В принципе, передача энергии на большие расстояния — это реальная задача, и, возможно, такая технология будет доступна пользователям смартфонов в ближайшем будущем, но на данный момент нам приходится мириться с электромагнитной индукцией.
Беспроводная зарядка смартфонов. Ответы на самые интересные вопросы
Разговор о том, что такое беспроводная зарядка, далеко не оригинальная идея: до 2017 года об этом писали многие технологические сайты, но как только появились первые смартфоны Apple с беспроводной зарядкой (iPhone 8 и iPhone X), об этом заговорили буквально везде! Стали появляться статьи.
Поэтому возникает дилемма. С одной стороны, никто больше не хочет говорить о беспроводной зарядке. Но с другой стороны, …… Я ничего не писал об этом.
Но нам это не нужно. — И так могут сказать те, кто не читал статью о том, как работают аккумуляторы смартфонов и как их правильно заряжать. Но та статья (такая клишированная тема) была интересной, так почему бы и этой не быть? Что ж, давайте проверим.
Сначала объясняются общие принципы беспроводной зарядки, затем мы переходим к самому интересному и волнующему вопросу.
Как работает беспроводная зарядка на смартфонах
Можно ли использовать его как обычное зарядное устройство, заряжая мобильный телефон, которым вы пользуетесь каждый день? Или вы думали, что внутри этой маленькой коробочки находится USB-кабель, который вставляется в розетку, а ток просто идет по проводам?
Как известно, для зарядки смартфона необходимо 5 вольт, но розетка выдает 220 вольт. Чтобы устройство не перегорело при подключении к розетке, необходимо снизить напряжение. Для этого вам понадобится коробка, называемая блоком питания. Трансформатор находится внутри коробки и может использоваться как беспроводное зарядное устройство.
Когда блок питания включен в розетку, провода не идут прямо в смартфон, они просто обматываются вокруг катушки и больше ни к чему не подключены.
Но тогда как ток поступает в телефон, если провода от розетки никуда не идут? Он действительно беспроводной! А рядом с этой катушкой размещается другая катушка, провода которой подключаются к смартфону.
Это хитроумное приспособление позволяет понижать или повышать напряжение. И вот как это работает.
Когда по проводу течет переменный ток, вокруг него возникает переменное магнитное поле. Чем больше протекает ток, тем сильнее поле. Почему это происходит? Когда падает камень, в результате движения электронов в проволоке возникает магнитное поле — именно так устроен мир.
Слово «переменный ток» означает, что направление тока постоянно меняется. Это означает, что сначала все электроны движутся в одном направлении в проводе, а затем в противоположном; за одну секунду ток в розетке меняет направление 50 раз. В этом заключается разница между переменным током, в котором электроны всегда движутся только в одном направлении, и постоянным током.
Когда направление тока меняется, меняется и направление магнитного поля (север и юг). Мы можем сказать, что магниты (магнитные поля), которые мы обычно используем, переворачиваются 50 раз в секунду.
Так, более 100 лет назад было обнаружено, что электрический ток не только создает магнитное поле вокруг провода, но и само поле генерирует электричество в другом проводе, расположенном рядом.
А катушки нужны только для усиления магнитного поля, потому что магнитные поля проводов в каждой катушке перекрывают друг друга.
Таким образом, при включении питания ток проходит через первую катушку и создает магнитное поле, которое заставляет электроны в другой катушке двигаться и вырабатывать там электричество.
Таким образом, от провода к проводу ток может легко передаваться «по воздуху»!
Еще проще понять, почему 220 вольт превратились в 5 вольт. Оказывается, разница в напряжении зависит от количества витков провода: если намотать провод от розетки 220 В на 220 витков, как раньше, а второй провод, который подключается к смартфону, на 5 витков, то 220 В на одной стороне превращается в 5 В на другой! Именно поэтому на рисунке витки разные.
Поэтому беспроводная зарядка никак не влияет на Bluetooth, Wi-Fi или NFC. Однако существует большая вероятность возникновения помех в диапазоне 100-300 кГц.
Стандарт беспроводной зарядки Qi
Многие думают, что беспроводная зарядка — это что-то новое, но это заблуждение. Консорциум Wireless Power Consortium представил технологию беспроводной зарядки в 2008 году. Поскольку это название не закрепилось в сознании людей, в различной литературе и описаниях обычно используется название Ци.
Стандарт WPC определяет, что беспроводная зарядка осуществляется двумя катушками, взаимодействующими друг с другом. Один находится внутри платформы, а другой — в мобильном телефоне пользователя. Таким образом, магнитное поле охватывает две катушки и заряжает аккумулятор устройства.
Многие аэропорты и автобусные терминалы сегодня предлагают полностью беспроводную зарядку смартфонов и планшетных устройств. Поэтому появился стандарт Qi. Однако не все мобильные телефоны могут заряжаться без проводов, поэтому если вы хотите приобрести такую техническую платформу, обязательно ознакомьтесь с техническими характеристиками устройства.
Принцип работы беспроводной зарядки телефона
Конечно, принцип беспроводной зарядки очень прост, если не вдаваться в физические подробности. Пользователь предварительно подключает специальную платформу к источнику питания и помещает на нее смартфон. Звучит просто, но на самом деле все обстоит несколько иначе. В платформу встроена индукционная катушка, которая выполняет функции передатчика и приемника.
Точно такая же катушка помещается в мобильный телефон пользователя. Когда к платформе подключается источник питания, вокруг катушки создается магнитное поле. Когда мобильный телефон помещается на саму платформу, между двумя катушками начинается взаимодействие. Электромагнитные волны преобразуются в электричество, которое заряжает аккумулятор мобильного телефона.
На изображении выше этот процесс виден более четко. Желтый цвет показывает, как магнитные волны преобразуются в электричество.
Портативные беспроводные зарядные устройства обычно используются в сочетании с внешним зарядным устройством (power bank). Это позволяет носить его с собой во время прогулок или путешествий и заряжать смартфон на ходу, даже если поблизости нет розетки.
Скручиваем провод
Когда катушка сделана путем скручивания длинного провода в спираль, магнитное поле становится сильнее и распределяется таким образом.
Если через эту катушку пропустить ток, а сверху положить такую же катушку, будет протекать тот же ток, только на 20-25% слабее. Потери возникают из-за преобразования магнитного поля в электричество, поэтому обычно приходится пропускать через катушку больший ток, чтобы получить на выходе нужное значение.
При беспроводной зарядке одна из этих катушек подключается к розетке через преобразователь, а другая встраивается в мобильный телефон. Когда такой мобильный телефон помещается на подставку под катушкой под напряжением, катушка мобильного телефона улавливает это магнитное поле и преобразует его в электричество, заряжая аккумулятор.
Но не всё так просто
Чтобы беспроводная зарядка была эффективной, зарядное устройство и катушки мобильного телефона должны находиться как можно ближе друг к другу. В идеале центры обоих должны быть совмещены, чтобы потери были минимальными. Однако мы часто видим случаи, когда телефон просто кладут в любое место на подставку, и зарядка проходит успешно.
Для этого производители делают несколько катушек на прокладке. Например, несколько катушек могут быть расположены рядом друг с другом, а затем еще несколько катушек могут быть размещены на промежутке между ними. Таким образом, в большинстве случаев телефон будет лежать на одной из катушек и заряжаться.
Чтобы узнать, какую катушку использовать, зарядное устройство пропускает ток через каждую катушку по очереди, чтобы определить, к какой катушке ближе всего находится мобильный телефон.
Зарядные устройства также различаются по мощности, например, существуют 5-, 10- и 20-ваттные зарядные устройства. Зарядное устройство взаимодействует с мобильным телефоном с помощью того же магнитного поля, чтобы узнать его номинальную мощность и определить, подходит ли оно для мобильного телефона. Если проблем нет, он заряжает телефон; если проблемы есть, он выключается или заряжает телефон с минимальной мощностью.
Когда направление тока меняется, меняется и направление магнитного поля (север и юг). Мы можем сказать, что магниты (магнитные поля), которые мы обычно используем, переворачиваются 50 раз в секунду.
Чем подключать к розетке
Беспроводные зарядные устройства всегда должны быть подключены к электрической розетке. Для каждого типа необходимо использовать мощное зарядное устройство. Минимальная требуемая мощность составляет 10 Вт (5 В/2 А). Можно использовать меньшую мощность, но это будет скорее борьба, чем комфорт.
Для зарядки при более высокой мощности 7,5 Вт или 10 Вт необходимо использовать зарядное устройство с такими функциями, как Quick Charge 3. Это необходимо для беспроводных зарядных устройств, без этого они не смогут обеспечить повышенную мощность.
В следующей статье мы расскажем об обогреве зарядных устройств, различных типах/функциях и новых разработках, которые будут реализованы в ближайшие год-два.
Каковы преимущества беспроводных зарядных устройств и как они заряжают смартфоны без подключения к розетке? Мы выяснили, что такое беспроводные зарядные устройства, где они используются и как они заряжают «без проводов».
Быстро или медленно?
Может ли беспроводное зарядное устройство заряжать так же быстро, как шнур? Беспроводные зарядные системы мощностью 5 Вт могут заряжать устройства со скоростью, сравнимой с проводными зарядными устройствами, которые работают при напряжении 5 В, токе 1 А.
Современная бесконтактная зарядка работает еще быстрее и может передавать на мобильный телефон до 15 Вт энергии. Это значительно сокращает время зарядки, поэтому беспроводная быстрая зарядка становится все более популярной.
Какой смартфон можно зарядить без проводов?
В настоящее время на рынке представлено более 500 моделей, поддерживающих беспроводную зарядку.
Последние модели Apple оснащены этой функцией. Samsung и Nokia также интегрировали его несколько лет назад. Компании-члены Wireless Power Consortium также поддерживают беспроводную зарядку. Подробнее о моделях с поддержкой беспроводной зарядки вы можете прочитать в отдельной статье.
Смартфоны, поддерживающие технологию беспроводной зарядки, должны иметь значок Qi. Этот стандарт был разработан в 2009 году, и с тех пор производители смартфонов начали разрабатывать концепции создания устройств с возможностью зарядки «по воздуху».
Как добавить поддержку беспроводной зарядки в смартфон?
Фактически, технологией Qi можно оснастить абсолютно любой смартфон, даже если он изначально не позиционировался как устройство с беспроводной зарядкой. Это удобный вариант для тех, кто привык к своему телефону и не хочет менять его ради новой технологии.
Достаточно приобрести универсальный модуль Qi с разъемом, который подходит для вашего смартфона: micro-USB, USB-C или Lighting. Модуль приклеивается на заднюю панель смартфона, подключается к разъему для зарядки и прячется за чехлом. После этого смартфон можно заряжать без проводов — ток от зарядного устройства будет поступать к аккумулятору через переходник.
Единственный недостаток этого способа — адаптер придется постоянно отсоединять, чтобы подключить смартфон к компьютеру через USB. Но если вы редко подключаете телефон к ПК, то модуль Qi вам точно не помешает.
Существуют и другие стандарты беспроводной зарядки устройств, но они не используются в телефонах и предназначены для промышленных устройств, электромобилей и другого оборудования.
Какие смартфоны поддерживают?
Смартфоны, поддерживающие технологию беспроводной зарядки, должны иметь значок Qi. Этот стандарт был разработан в 2009 году, и с тех пор производители смартфонов начали разрабатывать концепции создания устройств с возможностью зарядки «по воздуху».
К 2019 году на рынке появится огромное количество смартфонов, поддерживающих «волшебную» технологию. Функцией беспроводной зарядки обладают все последние модели Apple, начиная с iPhone 8 и заканчивая iPhone Xs. Корейская фирма Samsung наделила беспроводной зарядкой Galaxy S9 и более ранние модели, начиная с Galaxy A7. Технология беспроводной зарядки реализована в моделях P30 Pro и Mate 20 Pro от Huawei. Sony представила модели с беспроводной зарядкой: Xperia XZ3, Xperia XZ2. Xiaomi не отстает от своих конкурентов. Модели: Mi 8, Mi Mix 2S также наделены этой функцией.
Если телефон не поддерживает?
Но что делать, если у вас старые версии смартфонов, а так хочется воспользоваться современной функцией и отказаться от проводов? Для этого необходимо приобрести универсальный адаптер и беспроводное зарядное устройство. На рынке также есть специальные чехлы, которые могут улучшить устройство и дать ему возможность заряжаться без использования проводов.
Самый простой способ — купить универсальную катушку, которая устанавливается под чехол или корпус телефона. Правда, есть один недостаток — катушка подключается к порту micro-USB, а значит, он будет постоянно занят, и зарядить его с помощью провода уже не получится.
Беспроводную зарядную базу можно приобрести по цене от 300 рублей, но стоит обратить внимание на мощность (от нее зависит время зарядки). Покупать станцию со слишком большой мощностью не стоит, вам вполне хватит и 10 ватт.
