Принцип работы беспроводной зарядки

  • Принцип работы беспроводной зарядки

Немного истории

Многие скажут, что свою историю беспроводная зарядка начинает с 2009 года, когда был основан Консорциум беспроводной электромагнитной энергии, хотя и до этого были попытки. И они ошибутся, ведь в 2009 просто решили навести порядок в этой сфере, среди производителей, и выработать какой-то стандарт для унификации всех приборов. А сам принцип, на котором работают эти беспроводные зарядные станции, был открыт в далеком 1831 году английским физиком и химиком Майклом Фарадеем. Вижу, сейчас начинаете что-то вспоминать о каком-то Законе Фарадея. Так вот, беспроводная зарядка основана на векторной величине, которая характеризует силу и направление магнитного поля и называется электромагнитной индукцией.

Жизнь без проводов

В чем же состоит принцип работы Wireless Charge? Все очень просто. В зарядной станции, как и в самом мобильном телефоне, расположены две катушки. На катушку (он же трансмиттер беспроводной зарядки), которая расположена внутри зарядки, подается переменный ток, что в свою очередь возбуждает в ней переменное магнитное поле. Это поле воздействует на ту катушку, которая расположена внутри смартфона (он же ресивер беспроводной зарядки), и под воздействием изменяющегося магнитного поля во второй катушке возникает так называемая электродвижущая сила или сокращенно ЭДС.

И вот именно при помощи электродвижущей силы в катушке-приемнике возникает электрический переменный ток, который подается на специальную плату-выпрямитель, а та в свою очередь преобразует переменный ток в постоянный, и тот уже начинает заряжать аккумуляторную батарею. Чем больше расстояние от первой катушки-излучателя до второй катушки-приемника, тем меньше КПД этой пары, то есть мощность излучения падает.

Для современных беспроводных зарядных устройств это расстояние равно порядка 5 см. Электромагнитное поле способно преодолевать преграды из таких материалов как пластик, дерево, стекло, но только не металл. Поэтому ни один из гаджетов, который поддерживает Wireless Charge, не оснащен металлическим корпусом — это либо стекло, либо пластик.

Области применения

На сегодняшний день беспроводные зарядки используются не только в мобильных телефонах, но и в электрических зубных щеткахэлектробритвах (конечно же, аккумуляторных), наушникахчасах… да что говорить — при помощи беспроводной передачи энергии уже заряжаются даже автобусы (есть удачные примеры в США и Китае).

Конечно, применение Wireless Charge довольно удобно — положил и забыл (в первых версиях была необходимость точного позиционирования гаджета на трансмиттере), не надо искать в темноте провод или точно попасть в разъем (еще один плюс беспроводной зарядки — он не разбивается). Об их популярности можно даже судить по тому факту, что шведская корпорация IKEA встраивает зарядные станции в свою мебель, а некоторые автопроизводители оснащают ими свои автомобили.

Стандарты Qi и РМА

Развитием и продвижением технологии беспроводной передачи энергии на расстояние занимаются в основном два больших агломерата — Wireless Power Consortium и AirFuel Alliance. И вот благодаря их работе мир получил стандарт Qi (в транскрипции «Ци» или «Чи»). Теперь великое множество производителей выпускают свои товары, придерживаясь этого стандарта. Поэтому при покупке электроники надо позаботится о ее совместимости, хотя некоторые производители делают это за нас. К примеру, устройства компании Apple просто не будут заряжаться на «неродной» зарядной станции. Стандарт Qi подразумевает два варианта зарядок — мощностью до 5 Вт с током порядка 1–2 А и мощностью до 10 Вт все с той же силой тока.

А еще стандарт Qi поддерживает протоколы обмена данными между трансмиттером и ресивером. Как раз при помощи этих протоколов «яблочные» устройства и проводят проверку «свой-чужой», а еще по информационному каналу излучающая катушка получает данные о емкости батареи заряжаемого устройства и его остаточном уровне заряда.

Последние зарядные станции, которые работают по стандарту Qi, обладают КПД 80% при расположении приемника на расстоянии не более 45 мм от передатчика. В этом кроется минус беспроводной зарядки. Другими словами, из 100 Вт поданных до устройства дойдет всего 80 Вт, а остальная энергия рассеется в пространстве и уйдет на нагрев как зарядной станции, так и самого устройства. А это еще один минус в копилку — литий-ионные батареи не очень любят перегревы. Плюс ко всему, низкая мощность заряда — это более длительное время восстановления энергии самим аккумулятором. Если стандартная проводная зарядка заряжает мобильный телефон 1,5–2 часа, то у беспроводной на это уйдет порядка 4–5 часов. То есть зарядить по быстрому не получится, о quick charge можете забыть.

А вот AirFuel Alliance продвигает свой стандарт, который носит название PMA. Он менее распространен, хотя и имеет своих поклонников среди производителей. А еще команда AirFuel Alliance грозится, что работает над какой-то новой технологией беспроводной зарядки, не связанной с имеющимися разработками A4WP и PMA и не использующей электрическую индукцию. Ну что ж, посмортим, ведь это будет прорыв в передаче энергии на расстоянии.

Основное отличие между стандартами Qi и РМА — это частота передачи энергии и протоколы соединения, а вот магнитная индукция на двоих одна.

Так ли страшен этот зверь?

Теперь коснемся вопроса, который мучает большинство граждан, боящихся микроволновок (которые якобы генерируют ионизирующее излучение) и WI-FI в доме, — вредны ли беспроводные зарядные устройства для здоровья пользователя? Мы однозначно ответим, что нет. Такие зарядки не выделяют ионизирующее излучение (а сила электромагнитного излучения обратно пропорциональна расстоянию от источника). Поэтому все домыслы не имеют под собой научного обоснования.

И напоследок…

Подведем итог. Беспроводная зарядка, конечно, вещь удобная, но наличие тех минусов, которые мы перечислили в статье, немного стопорит ее развитие. Хотя исследования в направлении передачи электрической энергии на расстояние продолжаются. Главные из них — это, конечно же, увеличение радиуса действия и коэффициента полезного действия. А, быть может, AirFuel Alliance все таки представит в скором будущем свою разработку по передаче энергии без использования электрической индукции.


2020-05-05 11:55:49
0
60

Комментарии:

Внимание: HTML символы запрещены!