Беспроводная зарядка для телефона: принцип работы
Современные гаджеты не перестают совершенствоваться. Любое усовершенствование требует оснащения более вместительной аккумуляторной батареей. Отсюда вытекает основная проблема аккумуляторов, чем больше емкость, тем большего количества времени требуется на зарядку.
Статья подробно раскрывает тему беспроводных зарядных устройств, принцип их работы, основные разновидности, преимущества и недостатки.
Как работает беспроводная зарядка
Основой работоспособности беспроводных зарядных устройств является принцип электромагнитной индуктивности. Этот эффект был описан в 1831 году ученым — физиком Майклом Фарадеем. Основным элементом данной системы является катушка индуктивности. При подаче на нее переменного электрического тока, образуется магнитное поле. Если рядом с катушкой, находящейся под напряжением, находится еще один металлический элемент со способностью к электрической проводимости, катушка способна передать часть своего заряда этому элементу.
Данный принцип был взят за основу, при производстве современных беспроводных зарядных станций. Они состоят из:
- Выпрямителя напряжения. Этот элемент необходим для преобразования переменного электрического напряжения в постоянное.
- Катушка индуктивности передатчика. Она играет роль преобразователя электрического тока в магнитное поле.
- Катушка индуктивности приемника. Этим элементом оснащается прибор потребитель. Катушка приемника взаимодействует с катушкой передатчиком и преобразует магнитное поле в переменное электрическое напряжение.
- Выпрямитель. Этим устройством также оснащается потребитель принятого электрического тока. Элемент осуществляет преобразование переменного тока в постоянный с необходимым параметром допустимого напряжения и мощности.
Также первые модели док станций оснащались только одной катушкой. Это приводило к проблемам с установкой гаджета на станцию. Пользователю приходилось находить самое точное положение, при котором происходила наиболее быстрая передача тока, с сохранением необходимого напряжения. Проблему решили путем установки нескольких катушек. Теперь практически в любом положении, но не далее 4,5-5 см, гаджет получал необходимую для заряда энергию.
Стандарт беспроводной зарядки
Любая технология должна проходить строгую стандартизацию. Особенно это необходимо для устройств, работающих от электрического тока. Беспроводные зарядные устройства стандартизируются по:
- Система QI или WPC. Это основной стандарт, по которому производятся зарядные устройства мощностью в 5, 7,5 и 10 Ватт. Для передачи напряжения с такой мощностью, основной блок преобразует напряжение 220 вольт в постоянное напряжение 5 вольт. Также все устройства, работающие по данному протоколу, должны соответствовать передающей резонансной частоте 100-205 кГц. На данный момент, по стандарту Qi сертифицировано более 1100 устройств различных моделей. Док станции, работающие по данному протоколу, способны осуществлять заряд одновременно нескольких устройств, при условии передачи стандартного напряжения.
- РМА или A4WP стандарты от малоизвестного разработчика AirFuel Alliance. По сути используется принцип передачи электричества по протоколу Qi. Отличительной особенностью является частотная характеристика. Устройства с протоколом РМА работают при резонансной частоте, варьирующейся в пределах 220 – 357 кГц. Также очень строго согласовывается параметр согласованности между устройствами приема и передачи. Любое расхождение частотных параметров может повлиять на мощность получения напряжения.
Это основные стандарты. Производители смартфонов стараются оснащать устройства протоколами обоих типов. Это облегчает заряд батарей, если док станции расположены в людных местах (кафе, рестораны, общественный транспорт).
Виды и типы беспроводных зарядок
Беспроводные зарядные устройства не все одинаковы. Они могут отличаться по принципу работы, оснащенностью определенным протоколом передачи напряжения, быть стационарными или переносными.
По принципу работы подобные устройства делятся на:
- Магнитно-индукционные. Устройства этого типа работают по принципу передающей и приемной катушек. При этом должен соблюдаться четкий диапазон рабочих частот для переменного напряжения в пределах 100 – 350 кГц. Также строго учитывается материал, из которого сделан корпус гаджета. Запрещено использовать устройства, сделанные из любого металла или пластика с металлическими вставками. Основным недостатком подобных приборов является очень маленький рабочий диапазон передачи. Он составляет всего 1 сантиметр. Магнитно – индукционные устройства работают по стандартам PMA и Qi.
- Магнитно-резонансные. Более эффективные приборы, с увеличенным радиусом действия. По принципу оснащения, подобные приборы не отличаются от индукционных. Главная особенность заключается в увеличенной частоте передачи переменного тока. Она может достигать 6,5 МГц. Особенностью таких устройств является способность осуществлять заряд сразу нескольких потребителей, на расстоянии до 5 сантиметров от станции. Также отпадает необходимость в точности позиционирования гаджета на поверхности зарядки. Магнитно – резонансные устройства оснащаются протоколами AirFuel и Rezence.
Дополнительно беспроводные источники напряжения различаются по типу приемников. Существуют встроенные приемники. Этими устройствами комплектуются гаджеты уже на этапе производства. Если приемника нет, можно использовать адаптированное устройство. Оно представляет собой пленку с разъемом под USB порт телефона или со специальными контактами. Первый вариант можно подключать самостоятельно, по мере надобности. Такие пленки могут отличаться только типом USB порта. Существуют встроенные порты типа «А», «B», «С».
«А» и «B» это формы разъемов правильной или перевернутой трапеции. Тип «C», это малоизвестные разъемы, которыми оснащаются гаджеты последнего поколения. Несмотря на тип разъема, пленки – ресиверы могут быть использованы с любой стороны смартфона, под чехлом или поверх него.
Пленка с контактами устанавливается в само устройство в специализированном центре.
По типу своего функционала, беспроводные зарядные устройства могут быть:
-
- Настольными. Это приборы в виде ровной площадки, которые располагаются на поверхности мебели.
-
- Автомобильными. Представляют собой держатель с раздвижными кронштейнами. Особенностью этих устройств является работа от постоянного напряжения, с защитой от перепадов и коротких замыканий.
-
- Подставки. Также являются настольными, но отличаются горизонтальной установкой на поверхность мебели. Такое положение более удобно для использования гаджета во время его зарядки.
- Qi аккумуляторные батареи. Эти устройства являются переносными, позволяют осуществлять зарядку гаджетов не от сети, а от аккумулятора. Оснащаются USB разъемами под устройства, которые не оснащены катушкой приемником.
Все ранее описываемые типы зарядок могут быть встраиваемыми в мебель. Они имеют дополнительную защиту от попадания пыли, влаги, металлических предметов на поверхность рабочей площадки. Их основной особенностью является оснащение всеми известными протоколами передачи напряжения на расстоянии.
Как пользоваться беспроводной зарядкой
Производители постарались максимально упростить использование беспроводных зарядок. Владельцу смартфона достаточно включить док станцию в сеть, и положить смартфон на его рабочую площадку. Гаджет должен подать звуковое оповещение о начале процесса заряда аккумулятора.
Плюсы и минусы беспроводных зарядок
Технология беспроводной передачи электрического напряжения, для зарядки современных гаджетов сравнительно новая. Ею обеспечены устройства последнего поколения. Несмотря на свою новизну, такой тип зарядки уже успел получить ряд преимуществ и недостатков. Преимущества следующие:
- Простота эксплуатации. Пользователю больше ненужно зависеть от проводов, неудобных и хрупких штекеров.
- Мобильность. В одном помещении можно расположить несколько подобных устройств и использовать их в зависимости от ситуации и местонахождения в комнате.
- Независимость от напряжения бытовой сети. Это преимущество остается за устройствами батарейного типа. Их можно использовать без привязки к бытовой розетки, например, выезжая на природу или в условиях отключения подачи централизованного напряжения.
- Новые технологии. Любителям новинок будет интересно использование подобной технологии. Производители встраивают подобные устройства в систему «умного» дома, что позволяет использовать прибор для зарядки не только смартфонов и планшетов, но и смарт – пылесосов, электрических зубных щеток и других устройств.
Несмотря на высокую технологичность и простоту использования, технология передачи электричества еще не до конца совершенна. К основным минусам можно отнести:
- Большая потеря доли напряжения во время передачи. Теряется от 20 до 35% мощности. Производителям приходится компенсировать потерю за счет внедрения новых химических элементов и микросхем, что значительно повышает общую стоимость устройств.
- Эти устройства не входят в стандартную комплектацию многих гаджетов. Любителю новых технологий придется потратиться на покупку док станции.
- Часто гаджеты греются во время зарядки. Это связано с неточным расположением устройства на площадке или с большой мощностью принимаемого частотного тока.
- Заряжаемый гаджет тяжело использовать, если он установлен на станцию.
- Также существует проблема взаимодействия станции с металлическими предметами, корпусами и чехлами. Особенно проблема ощутима у станций магнитно – индукционного типа. Магнитное поле восприимчиво к намагничиваемым металлам, что существенно влияет на работоспособность.
- Совместимость. Не все мобильные устройства совместимы с новыми док станциями. Смартфоны старых моделей могут быть подключены к пленке – ресиверу. Но качество их зарядки будет очень плохим. Также совместимость влияет на время полного заряда.
Так или иначе, беспроводные зарядные устройства вошли в современную жизнь. Стоит только дождаться их максимального технологического совершенства.
Заключение
Беспроводные технологии, на сегодняшнем уровне, могут удовлетворить потребности владельцев мобильных гаджетов. Заметно, что продуманно далеко не все нюансы с технологической точки зрения. Но устройства продолжают развивать. Пользователю только стоит выбрать между длинными неудобными проводами, которые часто путаются, рвутся, приводят в негодность встроенные разъемы. Да, док станции значительно дороже, но они существенно упрощают зарядку устройства и могут быть использованы сразу для нескольких приборов. Также станции более безопасны, потребляют меньшее количество электрического тока. Главное выбрать полностью совместимое по характеристикам устройство и эксплуатировать его согласно требованиям производителя.
Смотрите также статьи по теме