беспроводная зарядка состоит из двух частей, приемника и передатчика энергии.
Напряжение питания передатчика двенадцать вольт, а при этом выход у приемника составляет пять вольт. Заявленный максимальный ток зарядки составляет шестьсот миллиампер. Дополнительной документации на сайте не было. Порывшись в интернете, выудил следующую информацию. В приемнике используется микросхема T3168

В отличие от приемника, передатчик энергии, назову это так залитый компаундом. Соответственно добраться до платы не предоставлялось возможным. В документации к приемнику шла ответная схема передатчика.

Но я все-таки добрался до платы (при помощи молотка), как оказалось, схема отличается. На плате было установлено две микросхемы, без каких либо обозначений. Скудную информацию о таинственных микро сборках удалось получить на форумах. Я выяснил, что это два мощных транзистора включенных в режиме высокочастотного генератора. Впоследствии я выяснил, что приобрести можно и открытую плату без заливки.

Что касается тока зарядки. Беспроводное зарядное устройство, как я уже говорил, позволяет заряжать аккумулятор током до 600 миллиампер. Но данный ток мы получим только в непосредственной близости между контурами. Из таблицы видно соотношение расстояния и тока.

Демонстрацию беспроводного зарядного устройства и ряд другого я снял на видео. В общем, модуль мне понравился. В дальнейшем собираюсь беспроводное зарядное устройство применить в своем проекте.

С объявлением интегрированной беспроводной зарядки в Lumia 920 , Nokia надеется, что эта технология позволит привлечь внимания покупателей, и отбить часть их от Apple . Nokia присоединилась к HTC, Sony, Samsung и другие, приняв QI, фирменный стандартный интерфейс созданный Консорциумом беспроводного питания. Qi, произносится «ци», происходит от китайского потока энергии и предназначена для обеспечения энергией устройств через магнитную индукцию. Давайте рассмотрим, что она из собой представляет и какие выгоды от нее

Принцип действия

Термин «беспроводная зарядка» обычно относится к индуктивной зарядки. Эта технология использует зарядную станцию, которая создает переменное магнитное поле. Устройство с соответствующей индукционной катушкой будет получать энергию от поля, индуцируемого зарядной станцией поля, и этим самым возможна передача энергии на небольшое расстояние. Все как и говорил великий Никола Тесла. А может и правда Тунгусский метеорит его рук дело?

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. Индуктивная зарядка это не магия. Она нуждается в конкретной аппаратной средств, аппаратные средства должны быть встроено в устройство.

Недостатки беспроводной зарядки

Индуктивная зарядка зависит от магнитного поля. Они конечно бывают сильными, но все же имеют короткий радиус действия. Эта первый недостаток.

Скорость зарядки и эффективность второй недостаток. Зарядка устройств с помощью индукционной зарядки не так эффективно, как при помощи прямого, физического соединения.

Третий недостаток габариты. Несмотря на малый размер катушек и они становится все меньше, все равно значительная часть пространства, доступного в современном смартфоне, планшет или ультрабуке будет составлять катушки. Это проблема, которая будет уменьшаться со временем, но на сегодняшний день она еще актуальна.

Будущее беспроводной зарядки

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.

Заключение

Беспроводная зарядка имеет огромный потенциал. Вот почему люди работают над ним на протяжении более века. Если бы мы могли передавать энергию без проводов мы сможем переосмыслить не только бытовую электронику, но инфраструктуру, используемой человечеством. Список смартфонов поддерживающих беспроводную зарядку представлен

Для того чтобы оснастить любимый смартфон флагманской функцией беспроводной зарядки, потребуется не так много.

Во-первых, база, она же зарядник. Чаще всего выполняется в виде небольшой круглой площадки с выходом для зарядного устройства. Для эксперимента возьмём безымянную модель с приятной синей подсветкой. Работает от блока питания 5 В, 2 А (обычный USB), питается через стандартный microUSB-порт. На выходе устройство даёт ток с параметрами 5 В, 1 А, что достаточно для зарядки большинства девайсов даже в рабочем режиме.

Второй необходимый элемент модернизации - антенна, при помощи которой и происходит зарядка смартфона на расстоянии. Обычно расстояние это минимально, кстати говоря, но удобство использования без проводов для кого-то может оказаться значительным. Например, базу можно встроить в приборную панель автомобиля или положить на комод возле кровати: пришёл, положил, лёг спать. И никаких поисков проводов.

На рынке представлена масса самых разных универсальных антенн для смартфонов. Подойдут они и для другой техники, но здесь нужно подумать над размещением. Антенна (у нас - безымянный китайский экземпляр) представляет собой катушку с платой, спрятанные в бумажном подобии конвертика. Из него выходит провод со штекером microUSB, хотя при желании его можно перепаять на любой другой. Стоит обратить внимание: катушка работает только в одном положении по отношению к заряднику. Поскольку кабель для соединения со смартфоном плоский, может потребоваться вскрытие пакетика и переворот катушки для работы антенны (как в нашем случае). Катушка должна быть направлена открытой стороной в сторону зарядного устройства.

Внимание: на зарядной базе указаны необходимые параметры блока питания (в случае с использованной - 5 В, 2 А). Их нужно обеспечить. При меньшей силе тока зарядка будет происходить очень медленно. Возможно, для адекватной работы потребуется заменить шнур из комплекта зарядного устройства, поскольку не каждый USB-провод может пропустить через себя полноценные 2 А. Как видите,