Мобильная техника плотно вошла в нашу повседневную жизнь, и появление беспроводных зарядных устройств вполне закономерно. Ведь электронные потребительские приборы (такие как смартфоны, например) должны в идеале работать длительно и безотказно, при этом не очень удобно каждый раз втыкать вилку в розетку, а штекер — в гаджет, когда нужно его подзарядить.
Комплект беспроводных интерфейсов (Wi-Fi, Bluetooth и т.д.) давно стал привычным атрибутом многих портативных устройств, так почему бы не включить в этот набор интерфейс для беспроводной зарядки? И современные технологии позволили это реализовать.
Конечно, при беспроводной подзарядке заряжаемое мобильное устройство должно находиться на расстоянии не менее 4 см от зарядника, но согласитесь, это удобнее, чем провод, тянущийся от вилки. Иногда во время подзарядки возникает необходимость принять звонок, отойти от зарядника, затем вернуть смартфон на место вблизи передатчика зарядного устройства. Это проще, чем каждый раз перетыкать штекер.
А в некоторых сферах, например в медицине, технология беспроводной зарядки аккумуляторов просто необходима (приборы экстренной помощи, светильники на аккумуляторах и т.д.). Не даром за последние годы такие ведущие производители электроники как Intel, Samsung, NXP, Texas Instruments и многие другие, - активно взялись разрабатывать оборудование и микросхемы для беспроводных зарядных устройств.
Принципиально технология беспроводной зарядки основана на передаче электроэнергии электромагнитной индукцией. В ближней зоне индукции реактивное взаимодействие передатчика и приемника наибольшее. Так, для частоты в 10 МГц ближняя зона простирается на 4,7 метра.
Благодаря явлению электромагнитной индукции, в замкнутом контуре приемника возбуждается индукционный ток, при этом источником переменного магнитного потока (индуктором) служит контур передатчика.
Система включает в себя пару — катушку приемника и катушку передатчика, которые индуктивно связаны между собой. Переменный ток первичной катушки (передатчика) образует магнитное поле, которое пронизывает витки вторичной катушки (приемника), и индуцирует на ней ЭДС.
Напряжение с приемной катушки и используется для зарядки аккумулятора мобильного устройства. И чем ближе приемник к передатчику, тем больше энергии приемник получает. На больших расстояниях индуктивная связь мизерна, и система становится неэффективной. Коэффициент связи катушек k имеет большое значение.
Взаимная индуктивность контуров, соответствие резонансных частот, добротность катушек приемника и передатчика — все это влияет на качество беспроводной передачи электроэнергии от передатчика к заряжаемому устройству. На резонансной частоте, при высокой добротности обоих контуров, при высоком коэффициенте связи катушек КПД системы получается наибольшим. Это очевидно из теории антенн.
Ассоциация потребителей электроники классифицирует технологии беспроводных зарядных устройств по величине коэффициента связи контуров. При значении коэффициента связи до 0,1 система называется слабосвязанной, а если коэффициент приближается к 1, то это сильносвязанная система. Сильносвязанные системы называются магнитно-индуктивными, а слабосвязанные — магнитно-резонансными. Эти два типа систем кардинально отличаются между собой.
Магнитно-резонансная технология менее критична ко взаимному расположению катушек, и с одним передатчиком может работать сразу несколько приемников, то есть одно зарядное устройство может заряжать одновременно несколько девайсов. Но здесь критично расстояние.
Для достижения лучшей эффективности выбирается резонансная частота наилучшим образом взаимодействующая с сопротивлением нагрузки. Эффективная же добротность магнитно-индуктивных систем значительно ниже. При точном согласовании в магнитно-резонансной технологии передача энергии происходит с наивысшем КПД. Важно, что в процессе работы системы любого типа необходимо точно контролировать текущие параметры, чтобы эффективность передачи энергии не снижалась.
Согласно спецификациям WPC 1.1 частота резонанса должна быть из диапазона от 100 до 205 кГц, а в спецификациях PMA - от 277 до 357 кГц, при добротности от 30 до 50. По спецификациям A4WP частота фиксирована, и согласование импедансов приемника и передатчиков должно быть строгим. Для магнитно-резонансных систем добротность может достигать 100.
Что касается КПД, то даже 97 процентный КПД проводных зарядников еще не достигнут. Тем не менее преимущество магнитно-резонансных систем зарядки налицо: катушка передатчика может быть размером в 12 раз больше катушки приемника, при этом приемников можно разместить несколько, и заряжать одновременно, скажем, три смартфона.
Андрей Повный
Бесконтактное зарядное устройство – это мечта для каждого обладателя смартфона. Современные телефоны регулярно нуждаются в зарядке. Постоянно приходиться подключать их с помощью провода к адаптеру. Однако сейчас можно выбрать беспроводную зарядку и забыть обо всех сложностях. Беспроводная зарядка для телефона это уже не мечта, а обычное устройство, которое используют миллионы пользователей.
Многие десятилетия люди мечтают о возможности передачи энергии на расстояние. Это часто можно встретить в фантастических романах 20 века. И вот свершилось. В пользовании появились зарядные устройства, которые заряжают аккумуляторы потребителей на расстоянии. Правда расстояния еще очень малы, всего несколько сантиметров, но это уже уверенный шаг вперед. И не теоретический, а практический.
На данный момент самое широкое распространение получили беспроводные бесконтактные зарядные устройства для смартфонов (БЗУ). Достаточно положить смартфон на зарядное устройство и он начнет заряжаться. Никаких проводов от беспроводной зарядки до смартфона не надо. Все работает на законе взаимоиндукции. Зазвонил телефон, спокойно берешь его в руки не боясь запутаться в проводах, не боясь повредить контакты разъема, а так же не привязан строго к рабочему месту.
Так, что в настоящий момент беспроводные зарядное устройство уже не является мифом. Это адаптеры, которые может приобрести каждый желающий. Расположить зарядку можно на столике у кровати дома или же в автомобиле на приборной панели.
Но стоит отметить, что далеко не все телефоны и смартфоны, выпускаемые различными производителями, способны заряжаться от беспроводных зарядок. Телефоны поддерживающие беспроводную зарядку стали появляться совсем недавно. А какие телефоны поддерживают беспроводную зарядку можно узнать у менеджера салона сотовой связи. Но если ваш телефон не поддерживает эту функцию, то как модернизировать ваш телефон или смартфон для данных видов зарядок я опишу ниже.
Принцип работы
В принцип работы беспроводного зарядного устройства заложены законы, открытые учеными Теслой и Фарадеем. Это так называемые явления индукции и взаимоиндукции. Вспомните школьную физику. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле. Если в магнитное поле внести другой проводник, то в нем индуцируется ЭДС (ЭлектроДвижущая Сила).
На этом принципе работают все трансформаторы. Если на первичную обмотку трансформатора подать переменный ток, то на вторичной обмотке образуется ток, величина которого будет зависеть от числа витков во вторичной обмотке. На этом же принципе и работает беспроводная зарядка. И я постараюсь объяснить, как работает беспроводная зарядка для телефона. Источником электромагнитного излучения становится индукционная катушка, которая находится в зарядном устройстве (выполняет роль первичной обмотки трансформатора). Выглядит как подставка, зарядный стакан или что то аналогичное. Подключается к электросети напрямую или через адаптер. Заряжаемое устройство тоже имеет свою катушку (аналогично вторичной обмотке трансформатора). Если обе катушки расположены на достаточно близком расстоянии друг от друга, то во второй катушке индуцируется переменный ток, далее он выпрямляется в постоянный и через контроллер заряда заряжает аккумулятор гаджета.
Любая бесконтактная зарядка для телефона или другого устройства работает по этому принципу, будь то в доме или автомобиле. Чаще всего мы встречаем устройства стандарта QI.
Стандарты беспроводных зарядных устройств
Qi
Самым распространенным стандартом беспроводной зарядки является Qi. Этот стандарт был разработан консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, сокращенно WPC), и поддерживается многими производителями такими, как Samsung, Nokia, LG и другими. Стандарт Qi читается как Ци, что на китайском языке созвучно в переводе со словом «жизнь».
Принцип работы основан на законе взаимоиндукции, как описано выше. Частота работы БЗУ 100-205 кГц. КПД 75-80%.
PMA
Другой популярный стандарт называется PMA. В его принцип так же заложен закон электромагнитной индукции, Этот стандарт разработан компанией Powermat в 2012 году. Он не такой популярный, как Qi, но и у него есть свои преимущества.
Основные усилия компания направила на разработку более качественного передатчика электромагнитного поля. Да и частота работы зарядного устройства 277-357 кГц.
В основном этот стандарт распространен в США. Но все же стандарт PMA довольно сильно проигрывает Qi.
Rezence (A4WP)
Принцип работы стандарта Rezence основан на законе магнитного резонанса. Это позволяет увеличить передаваемую мощность до 50 Вт, что вполне хватает для зарядки более мощных устройств, и даже нескольких устройств одновременно. А так же можно и увеличивать расстояние от зарядки до заряжаемого гаджета.
Но пока этот стандарт больше теоретический и не получает широкую поддержку.
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.
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.
Производители
Вопросами создания и разработки бесконтактных зарядок для телефонов занялись многие компании. Каждая из них ориентирована на определенные особенности и готова удовлетворить конкретные пожелания пользователей. В первую очередь надо рассмотреть зарядки от производителей смартфонов, в которых включена функция беспроводной зарядки.
Как своими руками усовершенствовать смартфон
Как я писал выше, не все смартфоны могут работать с бесконтактными зарядками. Внутри этих смартфонов нет приемной части. Но это не приговор. На сегодняшний день на рынке кроме беспроводных зарядных устройств есть еще в продаже и отдельные приемные устройства.
Выглядят они, как лист картона размером со спичечный коробок. Внутри этой пластинки размещена приемная катушка. Приемная часть бывает двух типов. Первый вариант – приемная часть размещается под крышкой аккумуляторного отсека смартфона и подключается прямо к аккумулятору.
Второй вариант – приемная часть подключается к входному разъему и прикрывается чехлом смартфона.
Да, есть еще один вариант. Выпускаются чехлы смартфона с встроенной приемной частью.
Как выбрать
Специалисты советуют прежде чем решать, какую бесконтактную зарядку для телефона выбрать, определиться, поддерживает ли гаджет данную технологию. Компания Apple специально категорически против подобной практики, ведь они ориентированы на использование оригинальных бесконтактных адаптеров. Однако Samsung и многие другие производители не нуждаются в столь тщательном отборе. Многие гаджеты допускают современное зарядное устройство для телефона разных производителей.
Обзор беспроводных зарядных устройств видео обязательно посмотрите
Мир избавляется от проводов повсеместно. Стационарную проводную связь похоронили мобильные устройства, для передачи данных активно внедряются новые стандарты сотовой связи и Wi-Fi, транслировать звук можно через Bluetooth, а компьютерные мышки и кабели лишаются проводов, заменяя их на миниатюрные радиомодули. Пора бы уже оставить в прошлом неудобные соединения с помощью проводов, вот только одна проблема не позволяет сделать это. Для того, чтобы электронные устройства работали, им требуется энергия извне. Как раз этот вопрос и призвана решить беспроводная зарядка.
Первыми коммерческими электронными устройствами, питаемыми без проводов, стали мышки для ПК. Они начали появляться в начале прошлого десятилетия, но так и не вытеснили традиционные варианты, уступив более удобным манипуляторам с радиопередатчиком. А корнями исследования уходят еще в середину 19 – начало 20 века, когда Майкл Фарадей и Никола Тесла экспериментировали с беспроводной передачей электроэнергии.
Чтобы понять, как работает беспроводная зарядка для телефона , стоит вспомнить основы из курса школьной физики. Наиболее перспективной и реализуемой на практике оказалась передача методом электромагнитной индукции (ЭМИ). В ее основе лежат явления электромагнетизма: когда через проводник протекает ток, вокруг него (проводника) образуется электромагнитное поле. Если в него попадает другой проводник, то он подвергается воздействию этого поля и в нем тоже возникает ток. Правильная конфигурация (с использованием катушек индуктивности) позволяет сосредоточить относительно мощное электромагнитное излучение на малой площади.
Беспроводная зарядка, как правило, представляет собой док-станцию, подключаемую в USB-порт или розетку, к обычной зарядке. В ней внутри находятся многовитковая катушка, преобразователь питания и управляющая электроника. Совместимые смартфоны, в свою очередь, имеют внутри такую же катушку, только намотанную из более тонкой проволоки. Если расположить смартфон на площадке док-станции – катушки начинают взаимодействовать, а энергия в виде электромагнитного излучения передается от подставки к смартфону. От приемника ток передается на контакты аккумулятора, пополняя его заряд.
Стандарты беспроводных зарядок
Чтобы правильно выбрать док-станцию, недостаточно знать,
как работает беспроводная зарядка для телефона
. Нужно также учитывать, что существуют разные стандарты, используемые производителями. Первые смартфоны с поддержкой беспроводной зарядки появились еще в 2008 году. Пионером в отрасли стала компания Palm (интересно, помнит ли еще кто-то такую?). Но ее разработки как-то не получили должного распространения. В дальнейшем на рынке сформировалось два консорциума, занятых совершенствованием технологий беспроводной передачи энергии. WPC (Wireless Power Consortium), созданный в 2008, занимается продвижением стандарта Qi («Ци» — энергия, термин из китайской философии). Именно он получил максимальное распространение.
Конкурирующей организацией является PMA (Power Matters Alliance), развивающая альтернативу. Как ни странно, но в ее состав входят многие компании, также поддерживающие Qi. Поэтому многие смартфоны могут, помимо Qi, поддерживать и стандарт PMA. Среди таких устройств можно выделить флагманы Samsung Galaxy S5 (не все версии), S6 и S6 Edge, Galaxy S7 и S7 Edge. Хотя это – далеко не полный перечень совместимых с обоими стандартами смартфонов.
Со стандартом Qi совместимо большее количество девайсов. Среди них – не только флагманы Samsung, но также топовые Nokia и Microsoft Lumia, Motorola, Sharp, Google Nexus, LG, Fujitsu и другие. Чтобы узнать, какой стандарт поддерживается вашим смартфоном, рекомендуется ознакомиться с техническими характеристиками в инструкции или на сайте производителя. Нужно, чтобы и док-станция для беспроводной зарядки, и телефон, соответствовали одной технологии (Qi или PMA).
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.
Что делать, если смартфон не поддерживает беспроводную зарядку
Отсутствие поддержки беспроводной зарядки вовсе не ставит крест на возможности зарядить телефон без кабеля. Сторонние производители разработали специальные аксессуары, предназначенные для этой цели. Они делятся на две категории.
Пластины
Ресиверы-пластины для беспроводной зарядки представляют собой тонкую пластиковую карточку, внутри которой расположена катушка индуктивности. С помощью тонкого контактного шлейфа она подключается к служебным контактам или аккумулятору и аккуратно укладывается под крышку. Малая толщина позволяет свободно поместиться в узкий зазор. Такие пластины-приемники практически не утяжеляют смартфон и не влияют на его внешний вид. Существенным ограничением является только совместимость с узким кругом моделей со съемной крышкой. В противном случае придется разбирать устройство и колдовать с паяльником.
Чехлы
Владельцы смартфонов iPhone тоже хотят попробовать беспроводную зарядку. Но яблочные смартфоны никогда не имели съемной крышки. Батарея у них запрятана глубоко внутри, места там мало и просто так к ней не пробраться. Выходом из ситуации становятся специальные чехлы. В их задней части внутри расположена такая же пластина, только контакты от нее подводятся не к батарее, а в разъем Lightning. Для этого в нижней части чехла установлен соответствующий штекер. Минусами подобного решения являются увеличение размеров смартфона, а также не самая низкая цена на красивые чехлы с беспроводной зарядкой Qi.
Компромиссным решением является пластина Qi, подключаемая к разъему Lightning, но лишенная своего корпуса. Благодаря малой толщине ее можно положить под любой чехол , не ограничивая себя в выборе. Для смартфонов на Android , корпус которых неразборный, также есть аналоги с разъемом MicroUSB или USB Type C.
Современные технологии, особенно в сфере электроники, развиваются очень быстро.
То, что казалось ещё несколько лет назад чем-то фантастическим, в наше время приобретает весьма реальные очертания. Известная мебельная компания IKEA уже примерно год продаёт мебель, в которой есть встроенные панели для подзарядки телефона. С каждым днём беспроводная передача электричества становится всё реальнее и всё проще в использовании. И всё больше людей желают иметь беспроводное зарядное устройство, так как оно способно значительно облегчить процесс зарядки смартфона.
Что представляет собой технология передачи электричества по воздуху?
На данный момент существует довольно большое количество различных , которые позволяют передавать электричество по воздуху. Для выполнения этой операции может использоваться лазер, звуковая волна, а также многие другие физические явления. Несмотря на такое большое разнообразие способов передачи электричества через воздух, пока существует только одна технология, которая используется в коммерческих целях. Эта технология основывается на исследованиях Теслы и Фарадея, которые работали в направлении передачи электричества по воздуху посредством электромагнитной индукции.
Именно благодаря усовершенствованию их разработок и идей сегодня может работать беспроводная зарядка для телефона и многие другие приспособления, которые используют в своей работе электричество, передаваемое по воздуху.
Как и в любой другой сфере, в передаче по воздуху существуют свои стандарты. Самым распространённым стандартом этой технологии является стандарт, который уже в течение 7 лет разрабатывается компанией Wireless Power Consortium. Сам стандарт принято называть китайским словом “Qi”, если же попытаться произнести его на английском языке, это будет звучать примерно как “chee”, что касается русского языка, то наиболее правильным вариантом произношения будет “Ци”.
Данный стандарт хорош тем, что его поддержка осуществляется практически всеми современными производителями смартфонов, за исключением редких случаев. Уже сейчас многие аэропорты, рестораны, вокзалы и другие подобные заведения оборудованы специальными зарядными станциями, которые позволяют каждому желающему зарядить свой смартфон. Это больше касается развитых стран, однако, как известно, современные технологии стремительно покоряют весь мир, и поэтому уже скоро такие зарядные станции можно будет встретить даже в самых отдалённых уголках планеты.
Новая мебель от ИКЕА является ярким примером того, как активно внедряется эта технология. Мебель содержит в себе специальные панели, позволяющие очень быстро заряжать посредством технологии передачи электричества по воздуху. Приобретение такой мебели может значительно облегчить зарядку телефона для каждого человека. Беспроводная зарядка qi активно шагает по миру, от неё даже не смогла отказаться Apple, которая, как известно, всегда предпочитает находиться в стороне и предлагать своим клиентам только уникальный и ни на что непохожий продукт.
Как работает беспроводная зарядка? Наверняка этот вопрос интересует многих людей, следует заметить, принцип её работы на первый взгляд довольно прост и понятен. Зарядка по стандарту WPC подразумевает наличие как в самом смартфоне, так и в зарядной станции, специальных индукционных катушек. У каждой из этих катушек есть своя роль: одна из них должна выступать в качестве приёмника, другая же используется в качестве передатчика беспроводного электричества. В том случае, если зарядную станцию подключить к сети, в ней возникнет определённое напряжение, а в радиусе действия катушки, которая занимается передачей электричества, появится магнитное поле. В случае попадания смартфона в образовавшееся таким образом магнитное поле, он получает из него необходимую ему энергию посредством преобразования электромагнитных волн в его катушке-приёмнике в электричество.
Благодаря беспроводной зарядке, нет надобности присоединять специальный кабель к смартфону
Стандарт WPC допускает расстояние между беспроводным зарядным устройством и самим смартофоном не более 3-5 см. Таким образом, можно сказать, следует класть телефон на зарядное устройство, в этом случае КПД такой зарядки будет составлять 75-80%, что немного меньше, чем КПД проводной зарядки. Поэтому, если вам необходима, например, хорошая беспроводная зарядка для айфона, будьте готовы к тому, что вам всегда придётся класть смартфон в специальное место, где он сможет довольно быстро подзарядиться.
Преимущества и недостатки беспроводной зарядки
Для рядового пользователя единственным и самым главным преимуществом, позволяющим использовать беспроводное зарядное устройство для телефона, является то, что нет надобности присоединять специальный кабель к смартфону. Несмотря на то, что такой тип зарядки мобильного устройства именуется беспроводным, в любом случае от провода не избавиться, так как само зарядное устройство присоединяться к розетке.
Что касается недостатков, то нужно помнить о том, что такие зарядки обычно стоят дороже кабельных, также зарядка смартфона при помощи них выполняется дольше примерно в 2-3 раза. Однако как новая и интересная технология, а также как решение в некоторых необычных случаях (например, автомобильная беспроводная зарядка), данный метод подзарядки смартфона может быть очень интересным и практичным решением.
Зарядка смартфона при помощи беспроводной зарядки выполняется дольше примерно в 2-3 раза
Вредна ли для здоровья беспроводная зарядка?
Каждый раз, когда появляется та или иная новая технология, всё большее количество людей интересуется, насколько вредной она является для здоровья. Следует отметить, что вокруг новых технологий ходит огромное количество мифов, даже в наше время существует немало людей, которые верят в то, что мобильные телефоны способны нести огромный вред, а компьютер так и вообще убивает каждый день по 10 человек. На самом деле это мифы, которые не имеют под собой никаких реальных основ. И это можно доказать с точки зрения элементарной логики, так как если бы это было на самом деле так, на нашей планете уже давно бы никто не жил, наверное. А так как людей с каждым днём становится всё больше, и они используют электронику всё чаще в своей повседневной жизни, её вред явно преувеличен.
Однако каждое электронное устройство в той или иной мере влияет на наш организм, это касается и беспроводного зарядного устройства. Давайте попробуем разобраться в том, насколько это влияние может быть сильным.
Беспроводная зарядка никак не повредит вашему здоровью
Следует заметить, что большинство производителей смартфонов говорят о том, что стандарт WPC не несёт никакой опасности для здоровья. Примерно то же самое говорит и сам разработчик стандарта — компания Wireless Power Consortium. К ним активно присоединяются производители зубных электрощёток и электробритв, которые используют схожие принципы подзарядки в своих устройствах.
Такие мнения выглядят весьма убедительными, давайте же попробуем порассуждать на ту тему. Электромагнитные волны, которые активно используются в устройстве беспроводной подзарядки, находятся в спектре неионизирующего излучения. Неионизирующее излучение характеризуется куда более низкой частотой волны, чем, например, опасное рентгеновское излучение. Неионизирующее излучение в целом считается полностью безопасным и используется во многих современных устройствах. Такое излучение используется для передачи сигнала вай-фай, также оно используется для мобильной связи и во многих других случаях. Таким образом, через человека каждый день проходит огромное количество волн данного спектра, даже если он не пользуется электронными устройствами. Более того, через человека они проходили практически всегда, так как Солнце излучает каждый день довольно большое количество именно таких волн.
Именно поэтому чётких доказательств вреда здоровью со стороны WPC найти пока не удалось, да и, как показывает практика, если человек начинает использовать беспроводное зарядное устройство, он не падает в обморок на следующий день, и его здоровье со временем не ухудшается. Поэтому можете смело начинать использовать такие устройства, беспроводная зарядка для айфона 6 никак не повредит вашему здоровью.
Современные устройства, поддерживающие беспроводную зарядку Qi
Как уже говорилось выше, практически все современные смартфоны поддерживают стандарт WPC. Также этот стандарт поддерживают и некоторые другие устройства, если вы хотите знать подробности и конкретику по этому вопросу, то найти список всех устройств, которые поддерживают данный стандарт всегда можно на официальном сайте компании Wireless Power Consortium.
Не стоит забывать: чтобы произвести беспроводную зарядку того или иного устройства, обязательно следует иметь как приёмник энергии (само устройство с поддержкой стандарта WPC), так и передатчик энергии. Большинство современных телефонов уже обладают специальными зарядными модулями, которые и являются приёмниками энергии, поэтому, единственное, что требуется от пользователя такого устройства, это подобрать качественную беспроводную панель, которая и является передатчиком энергии в устройство.
Практически все современные смартфоны поддерживают стандарт WPC
В том случае, если тот или иной телефон или другое носимое устройство не поддерживают стандарт WPC, то с этим можно очень легко справиться. Самым простым решением в этом случае может быть покупка специальной насадки или чехла, которые содержат в себе зарядный модуль. Такой зарядный модуль может быть подключён к любому телефону при помощи обычного зарядочного разъёма. Например, это может быть необходимо в том случае, если вас интересует беспроводная зарядка для iphone или же ещё для какого-нибудь устройства, которое не поддерживает стандарт WPC.
Самые популярные беспроводные зарядки
На данный момент существует довольно большое количество беспроводных зарядных устройств, производящихся различными компаниями. Давайте вкратце посмотрим, какие же зарядные устройства на данный момент пользуются большей популярностью среди владельцев смартфонов и других носимых устройств.
Samsung Wireless Charging Pad заряжает смартфон практически вне зависимости от его положения на самой панели
Одно из последних изобретений компании Самсунг. Эта практически универсальная беспроводная зарядка получила популярность благодаря тому, что заряжает смартфон практически вне зависимости от его положения на самой панели. Следует отметить, что данное устройство способно поддерживать не только стандарт WPC, но и некоторые другие, менее популярные стандарты беспроводной зарядки, например, такие как AW4P и PMA. Таким образом, если даже ваш конкретный телефон не поддерживает стандарт WPC, данное зарядное устройство всё равно способно заряжать его, причём делать это без всяких дополнительных модулей и всего остального.
Данная зарядка является очень хорошим решением в целом ряде случаев, средняя стоимость такого устройства составляет примерно 50 долларов.
Если судить по отзывам на Амазоне, то это самое лучше беспроводное зарядное устройство, которое обладает целым рядом преимуществ и при этом имеет очень низкую цену. Из особенностей данного устройства можно отметить идущий в комплекте USB-провод, который позволяет подключать зарядку к ноутбуку. Средняя стоимость этого зарядного устройства составляет примерно 10-15 долларов. При этом модель отличается очень высокой надёжностью и может служить довольно длительный срок. Смартфоны с беспроводной зарядкой, которые будут использовать данное устройство для подзарядки, будут заряжаться довольно быстро и не испытывать при этом никаких проблем.
PowerBot — самое лучше беспроводное зарядное устройство, которое обладает целым рядом преимуществ и при этом имеет очень низкую цену
Пока что смартфоны и другие устройства фирмы Apple не поддерживают многие беспроводные технологии. Поэтому для того, чтобы беспроводная зарядка для iphone 5s была возможна, необходимо использовать всевозможные дополнительные приспособления, такие как чехлы и различные разъёмы. Одним из самых интересных решений в этом случае может быть карта-приёмник iQi, которую можно спрятать под любым обычным чехлом для смартфона.
Данное решение позволяет в полной мере справиться с проблемой отсутствия поддержки беспроводной зарядки у техники Apple. Стоит такая карта довольно недорого, обычно её цена составляет около 35 долларов, при этом она демонстрируют очень хорошую, долгую и надёжную работу. Поэтому если вы обладатель техники Apple, такая карта может очень пригодиться вам.
Nokia DT-910 позволяет весьма быстро заряжать смартфоны
Данное беспроводное зарядное устройство пользуется немалой популярностью. Оно обладает весьма доступной ценой, при этом позволяет весьма быстро заряжать смартфоны. Помимо всех своих преимуществ беспроводная зарядка nokia, также обладает целым рядом дополнительных функций, которые делает её работу ещё лучше и качественнее. Поэтому данный вариант (с учётом всех его сильных сторон) может быть как никогда кстати в целом ряде случаев.
Использовать или не использовать беспроводное зарядное устройство, решать, конечно же, вам. Некоторые считают, что делать это надо, так как данный тип зарядки смартфона является более удобным, и вообще, за этим — будущее. Такое мнение вполне разумно, так как по всем прогнозам, уже в ближайшее время должны появиться мощные заряжающие беспроводные станции, которые способны заряжать не только смартфон, но и практически все другие устройства в доме, при этом не будет надобности класть то или иное устройство на специальную панель, так как зарядка сама будет заряжать всё в определённом, довольно большом радиусе.
Если такие технологии появятся уже в ближайшее время, то многие современные беспроводные зарядные устройства, такие, например, как беспроводная зарядка note 4, могут очень быстро уйти в прошлое, так как появится куда более универсальное решение.
iQi Wireless Charging Receiver демонстрируют очень хорошую, долгую и надёжную работу
Также следует отметить, что сама технология беспроводного электричества не такая уже и сложная, как может показаться. Именно поэтому многим людям по силам беспроводная зарядка своими руками, так как весьма интересно, сделать самостоятельно что-то подобное. И, как показывает практика, многим людям действительно это удаётся, что позволяет и вовсе не тратиться на покупку беспроводных зарядных устройств, а изготовить всё полностью самостоятельно.
Основы работы беспроводной зарядки was last modified: Апрель 29th, 2016 by Ekaterina
Явление электромагнитной индукции наблюдалось еще до Фарадея, но великий Майкл первым нашел ему объяснение и попытался передать электрическую силу на расстояние путем индукции. В настоящее время передача электроэнергии на небольшие расстояния на повышенных частотах без проводов все более распространяется; таким образом заряжают уже автомобильные аккумуляторы обычных машин и даже тяговые батареи электромобилей. Как следствие, беспроводная зарядка своими руками – запрос, весьма востребованный любителями мастерить. Подогревает интерес к теме то, что производители беспроводных зарядных устройств цену на них назначают от души, а приемники электроэнергии с возможностью беспроводного питания стоят непропорционально дорого по сравнению с однотипными проводными собратьями.
Беспроводная зарядка для телефона очень удобна: не надо возиться с проводами и штекером, особенно на ночь глядя, когда глаза уже слипаются. Кроме того, телефоны, смартфоны и планшеты становятся все тоньше. В целом это неплохо, но разъем заряда, который должен пропускать ток до 2А, стал до того хлипким, что может сломаться от неловкого движения или выйти из строя, чуть окислятся контакты. А без проводов – просто положил аппарат (гаджет) на зарядку, он и заряжается.
В индукционном буме зарядки для гаджетов стоят особняком, уж больно горячая развернулась вокруг них полемика. Одни считают беспроводные зарядки едва ли не порождением адских сил: мол, там зашито что-то, зомбирующее пользователя на активное восприятие определенных религиозных, коммерческих или политических тенденций, а заодно губящее его здоровье. Другие наоборот, отождествляют электромагнитное поле (ЭМП) зарядки чуть ли не мистической силой Ци, гарантирующей владельцу восходящую реинкарнацию. Истина в данном случае лежит не посередине, а совсем в стороне, поэтому целью настоящей статьи является дать информацию о следующем:
- Как, будучи, что называется, ни в зуб ногой и не желая утруждаться всякими там премудростями, при покупке точно выбрать беспроводную зарядку действительно безвредную и безопасную . Сила Ци – это уже вопрос чистой веры. Ее бытие, как и любого другого еще чего-то вездесущего, всеведущего и всемогущего, доводами разума не доказуемо и не опровергаемо.
- Принцип действия и устройство зарядных устройств стандарта WPC для гаджетов.
- Как правильно заряжать аккумулятор телефона, смартфона, планшета.
- Способы передачи электроэнергии на расстояние без проводов.
- Факторы вредности и опасности, связанные с использованием беспроводных зарядных устройств.
- Возможно ли и как переделать на стандарт WPC старый мобильный телефон.
- Как сделать беспроводную зарядку своими руками в домашних условиях, пригодную для любых гаджетов стандарта WPC и совершенно безопасную, уложившись не более чем в $10 на компоненты.
Как выбрать безвредную зарядку
Эйнштейн сказал однажды: «Если ученый не способен объяснить пятилетнему ребенку, чем он занимается, то он или безумец, или шарлатан». Сила Ци силой Ци, но все действительные наши достижения основаны на объективном, не зависящем от субъекта, знании. Допустим, привезли мы к себе домой амазонского дикаря, есть там еще такие. Подвели его к телевизору и сказали: «Если ты вот эту штуку, вилку, воткнешь сюда, в розетку, и нажмешь вот тут, то вот здесь появится картинка, а отсюда пойдет звук». Если дикарь сделает все как сказано, телевизор включится, картинка появится, звук пойдет, хотя дикарь об электричестве и электронике понятия не имеет, а грозу считает расстройством пищеварения у своих богов. Так и полный, как говорится, чайник, может выбрать для своего гаджета беспроводную зарядку, которой можно пользоваться без опасений:
- Убеждаемся, что на аппарате есть значок соответствия стандарту WPC (см. ниже);
- Просим показать зарядку: там, кроме индикатора включения Power или I/O, должен быть индикатор заряда Charge или обозначенный таким же, как на гаджете, значком;
- просим включить. Power должен светиться, а Charge нет;
- Кладем на зарядку гаджет – Charge должен засветиться, а дисплей гаджета показать заряд;
- Приподнимаем гаджет не более чем на 3 см над площадкой зарядки – Charge должен погаснуть, а дисплей показать прекращение заряда.
Такой беспроводной зарядкой можно безопасно пользоваться в быту, если она расположена не ближе 1,5-2 м от мест длительного пребывания людей (кровать, рабочий стол, любимый диван перед телевизором). В детской держать включенную беспроводную зарядку нельзя, в т.ч. и описанную далее, которая может стоять постоянно включенной на тумбочке у взрослой кровати.
Что такое WPC
WPC аббревиатура от Wireless Power Consortium, это название компании, впервые выбросившей на рынок беспроводные зарядки. Технология WPC ничего нового и тем более сверхъестественного собой не представляет; составные части зарядки WPC и принцип ее действия показаны на рис. На передаче электроэнергии индукцией действует и всем знакомый трансформатор на железе. Особенность WPC в том, что рабочая частота повышена до десятков кГц или даже МГц; это позволяет разнести первичную и вторичную обмотки на некоторое расстояние и обойтись без ферромагнитного сердечника, т.к. плотность потока энергии (ППЭ) ЭМП растет с частотой; также с ростом частоты увеличиваются технические возможности сконцентрировать ЭМП в ограниченной области. Но вместе с тем с частотой растет и биологическое действие ЭМП, отчего маленькая и слабенькая беспроводная зарядка может оказаться опаснее промышленной установки индукционного нагрева.
Примечание: WPC пока стандарт, по нашему говоря, отраслевой; международными соглашениями он еще не оформлен. Поэтому техданные гаджетов с WPC, особенно альтернативных производителей, могут отличаться, чтобы заряжались от только от «своей» зарядки. Если делать беспроводную зарядку своими руками, нужно дать конструкционный запас и технологическую возможность доработать передатчик под конкретный аппарат, см. далее.
Устройства, рассчитанные на подзарядку по системе WPC, обозначаются специальным значком (поз. 1 на рис.). Он означает, что в аппарате есть приемная катушка из 25 витков и преобразователь ВЧ переменного тока в постоянный. Ряд гаджетов выпускается в исполнении с WPC или без. Тогда индукционный приемник выполняется или «внаброс» и располагается под крышкой аккумулятора(поз. 2), или модульным, поз. 3. В любом случае под приемник WPC предусматривается разъем (поз. 4), или прижимные контакты, куда и следует подключать самодельный приемник при доработке гаджета под WPC. Полярность определяется мультитестером при подключенной проводной зарядке, т.к. контакты беспроводной зарядки запараллелены с таковыми обычной.
Примечание: подключать приемник WPC непосредственно к аккумулятору ни в коем случае нельзя! В лучшем случае дорогая батарея скоро выйдет из строя, т.к. в устройстве она заряжается особым образом, см. ниже. А современные литиевые аккумуляторы большой емкости от заряда прямо на клеммы могут просто взорваться!
В некоторых гаджетах приемник WPC прячут под крышкой, для снятия которой требуется частичная разборка устройства, поз. 5. Так или иначе, но, если у вашей модели без WPC поиском в интернете обнаруживается «близнец» с беспроводной зарядкой, то и полость под приемник у вашей найдется: выпускать различные детали корпуса было бы слишком накладно. Это существенно упрощает доработку гаджета под WPC, но нужно убедиться, что данная модель выпускается и в том, и в том варианте.
О режиме заряда
Заряд батареи в любом гаджете происходит под управлением специального контроллера, который вначале определяет, насколько аккумулятор разряжен. Если более чем на 75%, то сразу подается усиленный ток быстрого (форсированного) заряда, равный примерно току 3-часового разряда, если зарядное устройство его обеспечивает. Нет – от зарядки берется ток, который она способна дать при падении напряжения на выходе до 5 В. Поэтому многие устройства от USB портов заряжаются долго, т.к. стандартный выход питания USB 5 В 350 мА.
Форсированный заряд призван устранить поляризацию электродов батареи, которая вызывает т. наз. гистерезис. Емкость «гистерезисной» батареи непрерывно падает, а ее ресурс оказывается много меньше заявленного. Быстрый заряд током меньше 3-часового полностью гистерезис не устраняет, и батарея скоро садится. Как следствие – зарядка для смартфона или планшета должна обеспечивать ток заряда более 1,5 А, т.к. в «умных» гаджетах батареи на 1800-4500 мА/ч, т.е. их 3-часовой разрядный ток составит 0,9-1,5 А.
После того, как батарея зарядится прим. до 25% емкости, ток заряда плавно снижается до величины небольшого формирующего (дозарядного) тока, пока аккумулятор на будет «накачан» прим. на 75%. Формирование батареи небольшим током позволяет избежать электродеградации электролита, также уменьшающей ресурс аккумулятора. Формирующий ток равен прим. току 12-часового разряда батареи.
Наконец, когда батарея зарядится полностью, контроллер некоторое минимально необходимое время пропускает через нее совсем крохотный ток содержания для профилактики химической деградации электролита, и только тогда подает сигнал об окончании заряда. Поэтому держать гаджет с исправным и правильно выполненным контроллером побольше времени на заряде ничуть не вредно, наоборот. У автора есть старый телефон Motorola W220. Ради опыта он все время на заряде, кроме как когда с ним нужно выходить из дому. За более чем 10 лет пользования батарея заметно емкости не потеряла: прописанные в паспорте телефона 4 суток «спячки» и 4 часа непрерывного разговора не уменьшились. А другим пользователям той же модели пришлось уже менять полностью истощившийся аккумулятор.
Индукция или излучение?
Индукция
Передача электрической мощности на расстояние происходит посредством электромагнитного поля (ЭМП), в котором запасена определенная энергия. Для индукционной передачи энергии необходим, кроме передатчика, еще и приемник, не обязательно электронный. Им может быть, напр., алюминиевая кастрюля, в металле которой ЭМП передатчика наводит вихревые токи Фуко, греющие посуду. Наведенные в приемнике токи создают свое ЭПМ, взаимодействующее с ЭМП передатчика. В результате образуется общее ЭМП между передатчиком и приемником, которое и передает мощность от первого к последнему. Отсюда первая характерная особенность индукционной передачи энергии – влияние приемника на режим работы передатчика, т. наз. реакция источника на нагрузку.
Примечание: ЭМП при индукционном способе передачи энергии особенно сильно концентрируется у системы источник-приемник при наличии там ферромагнитных материалов. Пример – электрический трансформатор на железе или, повышенной частоты, на ферритовом сердечнике.
Передачу мощности индукцией целесообразно вести на частотах пониже, т.к. ЭМП высокой частоты (ВЧ) не проникает вглубь проводников, это т.наз. поверхностный эффект или скин-эффект, и с увеличением частоту растут потери энергии на излучение. Плотность потока энергии ЭМП (ППЭ ЭМП) на низких частотах невелика, т.к. энергия ЭМП в заданном объеме от источника определенной интенсивности зависит от частоты.
Первое отличие передачи мощности излучением от индукционной – ЭМП «отрывается», «уходит» от источника, теряя связь с ним, т.е. излучается. Если, к примеру, дать импульс боевым лазером в космос, а затем выключить или уничтожить источник, то пакет колебаний ЭМП будет нестись и нестись в мировом пространстве, пока не наткнется на преграду и не будет поглощен ею или не рассеется в среде распространения. Следствие – при передаче мощности излучением реакция источника на приемник отсутствует. Следствие второго порядка – также отсутствует способность ЭМП самопроизвольно концентрироваться, т.к. излучение само по себе стремится «расползтись» в стороны; чтобы собрать его в заданной области, нужны специальные конструктивно-технические меры. В отличие от индукционного способа наличие ферромагнетиков в зоне действия передатчика уменьшает коэффициент передачи мощности, т.к. ферромагнетики «тянут» к себе ЭМП, которое должно попасть в приемник.
Эффективность передачи энергии излучением ЭМП зависит от частоты его колебаний, т.к. подкачки поля передатчиком «по требованию» нет. Что «закачано» в излученный пакет, то там и будет. Добавить энергии потребителю возможно, только продолжив излучение. Другая особенность – наиболее эффективно примет в себя поток мощности ЭМП материал не проводящий, а наоборот, поглощающий энергию ЭМП; эти свойства используются в микроволновых печах. Поглотителем энергии ЭМП способен быть и длинный изолированный проводник определенной конфигурации (напр., скрученный в спираль), представляющий собой в таком случае приемную антенну.
То и другое
Ради удовлетворения требований минимальных массогабаритов и отсутствия посторонних ферромагнетиков вблизи радиотракта гаджета разработчикам WPC пришлось увеличить рабочую частоту системы; ведь и в планшетах стоят приемопередатчики для работы в среде Wi-Fi. В результате WPC обрела способность работать как на индукции, так и излучением. Эта особенность позволяет в принципе увеличить дальность действия WPC до нескольких метров, чем и пользуются некоторые любители. Подобные энтузиасты, видимо, или вовсе не знают о биологическом действии ЭМП, или сознательно такие сведения игнорируют.
Сказать в данном случае «проблемы индейцев – это проблемы индейцев» нельзя, т.к. «индейцами» могут оказаться посторонние, несведущие и непричастные люди, напр., соседи за стеной или собственные дети. Прежде чем браться за изготовление беспроводной зарядки своими руками, нужно разобраться, в каких обстоятельствах она будет вредной или опасной и как этого избежать.
Однако вполне определенный промежуточный вывод можно сделать уже – беспроводную зарядку нужно выбирать при покупке (см. выше) или делать только индукционную и самопроизвольно, без дополнительной автоматики, переходящую без приемника на зарядной площадке в дежурный режим с мощностью генератора, сниженной до безопасного уровня. Оно, конечно, вовсе удобно, когда телефон валяется где попало в комнате и все равно заряжается, но здоровье – сами понимаете.
Примечание: делать зарядку с генератором, выключающимся без телефона на заряде, смысла нет. Ведь тогда для зарядки гаджета ее придется включать, что сводит удобство беспроводного заряда практически на нет. Беспроводную зарядку нужно делать с очень резкой, как говорят, острой, реакцией генератора на приемник. Также нет смысла встраивать в зарядку механический или оптодатчик наличия гаджета, он может сработать от чего-то на него похожего, но не вынуждающего генератор уменьшать мощность.
Факторы вредности и опасности
Действие ЭМП на живые организмы также зависит от частоты его колебаний. В общем оно с частотой монотонно возрастает прим. до 120-150 МГц, а затем наблюдаются всплески и провалы. В одном из них, приходящемся на видимый свет, мы приспособились жить в ходе эволюции; в одном из других около 2900 МГц работают микроволновки. Но микроволновый провал биоактивности ЭМП неглубокий, иначе оно не поглотится продуктами, лишь бы технически было возможно и не очень сложно заэкранировать печь от излучения ЭМП наружу. Поэтому, если вы соберетесь делать ремонт микроволновки своими руками, нужно точно знать, как она устроена, работает, что там можно, что допустимо делать и чего нельзя, чтобы СВЧ не просифонило наружу, и знать, как определить в домашних условиях, не сифонит ли микроволновая печь. Но вернемся к теме.
С частотой растет также ППЭ ЭМП, поэтому нормы его уровня привязаны к ППЭ. Кроме того, индивидуальная чувствительность к ППЭ ЭМП колеблется в очень широких пределах, прим. в 1000 раз. В странах с откровенно-жлобским трудовым и социальным законодательством приняты допустимые уровни ППЭ до чудовищных величин вплоть до 1 (Вт*с)/кв. м. Подход в данном случае: при найме ты был предупрежден? Допмедстраховку тебе оплачивают? Повышенную за вредность пенсию через 10 (15, 20) лет гарантируют? Остальное – проблемы индейцев.
В ППЭ такого уровня человек непосредственно ощущает действие ЭМП: тяжесть в голове, нежное тепло, идущее из глубины тела. Нежное, но чрезвычайно опасное: это свидетельство начавшегося плазмолиза клеток, отчего они могут претерпеть злокачественное перерождение. «Аппарат на полшестого» еще на самое страшное последствие «подхвата зайчика» ППЭ ЭМП.
В СССР действовала другая крайность – 1 (мкВт*с)/кв. м, т.е. в миллион раз меньше. Воздействие такого ППЭ на самого чувствительного субъекта не скажется ни немедленно, ни в отдаленной перспективе. Каждый гражданин, точнее, подданный, «совдепии» фактически был собственностью государства, но оно же и гарантировало ему жизнь, здоровье и безопасность. По крайней мере, формально.
Рыночной экономике такая перестраховка окажется непосильной, да в теперешнем засоренном эфире и технически вряд ли осуществимой. Поэтому общепринятая норма уровня ППЭ ЭМП на сегодня промежуточная – 1 (мВт*с)/кв. м. Такой ППЭ, влияющий постоянно и долго, непременно даст отдаленные последствия, но регулярное нахождение в нем не более определенного времени в сутки среднему человеку безвредно и безопасно. Чрезмерно чувствительные отсеиваются медосвидетельствованием при найме, а последствия случайных отклонений уже возможно компенсировать, не перенапрягая соцфонды. Тоже, конечно, жлобский подход, рак на пенсии лечить вместо отдыха удовольствие не великое, но хотя бы в пределах разумного. Поэтому мы будем считать беспроводную зарядку потенциально опасной, если она в радиусе прикосновения (ок. 0,5 м) создает ППЭ ЭМП 1 (мВт*с)/кв. м и более.
Расчет безопасности
Поверим рекламе и купим «супер-пупер» зарядку с питанием от USB (потребляемая мощность – 1,75 Вт), действующую в радиусе 20 см (0,2 м). КПД блогинг-генератора (см. далее) такой мощности на полевом транзисторе ок. 0,8; в эфир без гаджета, лежащего на площадке, уйдет 1,4 Вт. Площадь сферы радиусом 0,2 м – 0,0335 кв. м. ППЭ на ней составит 2,8/0,0335 =41,8 (Вт*с)/кв. м(!). Величина ППЭ обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. На каком же в данном случае она упадет до допустимой 1 (мВт*с)/кв. м? Расчет элементарен: берем корень квадратный из отношения реальной ППЭ к допустимой, и умножаем результат на начальный радиус 0,2 м, т.е. делим на 5; получим… 20,4 м! Вот чего стоят уверения производителей в безопасности изделий. Заодно с силой Ци.
Оговорка выше насчет гаджета на площадке не случайна. В таком случае заряд на частотах, длины волн которых много больше зазора между излучателем и аппаратом, будет индукционным, если приемник для него пригоден. Приемная катушка гаджета как индукционный приемник пригодна однозначно. Зазор в 3 см (см. выше) даст частоту 10 ГГц, которую генератор точно не способен выработать; реально зазор еще меньше. Так что предварительный вывод подтвержден: наша зарядка должна быть только и только индукционной. ППЭ ЭМП в зазоре между индуктором и аппаратом тогда будет еще в разы больше, но это уже не опасно, т.к. ЭМП само собой стянется к приемной катушке, диаметр которой ок. 5 см. На расстоянии от нее втрое большем (точнее, в e раз, e=2,718281828…) наличие ЭМП может быть зафиксировано уже только чувствительным детектором, но расчетом «на пальцах» тут не обойдешься, для вывода нужно использовать средства математической физики.
Примечание: «идти на беспредел» по уверениям в безопасности производителям беспроводных зарядок дает возможность то, что стандарт WPC не международный. Можно ссылаться на нормы ППЭ страны, где идет производство. Или той, где фирма зарегистрирована, а там нормирования ППЭ может вовсе не быть, остались еще кое-где такие гособоразования.
Об автозарядках
Из расчета выше следует, что беспроводные автомобильные зарядки опасны однозначно: их радиус действия доходит до 1 м. Этих бы маркетологов в такой ППЭ пожизненно… или хотя бы то тех пор, пока не ощутят у себя «аппарат на полшестого»… В оправдание приводится относительная кратковременность воздействия и необходимость уберечь от повреждения дорогой гаджет из-за того, что он на шнурке под прикуривателем болтается. Но не умнее было бы просто удлинить шнур, чтобы гаджет мог лежать в в бардачке или другом удобном месте? Вести машину с телефоном в руке все равно рискованно, а кое-где за это могут и штрафануть не слабо.
Если гаджет без WPC
Обязательных требований к приемной катушке WPC всего 2: количество витков 25 и диаметр провода, рассчитанный на ток от 0,35 А с учетом скин-эффекта на частоте до 30 МГц. Практически – от 0,35 мм по меди (без изоляции). Толще, когда свободного места в корпусе хватает, только лучше будет. Конфигурация – любая по месту расположения. Особой аккуратности изготовления не требуется (поз. 1 на рис.), но нужно, чтобы отношение наибольшего поперечного размера к наименьшему не превышало 1,5, иначе КПД приемника упадет и заряд затянется.
Если зарядка делается для старого толстенького телефона или для планшета без WPC, катушка размещается в корпусе гаджета. Небольшой изгиб по месту (поз. 2) на свойства приемника не повлияет. Вдруг внутри места мало (нужно ведь еще куда-то приткнуть электронные компоненты приемника), придется делать плоскую катушку «как фирменная», поз. 4. Укладывать провод в плоскую спираль удобно на скотче, уложенном на подложку клеящей стороной вверх. Чтобы липучка на заворачивалась и не ползла, ее по краям фиксируют полосками того же скотча, наложенными клеем вниз. На скотч налепляют круглую бобышку диаметром ок. 1 см и укладывают вокруг нее витки, придавливая провод к липучке. Когда уложено витков сколько надо, бобышку отлепляют, готовую катушку прокапывают для фиксации витков суперклеем или нитролаком, поз. 3, и снимают вместе со скотчем; его излишки обрезаются.
Делаем зарядку
Генераторы самодельных беспроводных зарядок и частично фабричных собираются по схеме блокинг-генератора, или просто блокинга, см. рис.:
Мы будем делать зарядку с автогенератором гармонических колебаний по допотопной схеме со слабой индуктивной связью. Она вышла из употребления в промышленной аппаратуре еще в 20-х годах прошлого века, как только были придуманы генераторы на трехточках, индуктивной и емкостной, как раз из-за очень острой реакции на нагрузку, но нам-то этого и надо! А прочие недостатки генератора со слабой связью или устраняются современной элементной базой и схемотехникой, или не фатальны. Так, в начале форсированного заряда потребляемая мощность достигает 25 Вт, так что нужен отдельный источник питания. Но средняя долговременная постоянно включенной при еженощном заряде планшета с батареей на 3500 мА/ч не превышает 8 Вт, и за месяц такая зарядка «намотает» аж 5,75 кВт/ч.
Но прежде всего займемся передающей катушкой, т.к. данная схема чувствительна также к параметрам и качеству частотозадающих узлов. Для наладки генератора (безопасность чего-то стоит, ничего не поделаешь) придется также наспех делать приемную катушку, см. выше. Пользоваться зарядкой по назначению можно только, когда генератор налажен, зато потом она работает стабильнее и безопаснее для гаджета, чем зарядка на блокинге. Поэтому с такой зарядкой можно использовать любые гаджеты: она рассчитана на 2 ампера зарядного тока и более. Но старый телефон с батареей на 450 мА/ч возьмет от нее не больше, чем «пропишет» контроллер вследствие той же острой реакции на нагрузку.
Передающая катушка
Чертежи катушек генератора со слабой индуктивной связью даны на рис. ниже.:
Слева – контурная L2 (см. далее); справа – катушка обратной связи L3 (в середине) и катушка цепи индикации заряда L1. Вытравливаются они на пластине из 2-стороннего фольгированного стеклотекстолита 100х100 мм толщиной 1,5 мм по т. наз. лазерно-утюжной технологии ЛУТ. Ничего сложного в ней нет, придумка и название любительские. ЛУТ позволяет в домашних условиях делать печатные платы не хуже фирменных, таблички с надписями, контурные рисунки, узорные панно и т.п., см. видео ниже:
Видео: лазерно-утюжная технология
В дополнение к нему можно сказать, что заготовку для ЛУТ лучше всего зачищать обычным школьным ластиком. Затем ошметки с меди смываются ватным тампоном или белой чистой х/б ветошью, обильно смоченной 96% спиртом или нитрорастворителем, и тут же, пока поверхность влажная, протираются насухо микрофибровой салфеткой для чистки стекол очков. На подготовленную таким образом поверхность прочно ложится тонер любого лазерного принтера и даже струйного с шаблона на подходящей (держащей, но не впитывающей чернила) основе.
Примечание: не смущайтесь шириной дорожек на чертеже (0,75 мм у контурной катушки). Допустимая плотность тока в пленочном проводнике на подложке в разы больше, чем в круглом проводе, а скин-эффект слабее. Так, дорожка на печатной плате шириной 10 мм и толщиной 0,05 мм без проблем держит ток в 20 А, и это далеко не предел. Дорожки катушки обратной связи двойной ширины нужны, т.к. в процессе наладки понадобится перепаивать отвод на ней. Вообще же ЛУТ позволяет получать дорожки шириной до 0,15-0,2 мм.
Схемотехника
Схема беспроводного зарядного устройства на генераторе с индуктивной связью дана на рис: слева передатчик; справа приемник. Особенности ее, во-первых, мощный активный элемент VT3. Им может быть только усилительный полевой транзистор. У генератора на биполярном транзисторе будет низкий КПД, а мощные полевые ключи серий IRF, IRFZ, IRL из компьютерных БП или систем электронного зажигания в активном режиме не работают.
Второе – цепь автосмещения VD3 C3. У мощных усилительных полевиков начальный ток стока может достигать 100-200 мА и более. Без запирающего потенциала на затвор генератор возможно будет настроить только на мощность или дежурный режим, но не на то и другое, причем ППЭ от индуктора в радиусе прикосновения наверняка превзойдет допустимую величину. Но формировать автосмещение включением резистора в цепь истока, как в цепь катода в ламповых усилителях, тоже нельзя: генератор не выйдет на полную мощность, т.к. с нарастанием тока истока будет расти по абсолютной величине и смещение. Поэтому цепь смещения выполнена нелинейной на диодах: на малых мощностях оно увеличивается сообразно току истока, что обеспечивает мягкий запуск генератора и его безопасность для любых гаджетов, а когда диоды войдут в насыщение, смещение становится близким к фиксированному и позволит генератору «раскачаться на полную». Цепь смещения подбирается в процессе наладки из мощных выпрямительных диффузионных ВЧ диодов (структура PiN, КД213, КД2997) и диодов Шоттки (структура SMD) на ток от 6 А. Напряжение насыщения первых в диапазоне токов 0,7-5 А меняется в пределах 1-1,4 В; вторых – 0,4-0,6 В.
Элементы R1, VD1, VT1, VT2, C1, R2, VD2 и L1 составляют схему индикации заряда. Если коэффициент передачи тока β VT1 более 80, то VT2 исключается, а движок R2 подключают к базе VT1. Конденсатор С3 обязательно пленочный; Еще лучше – старый бумажный, т.к. на нем рассеивается существенная реактивная мощность.
Приемник данной зарядки также имеет особенности. Первая – двухполупериодное выпрямление принятого тока, т.к. колебания гармонические. Применению данного устройства для заряда гаджетов со встроенной WPC это не препятствует, т.к. в них принятый ток выпрямляется тоже диодным мостом для лучшего использования излучения индуктора. Вторая – параллельно накопительному электролитическому конденсатору C4 подключен керамический C5. У «электролитов» большая собственная индуктивность и значительный тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, что за рабочих частотах уменьшает КПД заряда. Шунтирование «электролита» «керамикой» уменьшает время заряда прим. на 7%. Для планшета с батареей на 3500 мА/ч это составит ок. получаса. Согласитесь, иногда существенно.
Наконец, диод VD8. Он защищает контроллер заряда гаджета, если его уложат на индуктор подключенным к проводной зарядке. Мало ли что в голову взбредет. Может, кому-то покажется, что от двойной подпитки аппарат зарядится быстрее. Контроллер заряда все равно не пустит в батарею ток больше положенного, но сам такого издевательства может не выдержать. Если подобная ситуация исключена, то и VD8 исключается; тогда VD7 нужен на напряжение 5,6 В. Его рабочий ток указан с большим запасом, т.к. максимальный ток заряда через него никогда не проходит вследствие острой реакции на нагрузку генератора. Практически – ставьте любой маломощный из хлама на нужное напряжение. Держит – ну и пусть держит. Греется – ставим помощнее и подороже; в котроллере заряда есть и собственная защита от перенапряжения.
Примечание: без VD7 выпрямленное напряжение будет максимально допустимым в WPC 7,2 В, что позволяет заряжать хитрые «альтернативные» гаджеты. Его можно уменьшить, перепаяв вывод горячего конца L2 (см. ниже) ближе к центру катушки, но не более чем на 6-7 витков.
Налаживание
Наладка генератора начинается с установки его тока покоя Iп без возбуждения. Для этого L3 отключают, а затвор VT3 соединяют с общим проводом (поз. 1 на рис.), т.е. формируют нулевое смещение. Далее, подбирая цепочку VD3, выставляют Iп в указанных пределах. Если ток стока при нулевом смещении оказался менее 50 мА, Iп можно задать 15-20 мА, генератор станет экономичнее и безопаснее. Вдруг начальный ток стока меньше 40 мА, еще лучше, тогда С3 и VD3 не нужны.
Следующий этап – фазирование обмоток. Для этого понадобится пробник из приемной катушки (см. выше) с подключенной к ней лампочкой накаливания, поз. 2. Схему генератора восстанавливают, включают, и кладут на L2 пробник. Лампочка должна загореться. Нет – меняют местами выводы L2 или L3. Фазировать катушки нужно так, чтобы на затвор VT3 пришелся горячий (дальний от центра) конец L3, поз. 3. На этом же этапе замеряют и записывают рабочий ток потребления Iр, поз. 4.
Теперь нужно выставить безопасный дежурный ток генератора Iд; излучаемая мощность в дежурном режиме упадет пропорционально квадрату отношения рабочего тока к дежурному. Iд выставляют перепайкой горячего вывода L3 в указанных на поз. 5 пределах поближе к минимальному значению. Возврат на мощность проверяют, кладя на L2 пробник. Установка Iд процедура довольно муторная. Чтобы ее не затягивать и не напаяться до отслоения дорожки, действуйте по след. инструкции:
- L3 уменьшают наполовину (поз. 6);
- Iд оказался мал, или пробник не показывает возврата на мощность – возвращаем половину отброшенных витков, поз. 7;
- Iд еще велик – отбрасываем половину от оставшейся половины L3, поз. 8;
- ситуация по п. 2 – возвращаем половину отброшенных по п. 3 витков, но не половину из всех отброшенных, поз. 9;
- при необходимости продолжаем настройку, следуя тому же алгоритму.
Таким образом, действуя методом итерации, установка Iд отнимает совсем немного времени.
Осталось настроить схему индикации заряда. Для этого собирают приемник, нагруженный на резистор такой величины, чтобы ток заряда был меньше формирующего, но больше тока содержания, поз. 10. Движок R2 ставят в нижнее положение, приемник кладут на L2. Вращая движок, добиваются свечения VD1. Приемник убирают, смотрят, погас ли VD1. Нет – движок очень плавно и осторожно крутят обратно до погасания VD1.
Конструкция
Дальнейшего сокращения времени заряда и улучшения параметров безопасности устройства возможно добиться, направив поток энергии от индуктора столбом вверх, этот прием используется в некоторых фирменных беспроводных зарядках. Такие можно распознать по индуктору, обведенному кольцом, если только шибко умные альтернативщики не прилепили его просто так, для продаж.
На самом деле направленность излучения создается экранированием индуктора с тыльной стороны. Для этого генератор помещают в открытый сверху корпус из тонкой, не более 0,25 мм, жести. Если высота корпуса по эстетике безразлична, в нем же размещают источник питания генератора. В таком случае он должен быть с трансформатором промышленной частоты на железе: помехи от вплотную расположенного ИБП собьют настройку генератора.
Сталь нужна для магнитного экранирования помимо электрического, а ее малая толщина для предотвращения потерь на вихревые токи. С этой же целью в боковинах корпуса делают частые тонкие вертикальные прорези, а днище выполняют перфорированным в шахматном порядке, см. рис. Идеальный вариант – стенки и днище корпуса из мелкоячеистой стальной сетки. Крышка – любой радиопрозрачный пластик без наполнителя: стекло, акрил, стеклотекстолит, фторопаст, ПЭТ, ПЭ, полипропилен, полистирол. Вариант – бесцветный прозрачный акриловый или нитролак в 4-5 слоев, но не краска или эмаль. Внешнее оформление может быть любым. Именно с таком исполнении беспроводную зарядку для телефона, смартфона, планшета можно держать постоянно включенной на прикроватной тумбочке. Хотя в современном донельзя замусоренном эфире от любых известных источников ЭМП лучше все-таки держаться подальше.
