Мир без проводов: обзор технологии беспроводной зарядки

Полезные функции беспроводных зарядок

Несомненно, беспроводные зарядки имеют одно большое преимущество перед обычными проводными устройствами – заряжают без проводов, такое свойство открывает дополнительные возможности для потребителя, которых лишены проводные устройства.

Например, заряжать телефон возможно абсолютно повсеместно, где есть необходимый зарядная станция, уже сейчас многие кафе и рестораны оснащают столы зарядными площадками, скорее всего к ним присоединятся и другие сферы – такси, клубы, парикмахерские, гостиницы, аэропорты и т. д.

В домашних условиях гаджет легко положить на зарядную площадку и все, он заряжается, а если надо им воспользоваться во время процесса, без проблем, можно взять его, а потом положить обратно, процесс заряда продолжится, это никак не повлияет на срок службы аккумулятора, так как современные Li-po лишены эффекта памяти, а процесс старения происходит от времени, независимо заряжаете вы его или нет.

А еще есть устройства на которых можно подогревать чай или кофе.

Также популярность набирают специальные беспроводные зарядные коврики.

Одной из самых полезных функций на наш взгляд считается взаимная подзарядка двух телефонов, куда бы вы не пошли не нужно искать провод и носить адаптер с собой. Очень удобно использовать в автомобиле, можно быстро положить смартфон сверху и быстро снять с нее если потребуется.

Если говорить о будущем, то со временем такие устройства действительно станут еще более полезными. Преимущества схожи с теми, что и у раздачи Wi-Fi в сравнении c кабельным доступом к сети Интернет. Вы сможете свободно перемещаться по квартире со смартфоном, который будет непрерывно подзаряжаться незаметно для вас, в какой бы комнате вы ни находились.

Такие точки раздачи энергии можно будет разместить где угодно — в авто, в общественном транспорте, в ТРЦ. Только представьте себе, как это изменит нашу жизнь!

Как правильно пользоваться

Рассмотрим основные правила эксплуатации Qi-зарядок, поскольку других типов устройств на рынке все еще нет.

Чтобы зарядить батарею, вам необходимо положить смартфон на место, предусмотренное производителем — как правило, непосредственно в центр станции. Если чехол слишком толстый или металлический, то нужно будет предварительно его снять, в противном случае возможен более сильный нагрев, или процесс заряжания может не начаться.

Учтите, что станция в процессе будет нагреваться сильнее, чем обычно, но в допустимом диапазоне. На заряжаемый гаджет нельзя класть посторонние предметы. Также не следует накрывать его тканью, ибо это нарушит циркуляцию воздуха и приведет к перегреву.

Что касается того, как долго можно заряжать смартфон бесконтактным методом, то ограничений нет. Если вы используете качественный оригинальный девайс, созданный именитым брендом, то спокойно оставляйте гаджет хоть на целую ночь: когда батарея зарядится до 100%, подача питания автоматически прекратится.

Что делать, если у смартфона нет функции беспроводной зарядки?

Отсутствие у смартфона технологии беспроводной зарядки вовсе не значит, что ею нельзя воспользоваться. Сегодня для решения этой проблемы некоторые производители предлагают дополнительные аксессуары, способные добавить девайсу недостающую функцию.

Одним из таких способов являются ресиверы-пластины. Это такая тонкая пластиковая карточка со встроенной катушкой индуктивности, которая подключается к смартфону посредством специального контактного шлейфа, после чего помещается под крышку. В качестве более комплексной альтернативы можно приобрести специальный зарядный чехол с уже встроенной аналогичной пластиной, котороый после установки заменяет заднюю панель гаджета.

Что такое беспроводная зарядка

В 1894 году была разработана индукционная система питания для электромобиля, но из-за большой популярности двигателя внутреннего сгорания эту технологию быстро забыли. В 1970-х годах ученые стали предлагать инновационные способы для передачи энергии с помощью индукции. И только в начале 90-х годов зарядные устройства на основе индуктивного питания начали использоваться.

В платформе установлена одна индукционная катушка, которая отвечает за прием и передачу тока. Такая же катушка находится в смартфоне, поэтому если положить смартфон на платформу, то катушки начинают взаимодействовать и заряжать его.

Такой стандарт зарядного устройства называется WPC, но чаще его называют просто Qi. Получается так, что магнитное поле захватывает обе катушки и благодаря этому заряжает батарею гаджета.

Метод передачи индукционной мощности – это способ беспроводной передачи энергии, путем использования электромагнитной индукции.

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.

Инструкция по изготовлению

Инструкция, показывающая, как сделать своими руками беспроводную зарядку для телефона, несложная. Но следует учесть, что устройство предназначено только для одного аппарата, оно не настраивается и может оказать влияние на работоспособность мобильника. Если инструкция покажется трудновыполнимой или характеристики прибора не смогут удовлетворить потребности, тогда лучше купить его в магазине или продолжить пользоваться проводной зарядкой.

Чтобы сделать своими руками беспроводную зарядку для мобильного телефона, потребуются:

прочные ножницы либо кусачки;
паяльник;
быстросохнущий клей;
оправа для проволоки диаметром 50–70 мм;
резисторы на 1 кОм и 10 Ом;
два конденсатора — 10 n;
конденсатор на 100n и 10 µ — по 1 шт.;
стабилизатор 7805 (на 5 В);
диод VD1–M4;
медный обмоточный провод ПЭВ сечением 1 мм, 0,5–0,4 мм;
блок питания от обыкновенной проводной зарядки.

Перед тем как начать работу, необходимо ознакомиться со схемами элементов беспроводной зарядки, изучить инструкцию по сборке каждого блока.

Делаем передатчик

Сборка передатчика выполняется в такой последовательности:

Один конец 1-миллиметровой медной проволочки длиной 1–1,5 см оставляется свободным. Другой — плотно наматывается на оправу кольцом к кольцу до образования плоской катушки в 25 витков. Периодически витки проклеиваются быстросохнущим клеем или иным закрепляющим изолирующим материалом

Марка клея и его качество на силу электромагнитного поля не влияют, важно, чтобы он как можно быстрее высыхал

Пока высыхает катушка, можно собрать зарядную станцию по схеме, приведённой ниже.

Далее катушка припаивается. В качестве «+» используется находящийся внутри свободный отрезок, в качестве «-» — оставшийся снаружи.

Свернутая в кольцо проволока помещается в любой имеющийся держатель или в специально для неё придуманную ёмкость — на качество работы устройства это не повлияет

Важно, чтобы катушка располагалась на как можно меньшем удалении от передатчика — это требование стоит учитывать при разработке такого футляра

Делаем приёмник

Приёмник wpc собирается в таком порядке:

Тем же способом, который используется при сборке передатчика, медная проволока толщиной 0,35–0,4 мм наматывается на оправник. Количество витков — 30, они должны как можно плотнее прилегать друг к другу. Если проволока катушки не изолирована, то на неё необходимо нанести защитный лак и дождаться полного высыхания.
Само устройство собирается из заранее подготовленных деталей, ориентируясь на приведённую ниже схему. Применение SMD позволяет минимизировать пространство, отводимое под катушку, следовательно, конструкция корпуса телефона остаётся без изменений.

Катушка подключается, все детали приёмника компонуются таким образом, чтобы ни один из них не выступал наружу. Их также рекомендуется покрыть лаком или иным защитным материалом.
На заключительном этапе сделанная самостоятельно беспроводная зарядка подключается к сети, работа её проверяется на самом мобильном телефоне. Для подключения устройства можно воспользоваться стандартным 5-вольтным адаптером, подключаемым к контуру.

Сборка и проверка

Перед включением самодельной беспроводной зарядки необходимо выбрать, куда будут подключены выходы приёмника. Существует два варианта:

к разъёму micro-USB — тогда телефон можно зарядить как от сети, так и от собранной катушки;
непосредственно к аккумуляторной батарее — вариант удобен возможностью зарядки даже при выходе из строя стандартного разъёма micro-USB, а также если пользователь решит закрыть его от внешней среды.

В первом случае необходимо правильно подключить разъёмы — левый от основания трапеции, как правило «+», правый — «-». Во втором следует заранее продумать расположение аккумулятора вместе с «довесками» в корпусе и соединить контакты. Сборка закончена.

Приёмник устанавливается внутри корпуса, закрывается крышкой. Передатчик подключается к сети через адаптер 5 В согласно схеме, к нему подносится телефон на расстояние не более 50 мм. Если индикатор зарядки заработал, значит, устройство собрано правильно. Если нет — при сборке допущена ошибка. Необходимо найти слабые места, убедиться в наличии тока и, если перепаять контакты.

Технологии быстрой зарядки устройств

Всё чаще в характеристиках смартфонов можно найти информацию о поддержке технологии быстрой зарядки. Чаще всего они касаются моделей, которые имеют аккумуляторы большой емкости и их зарядка стандартным способом была бы слишком долгой. Эти технологии позволяют быстро «подзарядить» батарею в течение нескольких или десятков минут, чтобы её хватило ещё на несколько часов работы.

Преимущества технологии быстрой зарядки:

возможность зарядки устройства в течение короткого времени
адаптация для оборудования с большой емкостью аккумулятора

Недостатки технологии быстрой зарядки:

быстрее изнашиваются батареи, которые «не любят» зарядки током высокой интенсивности
возможность чрезмерного нагрева смартфона и аккумулятора

QuickCharge – это технология, разработанная компанией Qualcomm. Для работы требуется как зарядное устройство, поддерживающее этот стандарт, так и совместимое с ним устройство. Все версии технологии QuickCharge обратно совместимы. Устройства, совместимые с технологией, не должны быть оснащены процессором Qualcomm, потому что за поддержку этого решения отвечает не процессор, а, прежде всего, внешний контроллер.

Решение основано на подаче на устройство питания большого напряжения и силы тока, что увеличивает мощность зарядки – например, зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 1А обеспечивает лишь 5Вт (ватт) мощности во время зарядки. Зарядное устройство с напряжением 5В и силой тока 2А обеспечивает уже в два раза больше мощности – вплоть до 10 Ватт.

В процессе развития технологий дошло до того, что напряжение может изменяться от 3,6 до 20 Вольт, а максимальная мощность была увеличена до 18 Ватт.

Технология Quick Charge учитывает также характерные особенности литиевых аккумуляторов. Этот тип батареи хорошо работает, когда быстро заряжается в начале, а потом постепенно снижается ток зарядки.

Adaptive Fast Charging работает по аналогичному принципу, как Quick Charge. Зарядное устройство обеспечивает устройству ток с более высоким напряжением и силой. Благодаря этому, аккумулятор заряжается в более короткие сроки.

Основная идея этой технологии заключается в предоставлении как можно большей мощности аккумулятору в кратчайшие сроки. Это делает достаточным подключения зарядного устройства на 10 минут, чтобы пополнить энергию на последующие несколько часов.

Зарядное устройство регулирует параметры к потребностям устройства и времени зарядки и с течением времени уменьшает мощность. Благодаря этому, зарядка может длиться меньше или дольше, но в каждой из этих ситуаций обеспечивается безопасность.

SuperCharge – это технология, появившаяся в некоторых устройствах марки Huawei. Заключается в том, что процессом зарядки управляет зарядное устройство, – благодаря этому, контроллер в телефоне может быть гораздо проще.

Зарядное устройство обеспечивает смартфону ток стандартного напряжения 5В и очень высокой силы – до 4,5А. Благодаря тому, что зарядкой управляет зарядное устройство, телефон не производит чрезмерного количества тепла.

Простая технология модификации мобильного телефона «кнопочника»

Чтобы усовершенствовать мобильник, необходимо выполнить ряд простых действий. После обновления гаджета такие проблемы, как выход из строя гнезда для зарядки, путающиеся провода и прочее, станут несущественными.

Для реализации беспроводной зарядки потребуется пара метров медной проволоки тонкого сечения. Проводник необходимо смотать в катушку. Оптимальное количество витков 15 шт. Спираль желательно закрепить посредством клея или двухстороннего скотча, чтобы сохранить её форму. При этом для пайки контактов оставляется несколько сантиметров проволоки. Для соединения с гнездом зарядного устройства применяется импульсный диод и конденсатор, прикрепляемые к разным концам.

С целью создания передающего контура беспроводной зарядки формируются витки размером 1,5 см. Диаметр катушки после скручивания должен составлять 10 см. Оба конца должны быть свободными. Остальная конструкция скрепляется при помощи изоленты или скотча.

Далее наматывается 30 витков более тонкого медного проводника для передатчика. Для замыкания контура применяются транзистор и конденсатор. Положив устройство, оснащённое под крышкой приёмника, в зоне передающего кольца вверх дисплеем, можно добиться беспроводной зарядки телефона.

Как работает беспроводная зарядка для телефона

Работа станции для подзарядки без проводов заключается в том, что она пропускает ток через магнитную катушку, сделанную из меди. Ток достаточно быстро меняет свое направление из-за того, что он колеблется. В связи с этим создается локальное магнитное поле, часто меняющее полярность. Сила магнитного поля зависит от силы тока: чем сильнее ток, тем сильнее поле.

Внутри устройства, которое принимает заряд, находится такая же катушка. Когда эти два устройства находятся рядом друг с другом, магнитное поле начинает индуцировать электрический ток внутри катушки. Ток через выпрямитель, обеспечивающий требования батареи, передается и начинает работать, заряжая гаджет.

Магнитно-индукционные станции

Такие беспроводные станции передают энергию на расстоянии 1 см, используя ток силой 100-357 кГц. У магнитно-индукционных станций есть одна особенность: не получится зарядить устройство, которое сделано из металла, так как магнитное поле не сможет пройти.

Использование такого устройства возможно только на устройствах, задняя панель которых изготовлена из стекла или пластика, также стоит снимать чехол, чтобы он не мешал процессу.

Магнитно-резонансные станции

Этот стандарт беспроводной станции работает на расстоянии 4-5 см и передает ток с частотой до 6,78 МГц. В данном случае используют две катушки, которые находятся не напротив друг друга. По такому принципу работают гаджеты, имеющие стандарт Rezence или AIrFuel.

Rezence. Этот тип разрабатывается с 2012 года. Благодаря увеличению расстояния зарядки его считают более удобным, в сравнении с магнитно-индукционными станциями.
AirFuel. Данное устройство можно спрятать под любую поверхность и работать одновременно с разными устройствами. Однако, оно еще не вышло в массовое производство.

Готовые решения — универсальные приёмники для беспроводной зарядки

Сделать беспроводную зарядку своими руками не сложно, но при отсутствии свободного времени и навыков в сборке схем её можно легко найти в любом магазине электроники. Большинство моделей новых смартфонов уже имеют установленный производителем приёмник (ресивер). Потому пользователю ничего дополнительно покупать не нужно. В редких случаях в комплект не включается передатчик (док-станция).

Хотя смартфоны, поддерживающие беспроводную зарядку, уже не редкость, некоторые производители почему-то игнорируют такую технологию. Чтобы определить, может ли гаджет заряжаться таким способом, в описании модели нужно отыскать обозначение «Qi». Также всю информацию можно получить из инструкции либо на сайте производителя.

Чехлы, поддерживающие функцию беспроводной зарядки, выпускаются для самых популярных моделей. Это объясняется сложностью производства и немалой стоимостью. При пользовании зарядным чехлом смартфон разбирать не требуется.

Ресиверы выпускаются двух видов:

Со специальными контактами, подающие энергию непосредственно на батарею. Продаются производителями гаджетов в качестве дополнительных предметов. Могут использоваться только для смартфонов, имеющих внутри соответствующие контакты.
Универсальные ресиверы, устанавливаемые под крышкой либо размещаемые под чехлом. Энергия подаётся в зарядный порт.

После выбора комплекта беспроводной зарядки необходимо разобрать телефон, подключить ресивер к порту либо специальным контактам, а базу — к USB-адаптеру. При попадании гаджета в зону действия излучения включается индикатор, показывающий, что на аккумулятор поступает энергия.

Беспроводные зарядные устройства всё более популярны у пользователей, ценящих своё время и не желающих возиться с проводами. Стоят эти устройства недорого, и каждый может выбрать себе подходящую модель. При желании зарядку можно легко сделать самостоятельно, затратив минимум времени и сил.

Сейчас читают:

Ремонт гнезда зарядки телефона своими руками — подробная инструкция

Какие телефоны можно заряжать беспроводной зарядкой — список моделей

Как сделать контактную сварку для аккумуляторов 18650 своими руками

Как быстро зарядить телефон на андроиде

Как отремонтировать бесперебойник для компьютера своими руками

Отсутствие открытых стандартов

По данным IHS, рынок беспроводных приемников и передатчиков энергии в 2013 году оценивался в 216 миллионов долларов США, а к 2018 году достигнет 8,5 миллиардов долларов США. Каждый игрок этого рынка хотел бы «полакомиться» лучшим кусочков этого свежеиспеченного «пирога», поэтому единой технологии не существует. А это означает отсутствие стандарта, который мог бы стать совместимым со всеми девайсами.

Консорциум Wireless Power Consortium (WPC) был основан в 2008 году, и эта организация продвигает стандарт Qi, который в настоящее время является самым распространенным. Многие крупные игроки мобильного рынка работают с этим стандартом. Среди них такие громкие имена, как Samsung, Sony, Nokia, HTC, LG, Asus, Qualcomm, T-Mobile, Sprint и Verizon.

Наряду с этим консорциумом существует также альянс Power Matters Alliance (PMA), основанный в 2012 году компаниями Procter & Gamble и Powermat Technologies. Этот альянс противодействует стандарту Qi. И он также пользуется поддержкой крупных компаний, среди которых Samsung, Sony, HTC, LG, Asus, Qualcomm, ZTE и AT&T. Да-да, частично те же самые корпорации, которые поддерживают стандарт Qi.

PMA распространил свою технологию Powermat на закусочные Starbucks и McDonalds. General Motors анонсировала свои планы интегрировать Powermat в линейку новых Cadillac. Но для того, чтобы вы могли использовать технологию Powermat для своего телефона, вам придется купить для него специальный дорогой чехол.

WPC сосредоточил свое внимание в основном на обеспечении совместимости своей технологии с популярными устройствами, среди которых Nexus 4, 5 и 7, а также некоторые модели линейки Samsung Galaxy, «букет» Nokia Lumia, а также телефоны от HTC, Motorola, LG и других производителей. Чтобы воспользоваться технологией Qi, необходимо приобрести специальное покрытие батареи

Пока неясно, какая из этих технологий возьмет верх, но уже сейчас можно видеть, что многие компании не склоняются полностью ни в сторону той, ни в сторону другой. Между технологиями нет принципиальных различий. Powermat состояла в WPC до тех пор, пока не решила найти собственную дорогу и приняла участие в основании PMA.