Как работает беспроводная зарядка для телефона: это не магия

Преимущества беспроводной зарядки – влияние на аккумулятор

Трудно поверить, что внедрение технологии беспроводной зарядки в смартфоне было продиктовано только желанием производителя добавить ещё один момент в спецификации и возможным повышением цен. Должны быть преимущества, которые могут убедить потенциальных пользователей, а любые проблемы должны быть легко дискредитированы. Мы уже говорили о влиянии на здоровье человека. Это ещё не всё.

Смартфон также имеет своё здоровье, может быть, только с технологической точки зрения, но износ оборудования – это явление, которое имеет место. В этом случае большинство вопросов касаются батареи и срока её службы.

Производители уверяют нас, что электроника, сопровождающая технологию беспроводной зарядки, как и в случае проводной зарядки, гарантирует, что батарея не будет повреждена. Но, во время зарядки смартфон и аккумулятор нагреваются, что может ухудшить его качество и сократить количество доступных циклов зарядки.

Повышение температуры аккумулятора неизбежно зависит от техники зарядки. Источником проблем в случае беспроводной зарядки может быть неправильное выравнивание зарядных катушек зарядного устройства и смартфона. Чем больше неравномерность, тем дольше сохраняется повышенная температура батареи по сравнению с проводной зарядкой. В этом рассуждении есть определенное «но».

Во время проводной зарядки, особенно с помощью быстрого зарядного устройства (а такие всё чаще добавляются в комплекты), смартфон нагревается даже больше, чем при использовании беспроводной зарядки. И, как мы уже упоминали, производители сегодня противодействуют эффектам неточной юстировки смартфона и зарядного устройства. Тем не менее, давайте примем к сведению следующий принцип.

Не используйте смартфон во время зарядки!

Также считается, что потери от нагрева менее значительны, чем последствия интенсивного использования смартфона после начала зарядки. Такое поведение крайне не рекомендуется, потому что батарея нагревается дополнительно. В случае проводной зарядки мы особенно подвержены этой привычке. Во время работы беспроводного зарядного устройства смартфон не должен подвергаться воздействию источников тепла, таких как солнечный свет.

Кроме того, благодаря беспроводной зарядке мы можем выработать привычку заряжать батарею при любой возможности. Тогда легче поддерживать уровень заряда выше 50%, что положительно влияет на срок службы батареи, в отличие от частой разрядки на 85% и более. Это несомненное преимущество, которое может перевесить любую неопределенность в отношении технологий.

Беспроводная зарядка позволяет удобно заряжать аккумулятор.

Ещё одно небольшое преимущество. Проводя беспроводную зарядку, мы реже используем USB-порт на смартфоне. А это значит, что мы меньше подвергаем его износу и возможным повреждениям. Мы также можем представить устройство без разъемов, в котором связь и зарядка происходит только по беспроводной сети.

Какие бывают? Быстрая беспроводная зарядка

То, что неофициально называют “обычной” беспроводной зарядкой — это решения с мощностью 5 Вт (5 В, 1А). Они наиболее лояльны для аккумуляторов, так как практически не вызывают перегревов, но работают удручающе медленно — 3-4 часа. Собственно, медленная работа и была главной претензией к ним.Следующим шагом развитии технологии стал Fast Charge (не путать с проводным Quick Charge) или быстрая беспроводная зарядка. Мощность здесь выше — 7,5 или 10 Вт, таким стандартом укомплектовано большинство актуальных флагманов. На зарядку уходит меньше — от двух часов, но появляется проблема перегрева, собственно, для борьбы с ней в базах стали появляться вентиляторы.Мы уже писали выше, что при повышении температуры Fast Charge будут понижать мощность, чтобы избежать слишком быстрой деградации аккумулятора и других возможных проблем.Еще дальше решила шагнуть Huawei. Её Mate 20 Pro получил быструю беспроводную зарядку с мощностью 15 Вт, аналог от Samsung (Galaxy S10) получил зарядку на 12 Вт. Вот только сопоставимые зарядные устройства задешево вы уже не найдете — придется выложить круглую сумму за фирменные (4000 и 7000 р соответственно). Тут стоит отметить, что у Samsung получилось действительно впечатляющее время подзарядки — 1,5-2 часа до максимума. У Huawei результат значительно хуже — 2,5 часа.В рамках данного текста, мы не будем рекомендовать вам конкретных производителей зарядных устройств, но вернемся к этой теме позже, если она окажется интересна нашим читателям.

Обзор системы

Система Qi включает в себя:

• базовую станцию;
• мобильные устройства;
• преобразование энергии;
• связь.

Давайте посмотрим, как работают эти составляющие для зарядки аккумулятора.

Базовая станция

Она содержит один или несколько передатчиков энергии, которые состоят из передающей катушки, которая генерирует переменное магнитное поле. Базовые станции, как правило, имеют плоскую поверхность, т.е. интерфейсную поверхность, на которую может быть помещено несколько устройств.

Мобильные устройства

Это устройства, которые потребляют индуктивную энергию. Это могут быть смартфоны или планшеты, у которых есть приемная катушка, которая входит в состав приемника энергии. Этот приемник обеспечивает питание аккумулятора. Блоки связи и управления также находятся в приемнике энергии.

Преобразование энергии

Передатчик в базовой станции имеет в своем составе блок преобразования энергии, который преобразует электрическую энергию в беспроводной энергетический сигнал. В то время как приемники в мобильных устройствах состоят из блока захвата энергии, который преобразует беспроводной энергетический сигнал обратно в электрическую энергию.

Связь

Блок связи и управления находится в приемниках энергии, и эта связь всегда сопровождается технологией под названием модуляция.

• Приемник в мобильном устройстве модулирует нагрузку путем переключения резистора модуляции (R_m) или конденсатора модуляции (C_m).
• Передатчик в базовой станции демодулирует отраженную нагрузку путем измерения тока первичной катушки (I_P) или напряжения первичной катушки (V_P)

Рисунок 1 – Система связи беспроводной зарядки Qi

Лучшие пауэрбанки с беспроводной зарядкой в 2021 году

Эти модели успели себя зарекомендовать, к тому у них хорошее сочетание цены и характеристик.

Xiaomi Mi Wireless Power Bank

• Емкость: 10 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 10Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 18 Вт
• Поддержка быстрой зарядки: PD, QC 3.0, Apple

Можно сказать, классика жанра. Недорогой, небольшой по емкости и популярный пауэрбанк, который подойдет для большинства устройств с беспроводной зарядкой. Мощность, которую способно передавать устройство «по воздуху» невелика — 10 Вт. Например, батарею 4000 мАч он будет заряжать более 2 ч. Если нужно больше (быстрее) — можно подключить аккумулятор по проводу. Из явных плюсов — поддерживает большинство протоколов быстрой зарядки и позволяет заряжать гаджеты даже в чехлах. 

INTERSTEP PB10DQi PRO

• Емкость: 10 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 10 Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 18 Вт
• Поддержка быстрой зарядки: PD, QC 3.0, Samsung AFС, Huawei FCP, Apple

Это уже не просто пауэрбанк, а целая док-станция с мобильным аккумулятором. От нее вы можете заряжать сразу 3 устройства одновременно: сам аккумулятор (он просто вставляется в слот), смартфон или часы без проводов, а также еще один гаджет, подключив его к USB. Правда, странная штука: через USB на станции доступны только 5В/2А, зато сам пауэрбанк может выдавать до 18 Вт. А вот зарядка аккумулятора происходит еще быстрее — в комплекте есть адаптер на 36 Вт. 

Ferrari Wireless Power Bank

• Емкость: 10 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 5 Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 10 Вт

Это не какая-то реплика или китайская подделка, а настоящий продукт Ferrari. Правда, в отличие от суперкаров того же бренда, здесь со скоростью явные проблемы. «По воздуху» устройство заряжает мощностью максимум 5 Вт, по кабелю — 10. Это все равно очень мало. Еще и разъемы USB только Type-А. Но за фирменный логотип и приятный дизайн этому пауэрбанку можно многое простить. 

Nillkin PowerMount

• Емкость: 10 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 10 Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 18 Вт
• Поддержка быстрой зарядки: PD, QC 3.0

Еще один интересный вариант в формате док-станции. Пауэрбанк имеет вполне заурядные характеристики. При емкости 10 000 мАч он выдает до 10 Вт «по воздуху» и до 18 Вт по кабелю. Аккумулятор можно установить в слот подставки, тогда смартфон можно будет просто прислонить к устройству. То есть вы сможете видеть все уведомления, а также отвечать на них, не снимая гаджет с зарядки.  

Внутри — две индукционные катушки на разных уровнях. Это позволяет устанавливать смартфон как вертикально, так и горизонтально. 

Prestigio PPB121G 

• Емкость: 20 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 10 Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 45 Вт
• Поддержка быстрой зарядки: PD, QC 3.0

Для тех, кому 10 000 мАч уже мало. У этого Prestigio в наличии — все 20 000. С виду это обычный пауэрбанк, на самом же деле ни много ни мало первый в Европе графеновый внешний аккумулятор. В чем преимущество графеновой технологии? Производитель уверяет, что такая батарея не перегревается даже при быстрой зарядке и служит до 3 раз больше по сравнению с обычными внешними аккумуляторами. 

С точки зрения мощностей Prestigio PPB121G тоже есть, чем похватстать. Во-первых, он может заряжать даже ноутбуки, выдавая по проводу 45 Вт. Во-вторых, позволяет заряжать сразу 3 устройства. И в-третьих, сам заряжается очень быстро — за 1,5 часа до 100%, и это при его-то емкости. 60-ваттный адаптер входит в комплект.

HIPER Nano X2 Space

• Емкость: 20 000 мАч
• Типы разъемов: USB-А, USB Type-C
• Максимальная мощность (беспроводная зарядка): 10 Вт
• Максимальная мощность (по кабелю): 18 Вт
• Поддержка быстрой зарядки: PD, QC 3.0

Еще один отличные вариант на 20 000 мАч. Стоит дешевле 2000 руб.! При этом есть аж 4 выходных USB-А, двусторонний USB-C и входной microUSB. Как обычно, 18 Ватт устройство выдает только при подключении одного гаджета. Чем больше подключений, тем меньше мощности для каждого. 

Судя по отзывам пользователей, HIPER Nano X2 Space отлично справляется с зарядкой и почти не нагревается. Но для пополнения энергии лучше оставлять его подключенным на всю ночь: процесс займет около 8 часов. 

Кстати, если вам не принципиальна беспроводная зарядка, можно обойтись более доступными пауэрбанками. Например, из нашей подборки мобильных аккумуляторов на 10 000 мАч. А для ноутбуков будут очень кстати внешние SSD — они уже не так дорого стоят. 

Развитие

Развитием беспроводной зарядки занимаются в мире две большие группы Wireless Power Consortium и AirFuel Alliance (объединение A4WP и PMA), есть еще несколько групп малоизвестных в мире, стремящихся продвигать свои собственные более уникальные технологии.

На сегодня основным стал стандарт, разработанный консорциумом Wireless Power Consortium (WPC). Этот стандарт носит название Qi (на русском произносится как “ци”).

Многие производители смартфонов поддерживают этот стандарт. Так что покупая передатчик Qi нужно что бы и приемник в телефоне так же его поддерживал, а сам передающий модуль может быть и сторонней фирмы.

Стандарт Qi обеспечивает зарядку мощностью до 5 Вт и силой тока 1 или 2 А, при напряжении 5 В. Такие же параметры имеют и проводные зарядки с интерфейсом USB.

Qi так же позволяет приемнику и передатчику обмениваться информацией по своему протоколу. Передатчик запрашивает приемный модуль о поддерживаемых стандартах, уровне зарядки, что позволяет регулировать силу заряда и отключение передающего устройства, если аккумулятор полностью зарядится. Последняя версия Qi имеет КПД около 80% и допускает расстояние между приемником и передатчиком до 45 мм.

На сайте Wireless Power Consortium указано, что сертификацию Qi получили около 1080 устройств.

А вот AirFuel продвигает свой стандарт РМА. Он меньше распространен, но некоторые производители мобильной техники поддерживают и его. А в отдельных устройствах есть поддержка сразу двух стандартов и РМА, и Qi.

Различиями между стандартами Qi и РМА являются частота передачи и протокол соединения.

Вредность и безопасность

Техника беспроводной передачи методом электромагнитной индукции использует ближнее электромагнитное поле на расстояниях около одной шестой длины волны. Энергия ближнего поля сама по себе не является излучающей. Сила электромагнитного поля быстро падает с увеличением расстояния от источника больше 5 см.

Так что существующие беспроводные зарядки для телефонов можно считать безвредными и безопасными для человека.

Достоинства и недостатки

Главные преимущества, которые можно увидеть в конструкции и методе передачи энергии:

1. Отсутствие проводов, подключаемых к мобильнику. Не расшатывается разъем USB на телефоне, никто случайно не зацепит. Хотя сам передатчик подключается к розетке проводом.
2. Возможность использовать несколько передатчиков в здании и переходя из комнаты в комнату не нужно носить с собой зарядку. Можно просто перейдя в другую комнату положить смартфон на передатчик и зарядка продолжится.

К недостаткам можно отнести:

1. Большее время зарядки, чем от штатного блока питания.
2. Большая стоимость самого устройства беспроводной зарядки по сравнению с обычным зарядным.

Беспроводная зарядка для телефона своими руками

Если нужное устройство не поддерживает стандарт беспроводной зарядки, то можно сделать такую зарядку и своими руками.

Самый простой способ сделать беспроводную зарядку – это купить передатчик и для телефона приобрести специальный чехол или насадку, которые имеют приемный модуль. Такой приемник подключается к смартфону через обычный зарядный разъем.

Беспроводные зарядные устройства для мобильных телефонов в видеообзоре:

Как работает беспроводная зарядка Qi: поток энергии по воздуху

Стандарт питания для беспроводной зарядки мобильных устройств называется Qi. Название читается как «Ци», потому что стандарт был назван в честь энергии Ци — ключевого понятия в восточной философии, обозначающего жизненную энергию. Технология Qi разработана Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC) почти десять лет назад — в 2009 году.

Беспроводную зарядку Qi поддерживают флагманские смартфоны многих производителей: Apple, Asus, HTC, Motorola, Nokia, Samsung. Как правило, все совместимые зарядные устройства помечаются официальной маркировкой стандарта.

Официальный логотип стандарта Qi

Технология Qi позволяет передавать электромагнитные сигналы на небольшое расстояние (до 4 см). Внешне процесс зарядки довольно прост: зарядное устройство подключается к источнику питания (например, к розетке или USB-порту компьютера), смартфон кладется на специальную контактную площадку устройства, и аккумулятор гаджета начинает заряжаться. Для этого в зарядном устройстве имеется специальный передатчик, а в смартфоне — приемник.  

Зарядка AirPower от Apple может одновременно подпитывать три устройства

С помощью беспроводной зарядки с поддержкой Qi можно заряжать не только смартфоны, но и планшеты, умные часы и другие мобильные устройства с Qi-приемником. У некоторых зарядок есть возможность подпитывать несколько гаджетов одновременно — в зависимости от количества контактных площадок устройства. На текущем этапе развития технологии их обычно две, хотя Apple в прошлом году представила зарядку AirPower с тремя площадками.

Популярные модели телефонов с поддержкой беспроводной зарядки

Флагманами в передовых технологиях беспроводной зарядки традиционно являются смартфоны всем известных компаний Apple, Samsung, Huawei, Xiaomi,  LG, Sony и другие. Все они не просто поддерживают Qi Wireless Charging, но и могут заряжаться друг от друга. Фактически, один телефон способен служить повербанком (power bank) для другого.

Чтобы выполнить взаимную зарядку, вам просто нужно будет включить функцию заряда и приложить заряжаемый гаджет к «донору энергии». Ниже представлена подробная таблица, которая поможет выбрать подходящую модель.

Важно! Если телефон, который вы ищите выпущен раньше 05.2020 года (например Samsung a51) и его нет в этой таблице, значит он не поддерживает беспроводную зарядку, в таком случае на него можно купить специальный адаптер (читайте далее).

Модели смартфонов с поддержкой Qi, от 2020 года

Внимание! Если вы увидели, что в таблице нет какой-то модели с поддержкой Qi, напишите комментарий к статье, мы обязательно добавим этот смартфон.

Часто задаваемые вопросы: поддерживает ли мой смартфон honor 20 беспроводную технологию зарядки?

Ответ:  honor 20, xiaomi серии redmi 8, 9, samsung a50 или айфоны которые не перечислены в таблицы выше, не имеют встроенной функции Qi, но к ним можно купить адаптер! Читайте далее.

Как добавить поддержку беспроводной зарядки в смартфон?

На самом деле, оснастить технологией Qi можно абсолютно любой смартфон, даже если он изначально не позиционировался как устройство с беспроводной зарядкой. Это удобная возможность для тех, кто привык к своему телефону и не хочет менять его ради новой технологии.

Достаточно приобрести универсальный модуль Qi с разъемом, который подойдет вашему смартфону: micro-USB, USB-C или Lighting. Модуль наклеивается на заднюю крышку смартфона, подключается к разъему зарядки и прячется за чехлом. После этого смартфон можно заряжать без проводов — ток от зарядного устройства будет поступать к аккумулятору через переходник.

Единственное неудобство этого метода — адаптер придется постоянно отключать, чтобы соединить смартфон с ПК по USB. Но если вы редко подключаете телефон к компьютеру, модуль Qi точно не будет вам мешать.

Стандарты беспроводной зарядки

Поскольку технология Wireless Charge находится в фазе активного развития, для пользователей открываются разные виды и стандарты передачи энергии без проводов. Условно их можно поделить на:

• магнитно-индукционные;
• магнитно-резонансные.

Это два отличающихся друг от друга типа передачи электроэнергии. Разница заключается не только в способе обмена электричеством, но и в продуктивности

Поэтому важно рассмотреть данные стандарты по отдельности

Магнитно-индукционные станции

Подобные станции стали родоначальниками технологии беспроводной зарядки вообще. Индукционные устройства требуют подключения к электросети, в связи с чем не происходит полного отказа от проводов. Также невысокой оказывается мощность при передаче энергии.

Но, несмотря на все недостатки магнитно-индукционных станций, именно они используются сейчас для восполнения энергии смартфонов и других мелких гаджетов. На 2020 год насчитывается несколько схожих стандартов магнитно-индукционной передачи электричества.

Qi – наиболее популярный стандарт, который используется на сегодняшний день. Его разработкой занимается консорциум WPC. Поскольку работает данный метод по магнитно-индукционному принципу, пользователям не приходится рассчитывать на сильный ток. Но стандарт Qi принято делить на разновидности малой и средней мощности. Первые как раз-таки подходят для смартфонов, а вторые для более требовательной техники – ноутбуков и мониторов.

PMA – похожий по принципу действия стандарт беспроводной зарядки, но работает он в другом частотном диапазоне. Если Qi использует 100-205 кГц, то PMA – 277-357 кГц. PMA незнаком европейским пользователям, однако он активно используется в Северной Америке. Поэтому гаджеты, выпущенные для Европы оснащаются стандартом Qi, а для США – PMA.

Магнитно-резонансные станции

Магнитно-резонансная технология – это следующий виток в развитии беспроводных зарядок. В отличие от магнитно-индукционной, передача энергии по магнитно-резонансному принципу происходит даже на расстоянии. То есть, если бы смартфон использовал подобную технологию, его бы не пришлось класть на док-станцию.

В то же время поднимается много вопросов, касающихся безопасности магнитно-резонансных станций. Ведь магнитное поле вокруг них получается крайне широким. Однако, все эти мифы опровергают сами разработчики. При этом технология не используется в случае с небольшими гаджетами вроде смартфонов.

Наиболее известный стандарт магнитно-резонансных станций Air Fuel. Он имеет мало общего с док-станциями для маленьких девайсов. И сейчас стандарт используется для восполнения энергии электро-транспорта. Например, электромобилей и электробусов. Владельцу подобного вида транспорта не нужно физически соединять авто с док-станцией. Достаточно просто подъехать к ней, чтобы между отдающей и принимающей сторонами возникло расстояние не более 50 сантиметров.

Как работает беспроводная зарядка

Принцип работы такой схемы беспроводной зарядки достаточно прост. Роль зарядного устройства играет передающий контур, само устройство состоит из двух контуров — передатчика и приемника.

Приемный контур (плоская катушка) находится в самом телефоне, передатчик сделан в виде небольшой подставки, внутрь которого запрятана передающая катушка.

Cхема беспроводной зарядки

Электричество передается из одного контура в другой методом индукции, возникший во втором контуре ток сначала выпрямляется и подается на аккумулятор. В качестве выпрямителя можно использовать буквально любой маломощный диод шоттки.

Сборку беспроводной зарядки своими руками начнем с передатчика.

Передатчик

Схема передатчика проста и понятна. Обычная схема блокинг-генератора на одном транзисторе. Оправа для намотки передающей катушки — на ваше усмотрение. Желательно взять оправу с диаметром 7-10 см. На оправу мотаем 40 витков медной проволоки с диаметром 0,5мм. Обмотка имеет отвод от середины. Сначала аккуратно мотаем 20 витков, затем провод скручиваем, делаем отвод и в том же направлении мотаем остальные 20 витков. С катушкой все понятно? Пошли дальше.

Транзистор  абсолютно любой, я пробовал и полевые и биполярные, с полевыми чуть быстрее заряжается. Можно использовать полевые ключи серии IRFZ44/48, IRL3705, IRF3205 (указываю только те, которые использовал сам), но можно ставить буквально любые. Из биполярных можно использовать отечественные: КТ819, 805, 817, 815, 829. Выбор не критичен. Можно также использовать и транзисторы прямой проводимости, но в этом случае придется поменять полярность питания.

Номинал базового резистора не критичен (22 Ом-830 Ом).

Приемник

Приемный контур — мотал целых полчаса. Катушка плоская, состоит из 25 витков провода 0,3-0,4мм. Контур удобно мотать на небольшом куске пластмассы, витки постепенно нужно укрепить при помощи суперклея, работа достаточно грязная и долгая. После намотки отделяем контур от пластмассового стенда, на который он был намотан. Это удобно делать при помощи монтажного ножа или лезвием.

Далее контур был подключен к аккумулятору через диод SS14, последний является высокочастотным кремниевым диодом в СМД исполнении.

В моем случае, не работал разъем зарядки на телефоне, поэтому зарядку подключил напрямую к аккумулятору. Такое решение неудобно тем, что датчик не будет показывать, что телефон заряжается. С телефоном все завершено, теперь нужно поставить заднюю крышку.

Время зарядки напрямую зависит от мощности источника питания, в моем случае было использовано заводское зарядное устройство подопытного телефона. Устройство обеспечивает выходное напряжение в 5Вольт, при токе в 350мА.

Такая беспроводная зарядка для телефона работает безотказно, при таком раскладе компонентов мобильник полностью заряжается за 7 часов, долго, но зато заряжается. Ускорить время зарядки можно только умощнением схемы — использовать более мощный блок питания и намотать контура более толстым проводом.