Беспроводная зарядка как работает? принцип работы

Принцип работы беспроводной зарядки для гаджетов

Практически каждый второй владелец смартфона считает, что беспроводная зарядка способна передавать электроэнергию на любое расстояние. Но это ошибочное мнение.

Чтобы разобраться с принципом работы такого устройства для мобильных телефонов, нужно детальнее изучить имеющуюся информацию. Можно сделать вывод, что зарядка без проводов основывается на магнитно-индукционном способе передачи электричества от одного устройства к другому.

Кроме того, современные ученые и исследователи утверждают, что электроэнергию можно передавать при помощи лазера, звуковых волн, других физических явлений. Но пока что на деле такие инновационные технологии дальше активных разработок не пошли.

Единственное, чем могут похвастаться современные ученые, так это то, что уже упомянутая электромагнитная индукция используется не только в беспроводных зарядках для мобильников, но и в других коммерческих и технологических целях.

Также стоит знать, что любая высокотехнологическая сфера имеет свои строго установленные стандарты (Qi), которые обязательно учитываются при разработке нового или усовершенствовании устаревшего устройства. То есть данные стандарты направлены на сохранение функциональности современных устройств.

Многие производители мобильных телефонов применяют такие (Qi) стандарты для производства гаджетов, рассчитанных на зарядку аккумулятора без применения электропроводов.

В связи с этим обладатель такого мобильного аппарата, находящийся в аэропорту, железнодорожном вокзале или другом многолюдном месте экономически развитой страны, сможет зарядить свой мобильник без проводов и розеток.

Так как в таких местах установлены и успешно функционируют специальные зарядные базы, которые позволяют всем желающим производить беспроводную зарядку своих гаджетов.

Принцип работы беспроводной зарядки для смартфонов основывается на обеспечении электрического контакта между излучающим и получающим агрегатами, которые, в свою очередь, оснащены специальными катушками индукции. В данном случае стоит учитывать, что обычный мобильный телефон старого образца не получится подзарядить от беспроводной зарядной станции, так как он не оснащен индукционной катушкой.

Дистанционная зарядка устройств осуществляется следующим образом:

1. Зарядная станция, подключенная к электрической сети при помощи индукционных катушек начинает создавать магнитное поле.
2. Когда гаджет, поддерживающий (Qi) стандарты, попадает в такое магнитное поле, он начинает динамично потреблять издаваемые зарядкой электромагнитные волны.
3. Дальше встроенная индукционная катушка преобразовывает потребленные электроволны в электрическую энергию, которая и обеспечивает зарядку аккумулятора.

Пользователям беспроводной зарядки необходимо знать правила пользования данного устройства. Главное —выдержать нужное расстояние, которое не должно превышать пяти сантиметров от станции до мобильника. Многие считают, что если телефон водрузить в непосредственной близости с зарядной станцией, то его аккумулятор зарядится быстрее и качественнее.

Однако это мнение ошибочное, так как коэффициент полезного действия такого беспроводного устройства в лучшем случае будет составлять не больше восьмидесяти процентов. Поэтому пользователям, которые желают получить максимум полезных результатов от производимых действий, рекомендуется использовать проводную зарядку, имеющую значительно больший коэффициент.

Кроме того, традиционная стационарная зарядка гораздо быстрее заряжает батарею, чем альтернативное устройство на основе индукционных катушек. Согласно проведенным экспериментам, было установлено, что для полной зарядки одного и того же аккумулятора беспроводной станции понадобится на шестьдесят минут больше времени, чем обычному проводному зарядному устройству.

https://youtube.com/watch?v=klVPcKutTWE

Преимущества беспроводных зарядок

Есть масса преимуществ в том, чтобы телефон мог заряжаться именно бесконтактным способом. В первую очередь решается основная проблема, а именно переходники. Теперь будет одна универсальная панель сразу для всех аппаратов. Провода не будут изнашиваться и гнезда на мобильнике не станут слишком быстро ломаться

Для заряжающегося айфона это также особенно важно, ведь его ремонт стоит дорого.
Когда выбираем определенный адаптер, нельзя не думать о плюсах бесконтактного:

• Удобство. Использовать можно в любом месте.
• Допустима зарядка нескольких телефонов сразу.
• С течением времени устройств, которые поддерживают данную функцию становиться все больше.
• Электроэнергии тратиться минимум, хотя КПД этой зарядки и составляет около 80%.
• Самсунг и некоторые другие компании планируют сразу с телефоном предлагать подобный адаптер.
• Долговечность. Зарядка способна прослужить много лет.

На что еще обратить внимание при выборе беспроводного ЗУ

Основным критерием выбора беспроводной зарядки для смартфона является стандарт. Но не только он имеет значение. При покупке следует обратить также на электрические характеристики зарядного устройства. Если напряжение на выходе является стандартизированным и составляет 5 В, то сила тока может варьироваться от сотен миллиампер – до ампера и больше. Учитывая, что сила тока на выходе проводного ЗУ составляет 1-2 А, выбирать нужно модель, у которой ток заряда составит около 1 А. Чем больше значение – тем лучше, так как слабая док-станция будет подзаряжать телефон слишком долго.

Форма тоже может иметь значение: Иногда дизайн ЗУ может попросту не вписываться в интерьер. Наклонные устройства не всегда удобны в плане устойчивости. Наиболее предпочтительными являются прямоугольные и круглые горизонтальные площадки.

Плюсы и минусы беспроводной зарядки для смартфона

Как работает беспроводная зарядка для телефона – мы разобрались, в чем заключаются основные нюансы и тонкости подбора – тоже. Осталось определить, стоит ли покупать такой гаджет, или он себя не оправдает. Для этого нужно ознакомиться с плюсами и минусами, чтобы решить для себя, покупать или нет зарядку Qi.

Плюсы

• Защита для интерфейсного разъема смартфона. В процессе зарядки исключается риск повредить гнездо, случайно дернув за кабель. Разъем подвергается меньшему износу, так как используется реже.
• Возможность зарядить смартфон, не имея ЗУ. Многие заведения в мире, такие как McDonalds или StarBucks, оснащают столики док-станциями Qi. Благодаря этому можно перекусить или попить кофе, одновременно подзаряжая телефон. IKEA также продвигает такие зарядки, встраиваемые в бытовую мебель.
• Всегда заряженный аккумулятор дома. Беспроводная зарядка позволяет вовремя подзаряжать смартфон, просто положив его на площадку док-станции. Если телефон используется редко, а ЗУ Qi всегда под рукой – можно не беспокоиться о том, что батарея сядет в неподходящий момент. Продуманный контроллер прекращает подачу тока на батарею по достижении 100 %, поэтому перезаряда бояться не стоит.
• Безопасность. Как бы не противились скептики индукционных технологий и не заявляли о вреде невидимой «радиации» (откуда только ей взяться в электромагнитной катушке?), беспроводные зарядки безопаснее проводных. Риск получить удар током от кабеля сетевого ЗУ мизерен, но в случае с Qi он еще ниже, так как работают док-станции обычно от 5 вольт. Что же касается индукции – на таких мощностях она абсолютно безвредна для человека. В ходе проведения МРТ организм подвергают воздействию в тысячи раз большего электромагнитного излучения.

Минусы

• Потеря мобильности. Электромагнитное излучение док-станции достаточно слабое и эффективно лишь на малом расстоянии. Чтобы телефон быстро зарядился – нужно положить его ровно на подставку. Пользоваться устройством в процессе зарядки проблематично, если не невозможно.
• Низкая скорость зарядки. Выходная мощность беспроводной зарядки для смартфона редко превышает 1 А. Это значит, что батарея, емкостью 3000 мАч, в идеальных условиях будет заряжаться около 3 часов. А если положить смартфон неровно – время может резко увеличиться.
• Ограниченная совместимость. В общей массе относительно мало смартфонов поддерживают стандарт Qi или PMA. Далеко не для всех существуют совместимые приемники или чехлы, позволяющие заряжать девайс без кабелей.
• Большие размеры катушек. Проблема совместимости устройств в значительной степени обусловлена относительно большими размерами индукционных катушек. Если стремиться сохранить их малую толщину – извлечь большую мощность тока (свыше 1 А) не получится. Увеличение размеров неминуемо приведет к утолщению смартфона. В гонке за каждым миллиметром производители не всегда могут это позволить.

Где применяются беспроводные зарядки

С момента изобретения беспроводной зарядки, она сразу стала внедряться всевозможными производителями для зарядки аккумуляторов различных устройств.
Одними из первых беспроводные зарядки внедрили производители зубных щеток. Дело в том, что зубные щетки имеют прямое соприкосновение с водой. Тут то как раз и пригодилось изобретение БЗУ. Ведь в этих устройствах нет голых контактов. Зубная щетка и зарядное устройство имеют хорошую герметизацию.

Корпорация Apple тоже не отстает от прогресса. Они внедрили беспроводную зарядку для своих часов Apple Watch.

Но самую большую популярность получили беспроводные зарядки для смартфонов. Какое удобство. Просто положите смартфон на зарядное устройство и процесс зарядки пошел. Никаких проводов. Большую долю смартфонов с такими зарядками выпустил Samsung. Nokia то же выпустили смартфоны с такими зарядками. В 2017 году Apple выпустила смартфон iPhone 8 iPhone X, которые тоже могут заряжаться от БЗУ.
Нередко подобные устройства устанавливаются в общественных местах. В кафе и ресторанах люди привыкли работать с помощью смартфонов, общаться или же развлекаться. Интернет забирает достаточно много энергии батареи.

Чтобы привлечь посетителей и чтобы гости просидели как можно дольше в этих заведениях, владельцы предлагают бесплатный Wi-Fi, но и конечно же, бесконтактные зарядки для смартфонов, которые вмонтированы прямо в столики заведения.

Так же многими производителями выпускается беспроводная автомобильная зарядка для телефона. Принцип беспроводной зарядки очень простой. провод от этой зарядки вставляется в гнездо прикуривателя, сама зарядка устанавливается в удобное место с учетом, что телефон во время движения не упадет с нее.

Недостатки беспроводного зарядного устройства

Так как этот вид зарядных устройств появился на современном рынке сравнительно недавно, то пока их влияние на аккумуляторные батареи смартфонов и прочих гаджетов еще не изучено до конца. К примеру, пользователи iPhone заметили, что смартфон после восстановления заряда с помощью беспроводной станции разряжается быстрее. Соответственно гаджет приходится чаще заряжать, что не способствует долгому ресурсу батареи аккумулятора.

Многих интересует скорость зарядного процесса, и может ли она сравниться с аналогом, имеющим стандартный кабель. Изначально данные станции предполагали мощность в 5 Вт, что эквивалентно подзарядке через кабель с напряжением в 5В и силой тока в 1А. Конечно, особо быстрым такой метод не назовешь — гаджет приходится оставлять заряжаться на целую ночь. Но самые современные модели беспроводных станций уже могут похвастаться мощностью в 15, и даже 20 Вт, что позволяет зарядить смартфон гораздо быстрее, и делает такой способ пополнения заряда более востребованным.

Также для качественного “прохождения” заряда, устройство должно лежать на площадке док-станции в строго определенном положении. Также есть ряд вопросов к эффективности процесса при наличии на телефоне достаточно толстого чехла, а также к возможному перегреву гаджета в процессе подзарядки. С последней проблемой разработчики в определенной степени справились, встроив функцию автоотключения электроэнергии, если при достижении 80% гаджет сильно перегрелся.

Устройства заряжаются без проводов – истоки и современность

Устройства для беспроводной зарядки появились еще до популяризации смартфонов. Они обычно имели форму дополнительных модулей, принимающих беспроводную энергию, и подключались, например, к карманному компьютеру.

Сегодня вы всё ещё можете купить чехлы для смартфонов, после чего вы можете беспроводным способом заряжать устройства, не оснащенные на заводе поддержкой этой технологии. 

Nokia Lumia 920 от 2012 года – первый широко известный смартфон со встроенной электроникой беспроводной зарядки. За несколько месяцев до этого смартфона появился Kyocera, который также предложил другую перспективную технологию – передачу звука через вибрации экрана, но это продукт, известен в основном в Японии.

Год спустя появился планшет Google Nexus 7 2013, а потом Samsung Galaxy S6, который ввел технологию PMA. Новейшие смартфоны Samsung поддерживают как стандарт PMA, так и Qi. Между тем, Huawei, Apple, LG, Motorola, Nokia, Google, Xiaomi остановились на Qi.

Полезность технологии беспроводной зарядки не меняет того факта, что этот способ зарядки смартфонов по-прежнему является отличительной чертой большинства топовых моделей. Это решение производителей, но социальные настроения и связанные с этим опасения по поводу этого также могут оказать некоторое влияние на развитие технологии…

Преимущества и недостатки

К преимуществам можно отнести:

1. Нет необходимости постоянно использовать провода, которые иногда доставляют дискомфорт, запутываясь, цепляясь, теряясь в самый неподходящий момент. К тому же в случае зарядки посредством QI разъём USB прослужит вам гораздо большее время.
2. Для многих будет плюсом возможность зарядки телефона от нескольких передатчиков. Такая потребность может возникнуть, например, при переходе в другую комнату или другое место в комнате. Беспроводная зарядка избавляет от необходимости носить за собой зарядное устройство.

Главные недостатки:

1. QI понадобиться больше времени, чтобы полностью зарядить ваш гаджет, чем стандартной зарядке.
2. И все же в беспроводной зарядке будет присутствовать один провод, который соединит панель с розеткой.
3. Не будем забывать о стоимости. На сегодняшний день цена беспроводной зарядки превышает цену традиционной зарядки, соответственно не каждый может себе позволить ее купить.
4. Магнитные катушки в смартфоне занимают определенное место, что увеличивает габариты устройства и уменьшает возможность встраивания в смартфон более мощного железа. В последнее время данный недостаток не столь существенен, так как магнитные катушки становятся все меньше и меньше.

Особенности беспроводных зарядок

В первые же годы распространения телефонов для сотовой связи производителям приходилось оговариваться при позиционировании таких гаджетов как мобильных. Дело в том, что мобильными они были и остаются лишь условно, поскольку есть зависимость от кабеля зарядного устройства. Снять все условности такого обозначения мобильных телефонов и смартфонов позволила беспроводная зарядка.

Как работает данный прибор? Все технологии, на которых базируются подобные зарядки, основываются на принципах передачи электроэнергии на расстоянии

Важно отметить, что распространение технологий беспроводной связи и передачи информации давно не является чем-то новым и удивительным. Модули радиосигналов, датчики Bluetooth и Wi-Fi, сетевые точки доступа – все это в той или иной степени позволяет передавать информационные сигналы

Однако новизна и принципиальное отличие именно зарядных устройств с беспроводным принципом действия заключаются как раз в возможности передачи на расстоянии энергии для питания аккумуляторов.

Стандарты беспроводной зарядки

Поскольку технология Wireless Charge находится в фазе активного развития, для пользователей открываются разные виды и стандарты передачи энергии без проводов. Условно их можно поделить на:

• магнитно-индукционные;
• магнитно-резонансные.

Это два отличающихся друг от друга типа передачи электроэнергии. Разница заключается не только в способе обмена электричеством, но и в продуктивности

Поэтому важно рассмотреть данные стандарты по отдельности

Магнитно-индукционные станции

Подобные станции стали родоначальниками технологии беспроводной зарядки вообще. Индукционные устройства требуют подключения к электросети, в связи с чем не происходит полного отказа от проводов. Также невысокой оказывается мощность при передаче энергии.

Но, несмотря на все недостатки магнитно-индукционных станций, именно они используются сейчас для восполнения энергии смартфонов и других мелких гаджетов. На 2020 год насчитывается несколько схожих стандартов магнитно-индукционной передачи электричества.

Qi – наиболее популярный стандарт, который используется на сегодняшний день. Его разработкой занимается консорциум WPC. Поскольку работает данный метод по магнитно-индукционному принципу, пользователям не приходится рассчитывать на сильный ток. Но стандарт Qi принято делить на разновидности малой и средней мощности. Первые как раз-таки подходят для смартфонов, а вторые для более требовательной техники – ноутбуков и мониторов.

PMA – похожий по принципу действия стандарт беспроводной зарядки, но работает он в другом частотном диапазоне. Если Qi использует 100-205 кГц, то PMA – 277-357 кГц. PMA незнаком европейским пользователям, однако он активно используется в Северной Америке. Поэтому гаджеты, выпущенные для Европы оснащаются стандартом Qi, а для США – PMA.

Магнитно-резонансные станции

Магнитно-резонансная технология – это следующий виток в развитии беспроводных зарядок. В отличие от магнитно-индукционной, передача энергии по магнитно-резонансному принципу происходит даже на расстоянии. То есть, если бы смартфон использовал подобную технологию, его бы не пришлось класть на док-станцию.

В то же время поднимается много вопросов, касающихся безопасности магнитно-резонансных станций. Ведь магнитное поле вокруг них получается крайне широким. Однако, все эти мифы опровергают сами разработчики. При этом технология не используется в случае с небольшими гаджетами вроде смартфонов.

Наиболее известный стандарт магнитно-резонансных станций Air Fuel. Он имеет мало общего с док-станциями для маленьких девайсов. И сейчас стандарт используется для восполнения энергии электро-транспорта. Например, электромобилей и электробусов. Владельцу подобного вида транспорта не нужно физически соединять авто с док-станцией. Достаточно просто подъехать к ней, чтобы между отдающей и принимающей сторонами возникло расстояние не более 50 сантиметров.

Как появилась беспроводная зарядка

У людей появился важнейший беспроводной гаджет под названием смартфон, который стал и средством общения, и фотоаппаратом, и даже переносным банком. Его все равно периодически приходится заряжать с использованием проводов. Однако, не так давно стали популярны беспроводные зарядки, которые восстанавливают энергию смартфона без подключения к электросети через шнур.

Само понимание возможности создания беспроводной зарядки появилось в далеком 1820 году. Тогда известный физик Андре-Мари Ампер доказал, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. А уже через год другой ученый Майкл Фарадей открыл закон индукции, по которому сейчас работает большинство беспроводных зарядок.

Тем не менее, впервые передать энергию на расстоянии смог лишь Никола Тесла в 1893 году. Но даже тогда никто не мог подумать, что беспроводной принцип зарядки можно использовать прямо сейчас. Поэтому практическое применение технологии заставило себя ждать почти целый век.

Первое же применение беспроводной передачи энергии для портативной техники произошло в 2009 году. Тогда консорциум Wireless Power Consortium продемонстрировал миру стандарт беспроводного питания малых токов, который получил название Qi. А в 2015 году было и вовсе доказано, что электричество можно передавать по Wi-Fi. Но справедливости ради необходимо отметить, что подобная технология сейчас используется крайне редко.

Опасна ли беспроводная зарядка для здоровья?

Действующие и потенциальные пользователи современного вида зарядки задают вопрос – может ли использование беспроводного устройства отразиться на их здоровье и здоровье окружающих? Давайте разберёмся, имеют ли под собой основания эти опасения. Если кратко, то нет.

Беспроводное зарядное устройство использует электромагнитное поле на расстоянии чуть менее 20% длины волны, что не так много, а излучение не является ионизирующим. Как известно, неионизирующее излучение абсолютно безопасно, в отличие от того же рентгеновского. Действие зарядки на человека можно сравнить с действием на человека WI-FI роутера или сотового телефона, которые не приносят существенного вреда своим излучением. К примеру смартфон передает сигнал на большие расстояния, мощность смартфона порядка 1-2 ватт. Да, это ниже чем мощность QI, которая составляет порядка 5 ватт. Но эта разница в мощности передатчиков нивелируется крайне маленьким радиусом действия беспроводной зарядки, на котором невозможно нанести вред человеку. Как видите беспокоиться не о чем.

Как работает беспроводная зарядка?

Давайте попробуем объяснить эту магию, чтобы все могли понять. Хотя есть много интересных технических вопросов для обсуждения, и они должны быть на специализированных форумах , мы постараемся объяснить просто и доходчиво.

Беспроводная зарядка использует два резонансных индуктивных соединения для передачи сигналов малой мощности между двумя устройствами. Они специально разработаны для передачи электроэнергии, не касаясь друг друга, как это делает обычное проводное соединение.

Базовая станция беспроводной зарядки имеет катушку передатчика, а на вашем телефоне есть катушка приемника (выше на фото). Контактная площадка регулярно посылает сигнал, и когда катушка приемника оказывается на достаточно близком расстоянии, в сигнале возникает резонанс. Сигнал затем модулируется и начинается индуктивная зарядка.

Индуктивная зарядка (Qi) использует эти две специально разработанные электромагнитные катушки для создания магнитного поля между двумя устройствами. Существует сложный процесс, который позволяет магнитному полю вырабатывать электричество через разность потенциалов и колебаний.

Катушка на вашем Android смартфоне также подключена к цепи зарядки аккумулятора, и ваша батарея заряжается с помощью энергии, вызванной магнитным полем.

При работе индуктивной зарядки (Qi) создается избыточное тепло, вот почему беспроводная зарядка — это не самый эффективный способ передачи питания от розетки к вашей батарее.

Это также объясняется тем, что для зарядки телефона требуется больше времени, чем при подключении к розетке. В то время новые методы и материалы используют более высокие частоты и более тонкие катушки, чем предыдущие версии, беспроводная зарядка по-прежнему менее эффективна и дороже, чем стандартная зарядка по проводу. Это разница сохранится и в обозримом будущем.

Подведем итоги:

• Ваш смартфон с поддержкой Qi и зарядное устройство имеют специальные электрические катушки.
• Когда две катушки приближаются, они используют электромагнетизм, чтобы посылать небольшое количество энергии через расстояние между ними.
• Эта мощность проходит через цепь зарядки в вашем телефоне и заряжает аккумулятор.
• Это стоит дороже и занимает больше времени, чем если бы вы подключили свой телефон к розетке, потому что это менее эффективно.

Преимущества беспроводной зарядки – влияние на аккумулятор

Трудно поверить, что внедрение технологии беспроводной зарядки в смартфоне было продиктовано только желанием производителя добавить ещё один момент в спецификации и возможным повышением цен. Должны быть преимущества, которые могут убедить потенциальных пользователей, а любые проблемы должны быть легко дискредитированы. Мы уже говорили о влиянии на здоровье человека. Это ещё не всё.

Смартфон также имеет своё здоровье, может быть, только с технологической точки зрения, но износ оборудования – это явление, которое имеет место. В этом случае большинство вопросов касаются батареи и срока её службы.

Производители уверяют нас, что электроника, сопровождающая технологию беспроводной зарядки, как и в случае проводной зарядки, гарантирует, что батарея не будет повреждена. Но, во время зарядки смартфон и аккумулятор нагреваются, что может ухудшить его качество и сократить количество доступных циклов зарядки.

Повышение температуры аккумулятора неизбежно зависит от техники зарядки. Источником проблем в случае беспроводной зарядки может быть неправильное выравнивание зарядных катушек зарядного устройства и смартфона. Чем больше неравномерность, тем дольше сохраняется повышенная температура батареи по сравнению с проводной зарядкой. В этом рассуждении есть определенное «но».

Во время проводной зарядки, особенно с помощью быстрого зарядного устройства (а такие всё чаще добавляются в комплекты), смартфон нагревается даже больше, чем при использовании беспроводной зарядки. И, как мы уже упоминали, производители сегодня противодействуют эффектам неточной юстировки смартфона и зарядного устройства. Тем не менее, давайте примем к сведению следующий принцип.

Не используйте смартфон во время зарядки!

Также считается, что потери от нагрева менее значительны, чем последствия интенсивного использования смартфона после начала зарядки. Такое поведение крайне не рекомендуется, потому что батарея нагревается дополнительно. В случае проводной зарядки мы особенно подвержены этой привычке. Во время работы беспроводного зарядного устройства смартфон не должен подвергаться воздействию источников тепла, таких как солнечный свет.

Кроме того, благодаря беспроводной зарядке мы можем выработать привычку заряжать батарею при любой возможности. Тогда легче поддерживать уровень заряда выше 50%, что положительно влияет на срок службы батареи, в отличие от частой разрядки на 85% и более. Это несомненное преимущество, которое может перевесить любую неопределенность в отношении технологий.

Беспроводная зарядка позволяет удобно заряжать аккумулятор.

Ещё одно небольшое преимущество. Проводя беспроводную зарядку, мы реже используем USB-порт на смартфоне. А это значит, что мы меньше подвергаем его износу и возможным повреждениям. Мы также можем представить устройство без разъемов, в котором связь и зарядка происходит только по беспроводной сети.