Наконец-то можно избавиться от проводов раз и навсегда: новое поколение мобильных устройств поддерживает технологию беспроводной зарядки QI. CHIP расскажет, как это работает.
Смартфон Nokia Lumia 920 на устройстве беспроводной зарядки стандарта QI Смартфоны, электронные ридеры, планшеты - многие из нас давно являются обладателями данных устройств. Их аккумуляторы требуют регулярной зарядки, а это дело довольно хлопотное. Во многих случаях оно является проблемой, так как большинство смартфонов разряжается за один день. Поэтому уже давно назрела необходимость в поиске решения, которое учитывает как нашу забывчивость, так и постоянную потребность мобильных устройств в электроэнергии. Идеальным было бы приспособление, при контакте с которым гаджет сразу начинал бы получать заряд. Для этого ассоциация Wireless Power Consortium, объединяющая более 100 IT-компаний, в том числе Sony и Panasonic, разработала единый стандарт беспроводных зарядных устройств. Он получил название QI (произносится как «чи»), что в переводе с китайского означает «поток энергии». Первая версия стандарта появилась в 2010 году, однако внедрение технологии осуществлялось вяло. Лишь в середине 2011 года американский провайдер Verizon начал предлагать смартфоны с поддержкой QI, в том числе и модели Galaxy от Samsung. В 2013-м ситуация изменится, чему поспособствует и появление QI-смартфонов в России: новая топовая модель Lumia 920 от Nokia имеет встроенную поддержку QI, а для Lumia 820 опционально доступна задняя крышка для беспроводной зарядки.
Быстрая подпитка для смартфонов
Согласно стандарту QI, мощность зарядного тока для мобильного устройства должна составлять не более 5 Вт. Стандартом не предусмотрен определенный метод передачи энергии, но в настоящее время реализован индукционный способ зарядки, при этом как передатчик, так и приемник оснащены катушками. В катушке передатчика, на которую подается переменный ток, возникает переменное магнитное поле. Как только катушка приемника попадает под влияние магнитного поля, в ней также возникает переменный ток. Для наиболее эффективной передачи энергии необходимо обеспечить наилучшее взаимодействие катушки-приемника с магнитным полем. При этом от диаметра катушки зависит оптимальное расстояние между передатчиком и приемником. Размер катушки передатчика, предусмотренный стандартом QI, в зависимости от конструктивных особенностей передатчика колеблется в пределах 30–80 мм. Нужное расстояние составляет приблизительно десятую часть от этого значения, то есть оба устройства должны располагаться вплотную друг к другу. При увеличении расстояния эффективность передачи энергии снижается катастрофически - с более чем 70 до нескольких процентов. К тому же для оптимальной передачи необходимо также выбрать удачное положение катушек в пространстве. Согласно стандарту QI, данную задачу станет выполнять магнитный сердечник в центре катушки-передатчика, который будет притягиваться к магниту в приемнике.
Магнитное поле как средство связи
Магнитное поле помимо энергии передает также информацию в виде битов и байтов, генерируемых с помощью фазовой модуляции поля. Связь между передатчиком и приемником устанавливается в тот момент, когда мобильное устройство, например телефон, оказывается на поверхности зарядного. Передатчик каждые 400 мс посылает импульс. Если напряжение при этом не меняется, это означает, что энергия не передается. Падение напряжения свидетельствует о наличии приемного устройства с поддержкой QI. После обнаружения последнего передатчик посылает более мощный импульс, чтобы «разбудить» приемник. Тот, в свою очередь, «договаривается» с передатчиком об условиях зарядки, то есть необходимом количестве электроэнергии, силе и частоте тока. После этого начинается фаза передачи энергии, об эффективности которой приемник сообщает передатчику каждые 32 мс, отправляя ему пакеты данных с информацией об ошибках, которые при необходимости можно исправить. После заряда аккумулятора приемник отправляет пакет «End Power Transfer» и передатчик останавливает работу.
Новая версия стандарта (1.1), появившаяся в апреле 2012 года, предусматривает использование более эффективных зарядных устройств, чем базовый стандарт. Версия 1.1 имеет хорошие шансы на успех, однако не все компании участвуют в развитии и внедрении технологии: Apple абсолютно не поддерживает QI, а Samsung и Qualcomm разрабатывают свой собственный стандарт. В следующем году Intel намерена начать выпуск ультрабуков с поддержкой беспроводных зарядных устройств. Для этого компания будет использовать не индукционный, а резонансный метод, однако пока еще неизвестно, будет ли он совместим с QI или нет.
Имеют возможность беспроводной зарядки: флагманская модель заряжается по воздуху «из коробки», а для Lumia 820 необходимо приобрести сменный корпус с возможностью беспроводной зарядки.
Миру уже были показаны устройства с беспроводной зарядкой, например зарядное устройство Touchstone для Palm Pre, Powermat для iPhone, индукционнные зарядки от Energizer. Но в отличие от этих зарядок, созданных по собственным спецификациям, а значит несовместимых с другими устройствами, мы используем стандарт Qi - единственный глобально принятый интерфейс беспроводной зарядки устройств, созданный консорциумом Wireless Power Consortium, состоящим из более чем 100 различных компаний.
Стандарт Qi создан для передачи энергии различным устройствам с помощью магнитной индукции. Технически это очень похоже на решение, которое используется для зарядки электрических зубных щеток.
Как это работает?
Простыми словами, базовая станция состоит из индукционной катушки, которая создает электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В устройстве, которое необходимо заряжать, находится похожая катушка, способная улавливать это поле, конвертируя полученную энергию в постоянный ток, использующийся для зарядки аккумулятора.
Если рассматривать процесс более детально, то в беспроводной зарядке передатчик (transmitter ) состоит из преобразователя тока (ac-dc power converter ), задающих устройств (drivers ), передающей катушки (transmit coil ), потенциального и токового считывания (voltage and current sensing ) и контроллера (controller ). Приёмник (receiver ) содержит получающую катушку (receive coil ), выпрямитель (rectification ), регулятор напряжения (voltage conditioning ) и контроллер (controller ).
Энергия передаётся от передатчика к приёмнику через взаимосвязанное магнитное поле, возникающее при течении переменного тока по катушке передатчика. Если катушка приёмника находится в непосредственной близости, значительная часть силовых линий передатчика пройдёт через катушку приёмника, создав переменный ток в приёмнике, который затем уже преобразовывается в постоянное напряжение.
Посмотреть интерактивную презентацию с детальным описанием технологии можно на сайте WPC .
- Зарядное устройство может состоять из нескольких передающих катушек, активирующихся в зависимости от положения на нём устройства, которое необходимо зарядить.
- Стандарт Qi поддерживает протокол передачи данных между зарядными и заряжаемыми устройствами на скорости 2 кбит/с. Сейчас по этому протоколу от заряжаемого устройства передаётся информация о необходимом уровне электроэнергии для полной зарядки, а также сообщения о том, что устройство зарядилось.
Энергоэффективность
Энергоэффективность беспроводных зарядных устройств Qi составляет примерно 80%. Стоит понимать, что энергетической эффективности в 100% добиться просто невозможно, у стандартных проводных зарядных устройств этот показатель составляет от 75% до 95% в лучшем случае.Безопасность
Что касается безопасности беспроводных зарядных устройств, мы можем заявить, что используем неионизирующие частоты, не оказывающие вредного физиологического воздействия. Стандарт Qi 1.1 включает в себя обнаружение посторонних объектов в поле действия зарядного устройства, обеспечивая дополнительную безопасность использования; зарядка возможна только с Qi-совместимыми устройствами. Также наши зарядные устройства и смартфоны имеют встроенные предохранительные механизмы, основанные на термоконтроле.Будущее беспроводных зарядок
После публикации маломощной (пять ватт) спецификации Qi в августе 2009 года, в 2011 году Wireless Power Consortium начал работу над расширением спецификации до средней мощности, позволяя увеличить мощность до 120 ватт. Несмотря на то, что для зарядки телефонов хватает первой спецификации, новый стандарт Qi сможет обеспечить не только зарядку смартфонов, но и, например, требующих большей мощности планшетов.Благодаря Wireless Power Consortium экосистема беспроводных зарядных устройств развивается очень быстрыми темпами. Так, мы заключили договоры с Virgin Atlantic и The Coffee Bean & Tea Leaf, где в скором времени все столы будут оборудованы встроенными зарядными устройствами: телефон будет заряжаться просто лёжа на столе, пока вы пьёте свой кофе. В России мы тоже ведём переговоры о сотрудничестве с различными бизнесами, чтобы как можно скорее внедрить такие же столы с беспроводными зарядными устройствами в их заведениях.
Помимо основного зарядного устройства -
Способ зарядки гаджетов без прямого контакта с проводами все прочнее входит в нашу жизнь.
Больше нет необходимости регулярно соединять телефон проводами с розеткой. Достаточно расположить его на специальной поверхности, и аккумулятор начнет получать электропитание.
Как работает беспроводная зарядка?
В основе беспроводных зарядных устройств лежит такое физическое явление, как магнитная индукция, которая позволяет передавать электричество на расстояние от одной индукционной катушки к другой.
Основная часть такого устройства - зарядная станция, которая представляет собой первичную катушку в пластиковом корпусе. Она подключается к электрической розетке, после чего на небольшом расстоянии вокруг нее создается электромагнитное поле. Смартфон, оснащенный вторичной катушкой-приемником, помещается на зарядную станцию и начинает получать электричество для питания аккумулятора.
Что такое Qi?
Теоретически возможность беспроводного заряда может быть реализована различными способами, поэтому характеристики зарядной станции могут различаться. Это означает, что беспроводное зарядное устройство от одного смартфона может не работать со смартфоном другого производителя.
Во избежание этого мировые производители электроники объединились в Консорциум беспроводной электромагнитной энергии и приняли единый стандарт под названием Qi. На русском языке это читается как «Ци». Именно в рамках этого стандарта производится большинство беспроводных зарядных устройств и телефонов.
Максимальная мощность беспроводных зарядок составляет 5 Вт с силой тока 1А. Этого достаточно, чтобы успешно зарядить аккумулятор смартфона. КПД таких зарядок несколько ниже, чем в тех, что работают от розеток, поэтому времени для достижения 100% заряда понадобится чуть больше.
На топовых смартфонах известных брендов, таких как Samsung и iPhone, ресивер (принимающая катушка) устанавливается на стадии производства, причем на толщину гаджетов это не влияет - они остаются тонкими.
Беспроводная зарядка своими руками
Если же изготовителем возможность беспроводной зарядки не была предусмотрена изначально, то при помощи специального адаптера можно восполнить этот пробел. В продаже есть специальные пленки с индукционной катушкой, которые выбираются в зависимости от модели смартфона. Они могут устанавливаться под его крышку. В этом случае подключение осуществляется через предусмотренные для этого контакты.
Также есть возможность расположить катушку между задней крышкой и чехлом, а специальный шлейф от нее устанавливается в разъем питания. Толщина такой пленки-приемника составляет около 2 мм, поэтому внешний гаджета практически не изменится.
По своей интенсивности электромагнитное излучение от зарядной станции ниже, если сравнивать с сотовым сигналом. По достижении 100% заряда АКБ контроллер питания отключает индукционное поле. Поэтому пользователям не стоит опасаться за свое здоровье - никакого вреда такое зарядное устройство не причинит.
Где зарядиться «по воздуху»?
Беспроводной способ подпитки аккумулятора получает все больше признания. В кинотеатрах, кафе, аэропортах появляются специальные подиумы для беспроводной зарядки. Благодаря единому стандарту на них можно подзарядить любые телефоны, поддерживающие Qi.
Производители элементов интерьера успешно инсталлируют зарядные станции в столы, кресла, настольные светильники. В новых моделях автомобилей инженеры предусмотрели специальные подиумы в приборной панели, на которых можно разместить смартфон для зарядки. Более того, теперь не нужно приобретать в машину зарядные устройства, работающие от прикуривателя, что избавляет пользователя от лишних проводов.
Было бы здорово никогда не заряжать свой смартфон, либо если бы он заряжался без какого-либо контакта, будучи подключенным к точке доступа Wi-Fi. К сожалению, сегодня ни один производитель не может вам такого пообещать, но есть способ забыть о необходимости подключения кабеля для зарядки. Речь о так называемой . Сегодня активно развивается стандарт Qi, и многие устройства уже его поддерживают. Давайте разберемся, что это и стоит ли нам этим пользоваться.
Что это?
Итак, как уже было сказано, беспроводная зарядка позволяет вам пополнить заряд аккумулятора устройства, не подключая к нему кабель питания. Тем не менее контакт для зарядки все-таки нужен, и устройство не начнет заряжаться, пока его не положат на специальную платформу или коврик для зарядки. Некоторые устройства изначально поддерживают технологию беспроводной зарядки, и необходимые элементы встроены в корпус, а некоторые устройства можно научить заряжаться без проводов при помощи специального чехла, который, правда, серьезно увеличивает их размер.
Поддерживаемые устройства заряжаются при помощи индукции, а значит, элемент, который необходим для зарядки без проводов, — не что иное, как катушка, на которую зарядка воздействует при помощи электромагнитных полей. Этот процесс происходит незаметно для человеческого глаза. Единственное, что вы увидите, это индикацию заряда батареи на экране смартфона.
Зачем это нужно?
На самом деле, использовать кабель для зарядки не достаточно удобно. Кабели изнашиваются, путаются и теряются. Гораздо удобней иметь площадку, которая всегда находится на одном месте, дома и на работе. Стандарт Qi сегодня является широко распространенным, и уже сегодня беспроводные зарядки можно встретить в кафе, гостиницах и многих других местах. Это удобней, чем искать розетку и кабель, подходящий для вашего смартфона.
Наконец, последний и самый неочевидный плюс могут оценить владельцы устройств, защищенных от попадания влаги. Когда нет необходимости подключать кабель, нет необходимости открывать заглушку на корпусе, которая достаточно быстро изнашивается и не сильно удобна.
А какие недостатки?
Хотелось бы сказать, что их нет, но это не так. Главный недостаток технологии беспроводной зарядки — это меньшая энергоэффективности. Смартфон будет заряжаться не так быстро, как при подключении кабеля, а электроэнергия будет расходоваться менее эффективно, и часть ее будет уходить в виде тепла. Впрочем, медленная зарядка смартфона не должна вас беспокоить, если вы всегда сможете положить свой смартфон на коврик дома или на работе.
Другой недостаток — это достаточно высокая стоимость в сравнении с обычными зарядным устройствами. Это более сложная технология, и отсюда вытекает еще один нюанс. Беспроводную зарядку достаточно сложно встроить в слишком тонкое устройство.
Какие устройства поддерживают беспроводную зарядку?
Почти каждое современное устройство поддерживает беспроводную зарядку, однако некоторые, например iPhone, не смогут заряжаться без дополнительного аксессуара. Устройства от Asus, Google, BlackBerry, HTC, Cat, LG, Kyocera, Motorola, Nokia, Samsung, и Yota Devices поддерживают беспроводную зарядку. С полным списком таких устройств можно ознакомиться по этой .
По материалам AndroidPit
Как работает беспроводная зарядка смартфона? August 21st, 2016
Сейчас все чаще и чаще слышу про беспроводную зарядку. Четыре месяца назад, когда искал себе новую машину, видел Киа "Спортедж" со встроенной такой зарядкой. Еще подумал, вот на кого это рассчитано, на единиц? Казалось, что для этого надо иметь какую то крутую модель телефона или какое то дорогое оборудование. Но оказывается и мой телефон средней стоимости поддерживает эту технологию. Задумался, я же совсем не знаю принципов, как это работает. Мне казалось, что эта технология еще достаточно "далеко" от обывателя, а оно уже вот рядом и совсем доступно.
Давайте разберемся чуть подробнее...
Оказывается, принцип работы беспроводного зарядного устройства очень прост - достаточно поместить гаджет на специальную панель, чтобы он зарядился. В основе аксессуара лежит принцип работы индукционной катушки.
Беспроводные зубные щетки длительное время уже используют беспроводную зарядку. Технологию традиционно сопровождали проблемы низкой эффективности и медленной зарядки, но они были не критическим недостатком для зубной щетки или электрической бритвы, которые вы используете только в течение нескольких минут каждый день. Использование индуктивной зарядки является более безопасным, с той точки зрения, что нету провода, и он не замкнет, и вы случайно не дотронетесь мокрыми руками к участкам с плохой изоляцией.
Такой способ передачи энергии становится очень популярной в последнее время. В 2015 году всемирно популярный бренд начал продавать мебель, в которую будет встроен модуль беспроводной зарядки. Сегодня все флагманские модели смартфонов поддерживают Qi.
Ожидается, что в скором времени трансмиттеры или, другими словами, модули можно будет найти в аэропортах, ресторанах, кинотеатрах, фастфудах, торговых центрах, что позволит осуществлять зарядку телефонов и планшетов в любое время. На самом деле это облегчит жизнь юзерам мобильных гаджетов. Мы входим в новую эру, где совсем необязательно носить с собой повсюду проводные зарядные устройства для всех девайсов, которыми мы пользуемся.
Стандарт беспроводного питания называется Qi. В русской транскрипции слово произносится как «Ци». Такое имя стандарт носит в честь термина восточной философии и означает поток энергии. Он разработан Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии WPC. Эта организация объединяет мировых производителей электроники и ставит перед собой важную задачу - стандартизировать процесс зарядки гаджетов индукционным методом. В ближайшем будущем все девайсы можно будет заряжать без подключения к сети. Это невероятно удобно. Каждый из нас хотя бы раз сталкивался с ситуацией, когда разряжается смартфон. Приходится в срочном порядке искать выход. В скором времени модули беспроводной зарядки появятся во всех общественных местах, а также дома у каждого юзера.
В домашних условиях можно просто расположить модуль в удобном месте, и он никогда не потеряется, в отличие от проводной «зарядки». Достаточно просто поместить на него гаджет, немного подождать, пока пополнится ёмкость аккумулятора. Принцип работы беспроводной «зарядки» основан на свойствах индукционной катушки передавать электрический ток. В школьном курсе физики нас учили, что при подключении индукционной катушки к источнику питания в ней возникает магнитное поле перпендикулярно виткам катушки. Таким образом, если расположить две катушки в радиусе действия магнитного поля и при этом подключить одну из них к источнику питания, то во второй катушке появится напряжение. При этом важно учитывать тот факт, что две индукционные катушки ни в коем случае не должны соприкасаться между собой. Такой простой принцип положен в работу беспроводных зарядных устройств, поддерживающих технологию Qi.
Существует две разновидности стандарта Qi. Первая предполагает зарядку при низкой мощности - 5 ватт, а вторая - при высокой мощности - 120 ватт. Qi высокой мощности сейчас не выпускается производителями в силу объективных факторов. С помощью Qi на 120 ватт можно выполнить зарядку ноутбука. Qi на 5 ватт используют для пополнения ёмкости аккумулятора планшетных компьютеров и телефонов. Следует отметить, что для планшета и смартфона необходима различная сила тока. Беспроводное зарядное устройство для телефона создаёт силу тока в 1 ампер, а для планшетного компьютера - 2 ампера. При выборе аксессуара обязательно обращайте внимание на такие характеристики.
Современное беспроводное зарядное устройство состоит из двух компонентов. Один из них встроен непосредственно в гаджет, который поддерживает Qi и называется ресивером беспроводной зарядки. По сути, он является приёмником, который проводит электрический ток к аккумулятору. Второй компонент называют трансмиттером. Если подразумевается покупка беспроводной «зарядки», речь идёт именно о трансмиттере. Они бывают самых разных форм и размеров. В основном распространены круглые и прямоугольные передатчики.
Чтобы лучше понять, как работает беспроводная зарядка, следует учесть, что магнитное поле способно передавать не только электрический ток, но и данные о байтах и битах, что учли разработчики стандарта Qi. Взаимодействие между катушками будет возникать только в тот момент, когда гаджет со встроенным трансмиттером будет находиться поблизости от передатчика. Если аксессуар для зарядки гаджета будет функционировать в фоновом режиме, то посылаемый каждые 0,4 секунды передатчиком импульс не будет изменять напряжение в катушке, встроенной в трансмиттер. Можно сделать вывод, что современный аксессуар умеет распознавать, в каком режиме функционировать. Как только поблизости на расстоянии нескольких сантиметров окажется смартфон, напряжение в индукционной катушке резко снизится, и устройство перейдёт в режим активной работы. Как только аккумулятор смартфона будет заряжен, соответствующий сигнал переведёт зарядное устройство в фоновый режим. Можно сделать вывод, что современные беспроводные аксессуары для пополнения ёмкости батареи являются энергоэффективными.
Еще больше графиков и формул
Некоторые пользователи ошибочно полагают, что функция беспроводной зарядки Qi может нанести вред здоровью. Дело в том, что магнитное излучение не является ионизирующим. По своему влиянию на организм оно похоже на сигнал мобильной связи, сигнал Wi-Fi, радиосигнал. При этом сигнал мобильной сети, который поступает с вышки, является более сильным и имеет непрерывный характер, в то время, как электромагнитное излучение пропадает сразу после зарядки батареи смартфона. Мощность беспроводных зарядных устройств составляет 5 ватт. Её недостаточно чтобы оказать воздействие на человеческий организм. О негативном воздействии можно говорить лишь в том случае, когда мощность таких девайсов будет равняться 120 ваттам. Но подобные модели не выпускаются в промышленных масштабах. Этим объясняется отсутствие беспроводных зарядных устройств для ноутбуков. Важно знать, что технология беспроводного заряда аккумулятора давно используется во многих моделях электробритв и электрических зубных щёток, что в очередной раз доказывает её безопасность.
Перспективы
Данная индуктивная зарядка может быть удобна, но малый радиус действия является проблемой. Это разительно уменьшает удобство пользования данной технологией Изменится ли это? Может быть. Было проведено много исследований потенциала беспроводной зарядки и в различных технологиях были успехи в радиусе действия. Лазеры, микроволновые печи и более мощные варианты индуктивной зарядки смогли достичь больших расстояниях передачи. Недостатки препятствуют распространенное это слишком мощное излучение выше сказанных технологий. Можете обжечься или еще чего хуже. Трудно сказать, кто возьмет пальму первенства на этом рынке. Первым кандидатом, является Apple, потому что компания запатентовала устройство, которое может якобы заряжать на расстоянии до одного метра. Беспроводной Консорциум питания также постоянно ищет лучшие варианты. А тут еще Intel, которая недавно объявила, что она работает над интегрированной технологией магнитных устройств, которые будут помещены в ноутбук и раздавать питание на близлежащие смартфоны и периферийные устройства.
источники
