Преимущества и недостатки беспроводной зарядки – как работает эта технология. Как работают беспроводные зарядки

На рисунке показан измеритель тока и напряжения, принимающий телефон от беспроводного зарядного устройства. Устройство показывает количество заряда, полученного телефоном от беспроводного зарядного устройства.

Как работает беспроводная зарядка?

В последние годы беспроводная зарядка стала популярным выбором для мобильных телефонов, смарт-часов и других электронных устройств. Легко понять, почему. Вместо того чтобы возиться с кабелями, подключите смартфон к беспроводному зарядному устройству и берите его, когда он вам нужен.

Но, как и многие современные технологии, для многих это кажется волшебством. Но давайте рассмотрим, как работает беспроводная зарядка.

Что такое беспроводная зарядка?

Большинство современных систем беспроводной зарядки используют метод, называемый индуктивной передачей энергии. По сути, электрическая катушка используется в одном устройстве для создания тока в другом.

Хотя эта технология может показаться новшеством информационного века, ее корни уходят в индустриальную эпоху. В 1894 году двое французских ученых разработали индукционную систему для электромобилей. Однако эта технология была вскоре забыта из-за популярности двигателя внутреннего сгорания.

С 1970-х годов она стала привлекать к себе внимание. Различные ученые предложили новые и инновационные способы использования индуктивной передачи энергии. Например, несколько раз пытались использовать индукционные машины, но так и остались в стороне, не оказав существенного влияния на рынок.

Затем, в начале 1990-х годов, индукционные зарядные устройства наконец-то совершили прорыв. Однако в телефонах он не использовался. Он используется в электрических зубных щетках Oral-B. С тех пор ряд компаний совместно работали над разработкой общего стандарта, и в 2008 году был создан Wireless Power Consortium (WPC). В 2010 году они определили стандарт Qi, который используется для большинства зарядных устройств для мобильных телефонов.

В последующие годы телефонные компании начали поддерживать этот стандарт. Nokia была первой, выпустив Nokia 920 в 2012 году; Samsung последовал за ней в 2014 году, а Apple, наконец, вышла на рынок в 2016 году. В настоящее время все крупные производители используют стандарт Qi, на котором мы и сосредоточимся.

Как работает беспроводная зарядка?

Беспроводная зарядка работает путем пропускания электрического тока через медную магнитную катушку. Вместо постоянного тока ток колеблется. Это означает, что течение очень быстро меняет направление. Это создает небольшое локальное магнитное поле с постоянно меняющейся полярностью. Чем сильнее ток и чем быстрее он колеблется, тем сильнее магнитное поле.

Между тем, внутри приемника находится аналогичная катушка. При достаточном приближении к зарядному устройству магнитное поле создает (или «индуцирует») ток в катушке. Этот ток проходит через небольшой выпрямитель, который обеспечивает выполнение требований батареи. После этого он работает с батареей как стандартное зарядное устройство.

Более крупные катушки или несколько катушек могут еще больше увеличить мощность, обеспечивая беспроводную зарядку даже очень мощных аккумуляторов. В зарядных устройствах для смартфонов диаметр катушек составляет всего несколько дюймов. При этом ток получается не очень сильный, но достаточный для зарядки смартфона.

Предпринимаются попытки использовать индуктивную энергию для зарядки больших батарей. Например, компания Witricity теперь продает автомобильные зарядные устройства с несколькими 10-дюймовыми разъемами. Это позволяет достичь экстремальных уровней производительности 90% и более, при этом мощности достаточно для зарядки электромобиля.

Для этого производители создают несколько спиралей в одной подушке. Например, несколько катушек могут быть расположены рядом друг с другом, а еще несколько — в промежутках. В этом случае телефон почти всегда будет находиться на одной из катушек и заряжаться.

Беспроводная зарядка – как работает индукция

Беспроводная зарядка работает на определенном расстоянии, восполняя энергию устройства без необходимости подключения кабелей. Это происходит благодаря процессу, называемому электромагнитной индукцией.

Для тех, кто не хочет открывать книгу по физике, я добавил дозу теории.

Несколько слов о теории беспроводной зарядки

Проще говоря, и зарядному устройству, и устройству, которое вы хотите зарядить, нужны индуктивные катушки. Внутри базовой станции находится спиральный кабель. Это электромагнитная катушка, также называемая передающей катушкой, через которую проходит переменный ток. Катушки для поджига расположены под корпусом смартфона (или другого устройства беспроводной зарядки). На определенном расстоянии их соединение создает единое электромагнитное поле, через которое передается энергия. Поэтому процесс является полностью беспроводным.

Устройства, передающие энергию, которыми в нашем случае являются индуктивные зарядные устройства, всегда должны быть подключены к источнику энергии. Другими словами, он должен сначала потреблять энергию и передавать ее, например, на смартфон.

Также не забудьте разместить смартфон точно на базовой станции. Спирали должны располагаться как можно ближе друг к другу. В противном случае ток, поступающий в источник питания, будет уменьшен. Поэтому стоит выбрать индуктивное зарядное устройство с контрольными переходами. Это обеспечит правильное размещение устройства на базе и начало процесса зарядки.

Что такое Qi

QI — ведущий консолидированный стандарт беспроводной зарядки, разработанный Wireless Power Consortium. Его можно найти в большинстве устройств, поддерживающих индуктивную зарядку. Он разработан для совместимости с зарядными устройствами для смартфонов, даже если эти два устройства принадлежат разным производителям.

Однако следует отметить, что на рынке существуют и другие варианты, например, PMA, по вполне определенным причинам. Обратите внимание, что эти решения не очень широко распространены и с самого начала отстают от ведущих стандартов QI.

А теперь хватит теории! Пора понять, как это выглядит на практике?

Скорость беспроводной зарядки

Индуцированные заряды обычно медленнее обычных зарядов. Это связано с тем, что энергия, передаваемая через генерируемое электромагнитное поле, может быть потеряна.

Скорость зарядки здесь зависит, помимо прочего, от расстояния между устройствами и других внешних факторов. Часть энергии теряется при преобразовании ее в тепло при нагревании зарядной станции. Снижение фактической мощности зарядки является нормальным явлением. Значения, приведенные в спецификациях, являются ценами для идеальных условий. На практике они составляют примерно 80-90%. Следует также отметить, что подходящее зарядное устройство не опустится ниже 80% от заявленной производителем емкости, но и не достигнет максимума.

Возвращаясь к скорости, добавьте к этому тот факт, что топовые модели смартфонов работают сверхурочно больше, чем функция зарядки, и ответ в этом отношении очевиден. Действительно, производители индуктивных зарядных устройств предлагают все больше решений, которые увеличивают мощность зарядки и гарантируют фиксированное соединение. Однако следует учитывать, что такая зарядка может быть немного медленнее.

Беспроводная зарядка – лучше или нет

Индуктивная зарядка становится все более популярной. В основном это связано с удобством. Каждый раз, когда вы заряжаете свой смартфон, вам больше не нужно подключать его к кабелю. Просто поставьте его на зарядное устройство, и энергия будет пополняться без проводов. Это решение идеально подходит для офисов, ночных полок или, например, во время вождения автомобиля, чтобы повысить безопасность за счет исключения незакрепленных кабелей.

И еще один важный момент — для уточнения — устройства, поддерживающие этот стандарт зарядки, можно заряжать с помощью индукционных зарядных устройств. Это означает, что такие зарядные устройства полезны как для смартфонов, например, браслетов, так и для наушников с индукционной катушкой.

Конечно, беспроводная зарядка имеет свои преимущества и недостатки. Я собрал их ниже.

Преимущества:.

• Удобство – каждый раз, когда вы кладёте телефон в нужное место, он будет заряжаться, без необходимости постоянно подключать кабели и возможности обрыва или повреждения контакта
• Зарядка плавная – начинается сразу после помещения устройства на зарядное устройство
• Безопасность – особенно важна если у вас есть дети, которые неожиданно вытаскивают телефон из точки зарядки – они не порвут кабель и не повредят контакт, а техника просто перестанет заряжаться. Кроме того, когда вы кладёте телефон или тянетесь за ним, он не соприкасается с кабелями, токопроводящими элементами или розеткой
• Качество изготовления и продуманный дизайн зарядных устройств позволяют использовать телефон под углом, например, для просмотра фильма, не прерывая процесс зарядки
• Эстетика – насколько лучше топовый смартфон выглядит без кабеля? Ответьте сами. Кроме того, сами индукционные зарядные устройства имеют элегантный дизайн

• Цены на устройства, поддерживающие индуктивную зарядку, выше стандартных
• В большинстве случаев предоставляют меньше энергии и, следовательно, большее время зарядки
• Беспроводное зарядное устройство должно быть постоянно подключено к источнику питания
• Расположение – помните, что индукционное зарядное устройство будет заряжать оборудование только с расстояния, указанного производителем
• Возможные потери энергии во время зарядки

Консорциум по беспроводной электромагнитной энергии, в который входят около 220 компаний по всему миру, разработал стандарт индуктивной передачи энергии QI, который работает на расстоянии до 4 см.

Принцип работы беспроводной зарядки телефона

Конечно, принципы беспроводной зарядки очень просты. Конечно, если вы не вдаетесь в физические подробности. Пользователь заранее подключает специальную платформу к источнику питания и помещает на нее смартфон. Все выглядит очень просто, но на практике все обстоит несколько иначе. Индуктивные катушки встроены в платформу, которая выполняет функции передатчика и приемника.

Такая же катушка находится на телефоне пользователя. Когда платформа подключается к источнику энергии, вокруг катушки создается магнитное поле. Когда телефон помещается на саму платформу, начинается взаимодействие между двумя катушками. Электромагнитные волны преобразуются в электричество, которое заряжает аккумулятор телефона.

На рисунке выше этот процесс можно увидеть более наглядно. Желтый цвет показывает магнитные волны, преобразованные в электричество.

Что такое обратная беспроводная зарядка

Обратная беспроводная зарядка является более продвинутой версией этой технологии. Впервые она появилась на смартфонах Huawei и Samsung в 2018 году. По сути, один телефон можно использовать для зарядки другого совершенно без проводов.

Достаточно прикоснуться двумя устройствами друг к другу и активировать нужную функцию настройки. Это очень удобно, так как нет необходимости носить с собой портативное зарядное устройство.

Как пользоваться беспроводной зарядкой

Беспроводные зарядные устройства так же просты в использовании, как и обычные зарядные устройства с соединительными кабелями. Однако для наглядности далее следуют подробные инструкции.

1. Подключите беспроводную зарядку к источнику питания. Это может быть USB-порт компьютера или обычная розетка. После выполнения этого действия устройство должно подать какой-то сигнал, чаще всего световой или звуковой.
2. Расположите телефон на платформе беспроводной зарядки. Чаще всего особых требований к этому нет, но лучше класть телефон по центру блока. Если зарядка не началась, то проверьте, активирована ли в настройках подобная опция.

Как видите, основные принципы очень просты и должны быть доступны всем пользователям.

Таким образом, беспроводная зарядка представляет собой специальную платформу, на которую помещается телефон для начала зарядки аккумулятора. Принцип действия заключается во взаимодействии двух индуктивных катушек телефона и магнитного поля между самим устройством.

Двусторонняя беспроводная зарядка, иногда называемая двунаправленной зарядкой, позволяет одному устройству заряжать второе устройство. Он работает так же, как сквозная зарядка в банке питания.

Но не всё так просто

Чтобы беспроводная зарядка работала эффективно, катушки зарядного устройства и телефона должны находиться как можно ближе друг к другу. В идеале, если их центры совпадают, потери будут минимальными. Однако во многих случаях мы видим, как телефоны кладут куда-нибудь на подушку и они продолжают нормально заряжаться.

Для этого производители создают несколько спиралей в одной подушке. Например, несколько катушек могут быть расположены рядом друг с другом, а еще несколько — в промежутках. В этом случае телефон почти всегда будет находиться на одной из катушек и заряжаться.

Чтобы сообщить зарядному устройству, какую катушку использовать, зарядное устройство подает питание на каждую катушку по очереди, определяя, какая катушка находится ближе всего к телефону.

Мощность зарядного устройства также варьируется. Например, существуют 5-, 10- и 20-ваттные зарядные устройства. Зарядное устройство знает мощность, при которой телефон номинально заряжается, и взаимодействует с телефоном, используя то же магнитное поле, даже если оно находится ближе к телефону. Если он исправен, он заряжается — если нет, он отключается или заряжается с минимальной мощностью.

Стандарты беспроводных зарядок

Чи. Самый популярный стандарт, поддерживаемый почти всеми телефонами. Недостатком является то, что катушки должны быть очень точными для того, чтобы функционировать должным образом. Именно поэтому для зарядных устройств изготавливают несколько катушек. Максимальное расстояние зарядки составляет 4 см, а максимальная мощность — 120 Вт.

PMA. использует тот же принцип, что и Qi, но работает с другими частотами тока в катушках. Немногие телефоны поддерживают его, но есть несколько моделей, которые работают с обеими моделями. Зарядка PMA также встроена в столики для кофе Starbucks.

Существуют и другие стандарты беспроводной зарядки устройств, но они не используются в телефонах и предназначены для промышленных приборов, электромобилей и других устройств.

Паранойя

Вызывают ли аккумуляторные катушки рак, импотенцию или слабоумие? Только проводка в вашем доме. Беспроводные зарядные устройства представляют собой два пучка кабелей под напряжением.

Можно ли считывать данные с мобильного телефона с помощью беспроводного зарядного устройства? Нет. Беспроводное зарядное устройство может считывать данные с вашего мобильного телефона. Однако это возможно с помощью беспроводной технологии NFC, если мобильный телефон готов поделиться этими данными.

Может ли беспроводное зарядное устройство размагничивать банковские карты? Нет. Если карта имеет магнитную полосу и находится между зарядной станцией и мобильным телефоном в течение длительного периода времени, магнитная полоса может быть повреждена. Карты с чипом на них не подойдут.

Можно ли готовить или разогревать пищу с помощью беспроводного зарядного устройства? Да, если ваша еда обмотана медной проволокой, а зарядная станция имеет в 100-200 раз большую мощность, чем современные электроприборы. Проволока становится горячей, и ее можно есть. (Шутка, не ешьте медную проволоку).

По сути, беспроводная зарядка смартфонов и других устройств работает так же, как и в эксперименте с лампочкой. Конечно, здесь нет движущихся магнитов, но есть индукционные катушки, через которые проходит высокочастотный переменный ток.

Быстро или медленно?

Может ли беспроводное зарядное устройство заряжать устройство так же быстро, как кабель? Беспроводная зарядная система мощностью 5 Вт может заряжать устройства с той же скоростью, что и проводное зарядное устройство, работающее при напряжении 5 В и токе 1 А.

Последние разработки в области безупречной зарядки позволяют сделать это еще быстрее. Мобильные телефоны могут получать питание мощностью до 15 Вт. Это значительно сокращает время зарядки, делая беспроводную быструю зарядку все более популярной.

Какой смартфон можно зарядить без проводов?

Сегодня на рынке представлено более 500 моделей, поддерживающих беспроводную зарядку.

Последние модели Apple оснащены этой функцией. Samsung и Nokia также внедрили его несколько лет назад. Компании-члены консорциума Wireless Power Consortium также поддерживают беспроводную зарядку. Более подробную информацию о моделях, поддерживающих беспроводную зарядку, см. в других статьях.

Недостатки беспроводной зарядки

Проводные зарядные устройства исчезают во время цикла зарядки, но при бесконтактном использовании пользователи сталкиваются с другими недостатками.

• В зависимости от размера поверхности зарядки можно заряжать два и более устройств одновременно, но такие зарядные устройства более дороги.
• Зарядка может осуществляться дистанционно, но все же необходимо находиться рядом с зарядкой — не относить устройство дальше, чем на 4см.
• Времени дистанционная зарядка занимает все же больше, чем контактный метод, так как электричество «теряется». Поэтому лучше держать телефон только на пластине зарядного устройства.