Система беспроводной зарядки: Беспроводная зарядка. Как она работает на практике / Хабр

Содержание

Беспроводная зарядка. Как она работает на практике / Хабр

У меня свой магазин разных беспроводных зарядных устройств. За год работы в этой области я успел разобраться в характеристиках работы устройств, различиях, проблемных областях зарядок и прочитать очень много статей, в которых пишут не разобравшись в тематике.

В этой и следующих статьях хочу рассказать, на какой стадии развития находятся беспроводные зарядные устройства. Напишу про технические характеристики и измерения. После прочтения статей вы сможете понять, что сейчас представляют беспроводные зарядки, чем они отличаются и как они развиваются. Про саму технологию беспроводной передачи заряда уже написано несколько статей, поэтому повторяться не буду.

Это не рекламные описания и статьи, цель которых продать нужную модель. Я хочу рассказать о текущем положении дел, чтобы каждый смог понять различия между ними. Также напишу о новых разработках и кейсах, как развивают технологию.

Главный стандарт беспроводных зарядных устройств

Qi — главный стандарт беспроводной передачи энергии. Он активно используется всеми производителями мобильных телефонов и зарядных устройств. На данный момент есть три основных показателя мощности зарядок:

1. 5W

2. 7,5W

3. 10W

Для сравнения такую мощность выдают проводные зарядки:

1. Стандартный зарядный блок для iPhone — 5W

2. Зарядный блок для iPad — 10W

3. Quick Charge 3 — 18W

У беспроводных зарядных устройств КПД ниже из-за передачи энергии по воздуху. Тестирования показывают, что телефон принимает из 5W только 4,2W (КПД 85%), при 10W — 9,1W (КПД около 90%).

Что это на фото?

На фотографиях измеритель силы тока и напряжения, который принимает телефон от беспроводной зарядки. Это устройство показывает сколько телефон принимает заряда от беспроводной зарядки.

Быстрая беспроводная зарядка

Почему-то принято называть быстрой беспроводной зарядкой устройства с мощностью выше 5W. Я с этим не согласен, так как уже начинают продавать устройства на 15W, а прототипы выдают уже 20W — 60W (но об этом потом). Поэтому чисто маркетинговая добавка «быстрая» совсем потеряет свой смысл и какие-либо критерии. Я бы называл их просто по максимально выдаваемой мощности (напр. беспроводная зарядка 10W).

Нужно понимать, что есть несколько типов зарядки. Разные модели телефонов поддерживают разные стандарты.

Зарядку 5W поддерживают все телефоны со встроенным модулем зарядки. Также такую мощность можно получить используя приемник беспроводной зарядки (с этой пластиной телефон без беспроводной зарядки можно заряжать на ней).

Зарядку 7,5W сейчас поддерживают модели iPhone (все новее 8 модели).

Зарядку 10W поддерживают флагманы Samsung (от S7 и от Note 5), Huawei Mate 20 Pro.

Если зарядка выдает только 10W, то 7,5W для iPhone она может не выдавать. И наоборот. В случаях неправильного подбора беспроводной зарядки и модели телефона зарядка будет идти с мощностью 5W.

Чем подключать к розетке

Беспроводное зарядное устройство должно быть подключено к розетке. Для каждого типа нужно использовать мощные зарядные блоки. Минимальная требуемая мощность — это 10W (5V/2A). Использовать что-то с меньшим выходом можно, но это будет мучением, а не удобным пользованием.

Для зарядки на повышенной мощности 7,5W и 10W нужно использовать зарядные блоки с функциями Quick Charge 3 и аналоги. Это необходимость, без которой беспроводная зарядка просто не сможет выдавать повышенную мощность.

В следующих статьях расскажу про нагрев зарядок, разные виды/функционалы и про новые разработки, которые будут воплощать в жизнь в течение 1-2 лет.

Что такое беспроводная зарядка и как она работает?

Все что нужно знать о беспроводной зарядке

За последние несколько лет беспроводная зарядка стала популярным вариантом для мобильных телефонов, умных часов и другой электроники. Легко понять почему. Вместо того, чтобы возиться с кабелями, вы просто кладете свой телефон на беспроводное зарядное устройство и поднимаете его, когда вам это нужно.

Но, как и многие современные технологии, многим это может показаться волшебством. Давайте все же разберемся как работает беспроводная зарядка?

Что такое беспроводная зарядка?

В большинстве современных беспроводных систем зарядки используется метод, называемый индукционной передачи мощности. В основном, это использует электрические катушки в одном устройстве для генерации тока внутри другого устройства.

Хотя эта технология может показаться инновацией в эпоху информации но ее истоки лежат в индустриальную эпоху. В 1894 году пара французских ученых разработала индукционную систему питания для электромобиля. Однако с популярностью двигателей внутреннего сгорания эта технология была быстро забыта.

Начиная с 1970-х годов, она начала привлекать к себе больше внимания. Различные ученые предложили новое, инновационное использование для передачи энергии индукции. Например, было несколько попыток использования транспортных средств с индукционным приводом, но они отошли на второй план, не оказав реального влияния на рынок.

Затем, в начале 90-х годов, зарядное устройство с индуктивным питанием, наконец, совершило прорыв. Но это не было использовано для телефонов. Это использовалось для электрических зубных щеток Oral-B. С тех пор несколько компаний стали партнерами в разработке единого стандарта и в 2008 году был основан Wireless Power Consortium (WPC). В 2010 году они определили стандарт Qi, который используется для большинства зарядных устройств для мобильных телефонов.

Беспроводные зарядные устройства

В течение следующих нескольких лет телефонные компании начали поддерживать этот стандарт. Первой была Nokia с выпуском Nokia 920 в 2012 году. Samsung последовал за ней в 2014 году, а Apple наконец-то вышла на рынок в 2016 году. Поскольку все крупные производители теперь используют стандарт Qi, на этом мы сосредоточимся.

Как работает беспроводная зарядка?

Беспроводная зарядка работает, пропуская ток через магнитную катушку, которая сделана из меди. Вместо того, чтобы быть постоянным током, ток колеблется, что означает, что он очень быстро меняет направление. Это создает небольшое локализованное магнитное поле, которое постоянно меняет полярность. Чем сильнее ток и чем быстрее колебание, тем сильнее будет магнитное поле.

Как работает беспроводная зарядка телефона

Между тем внутри приемного устройства есть аналогичная катушка. Когда он подходит достаточно близко к зарядному устройству, магнитное поле создает — или «индуцирует» — электрический ток внутри катушки. Этот ток передается через небольшой выпрямитель, который обеспечивает его соответствие требованиям батареи. Оттуда он работает на вашу батарею, как стандартное зарядное устройство.

Большие катушки или несколько катушек могут еще больше увеличить мощность, обеспечивая беспроводную зарядку даже очень мощных батарей. В зарядных устройствах для смартфонов катушки имеют диаметр всего несколько дюймов. Это не дает очень мощный ток, но этого достаточно, чтобы зарядить смартфон.

Читайте: Внешний беспроводной аккумулятор Samsung

В настоящее время предпринимаются попытки использовать индукционную мощность для зарядки более крупных батарей. Например, в настоящее время WiTricity продает автомобильное зарядное устройство с несколькими 10-дюймовыми катушками. Это допускает экстремальные уровни эффективности, более 90 процентов, при достаточно сильном токе для зарядки электромобилей.

Преимущества беспроводной зарядки

Итак, что делает беспроводную зарядку лучше, чем традиционная проводная зарядка? Есть несколько ощутимых преимуществ.

  • Очевидно, что нет необходимости в кабелях. Это означает отсутствие путаницы и отсутствие необходимости в отдельных зарядных кабелях для всех ваших электронных устройств.
  • Улучшенная долговечность. Поскольку вы не подключаете провода постоянно и не выдергивайте их, в зарядном порту устройства нет износа. Беспроводная зарядка также снижает риск повреждения зацепления или удара по зарядному шнуру.
  • Беспроводные зарядные устройства всегда включены. Если оставить подключенное зарядное устройство Qi, вы можете более или менее забыть, что в нем даже есть вилка. Если вы когда-нибудь забыли подключить зарядный кабель телефона к USB-порту, вы оцените это преимущество.
  • В некоторых устройствах это может устранить необходимость в открытых соединениях. Хотя на рынке не так много устройств, поддерживающих только беспроводную зарядку. Возможность телефона без порта зарядки, тем не менее, является многообещающей.

Что такое двусторонняя беспроводная зарядка?

Двусторонняя беспроводная зарядка, иногда называемая двусторонней зарядкой, позволяет одному устройству заряжать второе устройство. Он работает аналогично сквозной зарядке для банка питания.

Если это звучит немного расплывчато, давайте разберемся с примером. Предположим, у вас есть только одно беспроводное зарядное устройство, но вам нужно зарядить смартфон, а также набор беспроводных наушников. Вы можете положить свой телефон в зарядное устройство и установить наушники в верхней части телефона, и оба будут заряжаться.

Беспроводные зарядные устройства

Последние телефоны Samsung поддерживают эту функцию в течение нескольких месяцев с помощью функции «Wireless PowerShare». IPhone следующего поколения также будет поддерживать двустороннюю беспроводную зарядку.

Как вы использовать беспроводное зарядное устройство?

Для современных смартфонов, которые имеют эту встроенную технологию, это довольно просто.

  • Подключите беспроводное зарядное устройство к источнику питания. Как правило, это будет настенная розетка, но некоторые зарядные устройства также позволяют работать от источника питания, если вы находитесь в дороге.
  • Убедитесь, что зарядное устройство находится на ровной поверхности. Таким образом, ваш телефон не соскользнет и не будет поврежден.
  • Затем просто положите свой телефон на верхнюю часть зарядного устройства. Чем ближе к центру, тем эффективнее он будет заряжаться. Как только это будет сделано, ваш телефон или другие устройства начнут заряжаться в течение нескольких секунд.

Если вы хотите использовать свое беспроводное зарядное устройство для более старых устройств, есть доступные приемники Micro USB Qi. Они похожи на крошечные ключи. Просто подключите приемник к порту зарядки вашего устройства и повторите шаги, описанные выше.

Чем беспроводная зарядка отличается от проводной зарядке?

Есть несколько важных различий между беспроводной и проводной зарядкой. Мы уже упоминали несколько преимуществ, в том числе улучшенную долговечность, возможность зарядки нескольких устройств и очевидный факт, что вам не нужен кабель. Кроме того, они также устраняют риск взлома вашего смартфона, подключившись к общедоступному USB-терминалу в аэропорту или на вокзале.

Тем не менее, есть несколько недостатков, о которых вы также должны знать.

Начнем с того, что беспроводная зарядка менее эффективна, чем проводная зарядка. В зависимости от вашего зарядного устройства зарядка устройства может занимать в два раза больше времени. Более того, беспроводная зарядка не поддерживает функции быстрой зарядки, которые есть во многих устройствах USB Type-C.

Беспроводная зарядка может вызвать перегрев устройства, хотя это происходит редко. Тем не менее, известно, что это вызывает проблемы у некоторых людей.

Что такое беспроводная зарядка и как она работает

Наконец, беспроводные зарядные устройства стоят дороже, чем простой шнур для зарядки. Следует признать, что это незначительная проблема. Беспроводное зарядное устройство обойдется вам примерно в в два раза дороже чем хороший кабель.

Может ли беспроводная зарядка повредить аккумулятор?

Верьте или нет, беспроводная зарядка на самом деле лучше для вашей батареи, чем проводная зарядка. Поскольку ток проходит через зарядное устройство и только косвенно достигает вашего телефона, снижается риск повреждения от скачков напряжения или других сбоев.

Хотя мы упоминали, что беспроводные зарядные устройства могут вызвать перегрев вашего устройства, это происходит редко и почти никогда не произойдет на хорошем качественном устройстве. Современные литий-ионные аккумуляторы имеют модуль защитной схемы (PCM), который автоматически отключает ток, если аккумулятор становится слишком горячим. Только дешевые телефоны не будут иметь эту функцию.

Работает ли беспроводная зарядка, если у телефона есть чехол?

Ответ — да, по большей части. Поскольку беспроводная зарядка не зависит от физического контакта, небольшое количество дополнительного разделения, создаваемого большинством телефонных чехлов, не будет иметь значения.

Тем не менее, очень толстый корпус может привести к некоторой потере эффективности. Если вы используете очень толстый чехол для телефона, ваш телефон может заряжаться немного медленнее.

Беспроводные зарядные устройства

Единственный случай, когда вы столкнетесь с серьезной проблемой, — это использование металлического чехла для телефона. Алюминиевые чехлы для телефонов — нишевый продукт, но некоторые люди предпочитают их из-за их чрезвычайной долговечности. К сожалению, небольшое магнитное поле не проникает в алюминиевую оболочку.

Возможна ли беспроводная зарядка на большие расстояния?

Да возможна. Проблема в том, что для зарядки на любом значительном расстоянии около 1 метра требуется чрезвычайно сильное магнитное поле. Это мощное поле может нанести радиационный ущерб людям, домашним животным. Очевидно, это плохая идея для комнаты. Никто еще не нашел решение этой проблемы.

Тем не менее, несколько компаний работают над решением этой проблемы. Например, в 2018 году Apple запатентовала беспроводное зарядное устройство RF. Тем не менее, они еще ничего не сделали с ним. Придется подождать и посмотреть, как развивается технология. Новые эксперименты были сосредоточены на зарядке с помощью оптического света и других альтернативных методов. Но на момент написания этой статьи никто не выпустил беспроводное зарядное устройство дальнего радиуса действия, пригодное для домашнего использования.

Источник: powerbankexpert

Как работает беспроводная зарядка для телефона: ответ специалиста

Всем привет! Беспроводная зарядка уже давно перешла из разряда «вау» в категорию «доступные аксессуары». С одного боку – она полностью исключает физический контакт между адаптером и портом гаджета. С другого – наблюдаются проблемы с толстыми чехлами и перегревом смартфона. Почему так происходит и как пользоваться беспроводной зарядкой для телефона? – рассмотрено в рамках данной статьи.

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Принцип работы

Что такое беспроводная зарядка? Ученые прошлых лет по крупицам собирали требуемые знания, чтобы мы сегодня могли использовать данный аппарат с теми функциями, которыми он наделен. Две сотни лет назад, в 1820 году, физик Андре-Мари Ампер смог доказать, что электрический ток создаёт магнитное поле. Майкл Фарадей в 1831 году открыл закон индукции, который лег в основу всех беспроводных зарядных наработок современности.

1888 год Генрих Герц в своих наблюдениях и расчетах предоставил миру доказательство существования электромагнитного поля. Благодаря этим знаниям, Никола Тесла сумел в собственных экспериментах передать энергию на расстояние, что подтверждается случаем 1893 года, на всемирной выставке в Чикаго. С тех пор многие экспериментировали с дистанционной передачей энергии разными способами (в том числе беспроводным способом), и до сих пор продолжают этим заниматься.

Спрос же на беспроводные зарядки появился только в 21 веке, когда практически у каждого человека в руках появился смартфон.

Как работает беспроводная зарядка? У нее принцип действия достаточно простой: в конструкции присутствуют две катушки, одна в смартфоне, вторая в беспроводной зарядке. Они располагаются параллельно друг другу. Когда на одну катушку подается ток, вокруг катушки создается магнитное поле, которое благодаря индукции передает ток на вторую катушку.

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Стандарты станций

Магнитное поле возникает после подведения переменного высокочастотного тока. Он конвертируется в постоянный во время передачи на портативную технику.

Частота тока – это важный показатель, из-за которого выбирается концепция построения беспроводного «чарджера». Она может быть с магнитной индукцией или с магнитным резонансом.

Магнитно-индукционные

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Станции «wireless charger» данного типа транслируют энергию на дальность в пределах 1 см и работают с частотой переменного тока 100-357 кГц. Для бесконтактного заряда смартфона такой станцией нужно, чтобы тот поддерживал такой диапазон частот.

Поскольку магнитное поля блокируется металлом, смартфоны с металлическим корпусом не подходят для работы со станцией. Рекомендовано, чтобы задняя крышка, под которой размещена катушка, была из стекла или пластика. Чехол, из толстой «резины» тоже может занижать показатели заряда от такого зарядного устройства, или же вовсе мешать это делать.

Принцип магнитной индукции заложен в беспроводное зарядное устройство Qi и PMA:

  1. Qi – стандарт Wireless Power Consortium (WPC), наработки которого ведутся с 2008 года, и есть в общем доступе. Его впервые применила Apple для iPhone 8 и использует в новой линейке смартфонов. Также, этот стандарт взяли на вооружение Самсунг, Хуавей, Сяоми и ряд других компаний гигантов по производству смартфонов.
  2. PMA – стандарт Power Matters Alliance (PMA), которой «Альянс» занимался с 2012 по 1015 год. Достаточное распространение стандарт получил в Америке, постольку его продвижением занимался мобильный провайдер «AT&T» и сеть Старбакс. Сейчас, PMA приобрела «AirFuel Alliance» и совместно выкатывают альтернативный тип беспроводного устройства типа AirFuel (о нем чуть ниже). Поддержка данного стандарта (PMA) все еще присутствует у технологических передовиков – Samsung, в моделях Galaxy S10, S10+ и S10e.

Магнитно-резонансные

Отличие в этих станциях кардинальное – частота тока высокая (до 6,78 МГц). Благодаря этому радиус зарядки увеличивается до коридора 4-5 см.

Разница в том, что концепция разрешает размещать катушки как угодно в пределах расстояния в 5 см, то есть, использовать беспроводную зарядку можно, просто поднеся телефон в любом положении к ней. Также, это разрешает делать устройства не только в виде коврика или подставки, но и придумывать более изощренные формы.

Такой стандарт можно увидеть в зарядных устройствах от Rezence и AirFuel:

  1. Rezence – стандарт «Alliance for Wireless Power» (A4WP), наработки которого велись в 2012-2015 году. Позиционировался в качестве «лучшей» альтернативы Qi из-за увеличенного расстояния. В данный момент A4WP входит в «AirFuel Alliance» и полностью сосредоточен на AirFuel.

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

  1. AirFuel – стандарт, над котором кропотливо работают. Пока что, он еще не вышел на массовый рынок, и чем он сможет удивить общественность, пока что не ясно. Но, Хуавей заявила, что они сразу же возьмут его на вооружение, и будут его поддерживать в новых моделях своих смартфонов под брендами Huawei и Honor.

Предполагается, что будущее за AirFuel, которое в теории разрешит применять дистанционную зарядку, размещая ее под столом или в других скрытых местах. Также, она будет одновременно работать с многими мобильными и портативными устройствами.

Насколько мощная беспроводная зарядка?

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Поскольку моделей зарядных устройств много, они отличаются по уровню мощности на входе и на выходе. Обычно, она находится в коридоре 5-20 Вт. Этот показатель присутствует в технических характеристиках устройства.

Мощность также могут указывать, исходя из силы тока или напряжения. Но главное то, что по данным показателям можно будет определить – как быстро получится зарядить устройство.

Формула проста: Мощность (Ватт) = Напряжение (Вольт) х Сила тока (Ампер).

Если мощности адаптера питания будет хватать, на выходе беспроводной чарджер способен выдавать максимально возможную мощность.

Как правильно использовать

Чтобы работала беспроводная зарядка для телефона, необходимо:

  1. Подключить станцию в сеть 220В с помощью адаптера и разместить на плоской поверхности.
  2. Поместить на нее смартфон или иное устройство с поддержкой работы используемого стандарта (в данном случае Qi).
  3. Увидеть на смартфоне, что процесс зарядки запущен, после чего можно оставить гаджет заряжаться.

Как работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использованиеКак работает беспроводная зарядка: что это такое, принцип действия и использование

Если не работает беспроводная зарядка, хотя устройство ее поддерживает, проверьте, правильно ли вы поместили на нее устройство. Ориентируйтесь на метки, которыми производитель помечает места для размещения смартфона на зарядке.

Инфракрасный лазер Wi-Charge зарядит смартфон, ноутбук и элементы IoT на расстоянии

Приветствуем вас на страницах блога iCover! Представьте себе, что необходимость заряжать огромное количество стационарных и мобильных устройств в вашем умном доме привычными способами осталась в прошлом. Ваш смартфон всегда на связи, планшет всегда готов предоставить вам нужную информацию, а универсальный пульт управления может отдать нужную команду любому из устройств 24 часа в сутки. Отпала необходимость в несметном количестве проводов, нет больше мертвых устройств и не нужно больше ждать, когда освободиться одна из имеющихся в распоряжении розеток. Свой вариант решения проблемы беспроводной зарядки предложил израильский стартап Wi-Charge о котором мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.




IoT – оформившийся тренд наших дней, объединяет в единой сети множество подключенных беспроводных устройств – интеллектуальных датчиков, IP-камер, динамиков и пр. Количество точек раздачи электроэнергии, необходимых для систематической подзарядки этой массы умной электроники может исчисляться многими десятками, а кабелей – сотнями метров. Добавьте сюда же необходимость вынужденного и постоянного контроля уровня заряда. Израильский стартап Wi-Charge предложил систему автоматической беспроводной зарядки совместимых домашних, офисных или промышленных устройств в режиме 24/7/365.

Вполне вероятно, что перспективность разработки стимулирует производителей широкого спектра техники, нуждающихся в беспроводной зарядке в доукомплектации девайсов и оборудования встроенными приемниками, поддерживающими технологию Wi-Charge. В качестве временной альтернативы разработчики предлагают использовать в качестве приемных устройств отдельные внешние блоки, коммутируемые с заряжаемыми устройствами удобным способом. В перспективе, и в соответствии с конечной целью команды разработчиков, зарядка устройств будет проходить полностью автоматически и незаметно для пользователей “умной инфраструктуры”, а приемник сигнала встроен в заряжаемое устройство на аппаратном уровне.

Все существующие беспроводные технологии питания сегодня, так или иначе, относятся к одной из двух категорий: зарядка на уровне ближнего или же на уровне дальнего поля. В первом случае используется метод магнитной индукции. Базовая станция состоит из индукционной катушки, создающей электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В устройстве, которое необходимо заряжать, находится приемная катушка, которая конвертирует энергию магнитного поля в постоянный ток, заряжающий аккумулятор.

Технологии зарядки на уровне дальнего поля пока все еще находятся в зачаточном состоянии, хотя такие стартапы, как uBeam и Energous вселяют надежду на изменение ситуации в будущем. В подавляющем большинстве случаев камнем преткновения становятся недостаточное расстояние или малая вырабатываемая мощность. Основатели проекта уверены, что технология Wi-Charge принципиально отличается от ранее предложенных идей и снимает многие ограничения, поскольку будет способна обеспечить высокоэффективную зарядку мобильных устройств и элементов IoT на расстоянии до 50м и более.

“Wi-Charge — единственная “дальнобойная” система беспроводной зарядки, позволяющая эффективно и в автоматическом режиме зарядить ваш мобильный телефон, устройства умного дома, и носимую электронику. Использовать и установить систему Wi-Charge так же просто, как заменить лампочку, она настолько же эффективна, как и обычная розетка. Любое устройство, размещенное в радиусе действия передатчика Wi-Charge будет заряжаться автоматически и непрерывно, даже тогда, когда вы их используете. Мы делаем мобильные устройства по-настоящему мобильными, 24/7” – говориться на сайте проекта.

Ортал Алперт (Ortal Alpert), главный разработчик Wi-Charge, осмысливал концепцию в течение долгих лет. Используя колоссальный опыт оптического инженера он сумел предложить инновационную технологию беспроводной зарядки с использованием энергии света в инфракрасной части спектра. О первых результатах работы над проектом Wi-Charge было заявлено еще в декабре 2013 года. Но на тот момент речь шла о первых достаточно сырых прототипах с ограниченным радиусом действия. В основу усовершенствованной технологии были положены две запатентованные несколько позже идеи.

Как это работает

Как мы уже упомянули, для зарядки при помощи Wi-Charge будет применяться невидимое для пользователей инфракрасное излучение. Специальный инфракрасный трансмиттер крепится на потолке. Направленные лучи инфракрасного лазера могут улавливаться фотогальваническими элементами, вырабатывающими электричество на значительном расстоянии.

Предложенные ранее технологии беспроводной зарядки посредством лазера в космическом лифте НАСА и БЛА оказались нежизнеспособными в городских условиях в силу ряда причин:

1. Небезопасности. Луч должен быть точно направлен на удаленный приемник, что влечет за собой существенное удорожание и усложнение схемы на фоне растущей небезопасности. Согласно принципам, использованным в технологии Wi-Charge, генерируется специальный тип луча, который, эффективно заряжая удаленное устройство не требует выполнения вышестоящего условия.

На рисунке выше изображены стандартные блоки (зеркало – усилитель — зеркало) структурной схемы лазерного резонатора, но расположенные специальным образом. Используются зеркала-светоотражатели, позволяющие направить излучение обратно к источнику и далее усилить его. Благодаря таким особенностям схемы два зеркала, расположенные в прямой видимости друг от друга образуют резонатор. Первое зеркало + среда усиления “А“ принимается в качестве передатчика, а комбинация второго зеркала с фотоэлектрической ячейкой – в качестве приемника.

Достоинства технологии

«Дальнобойность» — преимущество использования света с короткой длиной волны позволяет осуществлять беспроводную зарядку на сравнительно больших расстояниях. Свет в отсутствии препятствий способен перемещаться на большие расстояния с минимальным отклонением и легко добирается до удаленных устройств.

Большой радиус действия

Передатчик и приемник находят друг друга без необходимости принятия дополнительных технических мер и организации отслеживания. Пользовательский опыт в данном случае аналогичен Wi-Fi – зарядка будет происходить в помещении, где будет расположен Wi-Charge. Для зарядки (в случае интеграции приемника на уровне схемы заряжаемого устройства) никаких специальных действий от пользователя не потребуется, в отличие от существующих способов подключения, где от пользователя потребуется ряд действий.

Безопасность решения

Технология является искробезопасной. Луч, обеспечивающий зарядку приемника не в состоянии причинить вреда технике, человеку или животным. Никакого дополнительного программного обеспечения и осложняющих принцип реализации процесса зарядки схемотехнических решений технология не предполагает, что исключает вероятность провоцирования опасной ситуации в перспективе вследствие сбоев. В момент пересечения траектории луча, следующего от приемника к источнику эффект пропадает, любое воздействие на человека становится невозможным в принципе.

Вредное излучение отсутствует

В отличие от индуктивных технологий, излучающих в пространство комнаты значительную часть ВЧ-мощности, во время зарядки устройства, лежащего на зарядной панели, технология Wi-Charge, использующая инфракрасный лазер 1 класса не сопровождается РЧ-излучением в принципе. Этот момент оказывается важен и с точки зрения 0-го воздействия Wi-Charge на работающие в помещении электрические схемы.

Масштабирование без ограничений

Одно из ключевых преимуществ технологии Wi-Charge – возможность масштабирования. Количество поставленной мощности может меняться от нескольких милливатт для датчика запитки до сотен ватт, используемых в промышленных или даже военных целях. Для потребительского рынка устройств, таких как смартфоны и носимые гаджеты, Wi-Charge рассчитывает начать с системы, способной выдавать 10 Вт.

В отличие от альтернативных технологий позволяющих осуществлять направленную передачу энергии, Wi-Charge плата имеет компактные размеры. В качестве элемента приемника, как указано на сайте разработчика технологии, может быть использован модуль камеры смартфона.

Первоначально разработку планировали завершить к середине 2015 года. Как сообщает ресурс spectrum.ieee.org, сотрудники которого получили возможность оценить степень готовности прототипов в непосредственном общении с разработчиками, первый коммерческий продукт, реализованный на принципах технологии Wi-Charge выйдет в конце 2016 года и будет ориентирован на инфраструктуру IoT и умного дома. Через год компания планирует выпустить мобильное решение для зарядки смартфонов.

Конкурент

Прямой конкурент Wi-Charge – система беспроводной зарядки “Cota” о готовности прототипа которой стартап Ossia заявил еще в апреле 2015 года. Как и Wi-Charge система была впервые представлена в 2013 году. Для зарядки система использует радиоволны в том же диапазоне, что и стандарты Wi-Fi и Bluetooth, что конечно же очень удобно, поскольку снимает вопрос разработки приемника специальной конструкции. При наличии в устройстве антенны Wi-Fi и Bluetooth прием энергии будет осуществляться непосредственно на нее. При отсутствии антенны в устройство для сопряжения с сигналом потребуется встроить специальный чипсет.


Чипсет Cota

Принцип действия Cota основан на фокусировке радиосигнала на заряжаемом устройстве. Это позволяет передавать ему сигнал мощностью 1 Вт — треть той мощности, которую обеспечивает мобильному телефону порт USB.

Второе преимущество принципа, используемого в системе “Cota” – возможность зарядки вне зоны прямой видимости, в том числе, в соседнем помещении. Вместе с тем, радиус действия беспроводного ЗУ Сота составляет 10 м, в то время как радиус действия устройств, работающих по технологии Wi-Charge не ограничивается диапазоном в 50 м. Второе ограничение – мощность передаваемого сигнала, которая в Сота составляет до 1 Вт, т. е. треть мощности, гененерируемой при стандартном способе зарядки через порт USB. В сравнении, уже стартовый продукт Wi-Charge, который компания планирует запустить к концу 2016 года сможет генерировать 10Вт электроэнергии.

Источник 1

Источник 2


Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами актуальными новостями, обзорными материалами и другими публикациями, и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события

Беспроводная зарядка своими руками: как правильно сделать, инструкция

С повышением количества мобильных устройств на руках жителей планеты, как никогда встает вопрос обеспечения приборов питанием. Конечно, самый простой способ – зарядка аккумуляторных батарей, с последующим использованием накопленного тока. Вот только, бесконечное подключение или отсоединение зарядного кабеля к устройству приводит со временем к разбалтыванию и выходу разъемов из строя. Вариантом решения служит беспроводная зарядка, сделанная своими руками или приобретенная в магазине.

Принцип работы беспроводной зарядки для телефона

К сожалению, современные модели представленных устройств передачи тока по эфиру имеют некоторые недостатки. Но удобство применения такого оборудования позволяет закрыть глаза на его минусы. Собственно, весь процесс зарядки заключается в помещении мобильного устройства рядом или на специальную платформу – передатчик. Конечно же, телефон, планшет, смарт–часы, ноутбук или иное конечное перемещаемое устройство должны быть оборудованы соответствующим клиентским получателем тока по воздуху.
Зарядка телефона по воздуху: один из вариантов исполнения

Топовый ценовой сегмент устройств уже, скорее всего, содержит в своей конструкции встроенный приемник индукционных сигналов одного из распространенных стандартов – Qi, PMA и AirFuel, а соответствующий передатчик можно приобрести уже в сборе, или отдельно, а также он, бывает, что поставляется вместе с мобильным оборудованием. Есть и проприетарные, закрытые стандарты беспроводной зарядки, которые используются, к примеру, фирмой Samsung для своих продуктов.

Но основная разница состоит не в принципе передачи – используется всегда физический эффект электромагнитной индукции, – а в частоте переменного тока на выходе передатчика. Стандарт Qi, который разрабатывается концерном компаний по использованию беспроводной энергии WPC, характерен этим параметром излучателей в пределах 100-205 кГц. PMA, производимый одноименной компанией, применяет для передачи тока диапазон 277-357 кГц.

Хоть он и проиграл конкурентную борьбу с QI, многие производители оставляют возможность его использования в своих устройствах беспроводной зарядки, или гибридным образом оба стандарта, или конкретно одного PMA.
Гибридное беспроводное зарядное устройство

После падения технологии PMA фирма, его ранее производящая, объединила свои усилия с более чем 200 компаниями, входящими в концерн WPC. Результатом стала разработка нового стандарта AirFuel, который подразумевает подключение передающих катушек, выполняющих роль антенн, на резонансных частотах, что позволило увеличить расстояние приема и общий КПД системы зарядки.
Передача тока по воздуху

Вопросом, как сделать беспроводную зарядку или передачу питания различным устройствам по воздуху, задавались люди еще более 200 лет назад. Конечно, тогда не было аккумуляторов, но существовали их прообразы – лейденские банки. Поэтому и вопрос их подзарядки или непосредственного снабжения энергией устройств-потребителей без использования проводов и поднимался.

Еще в XIX веке, родоначальник всей электрической физики – Андре Ампер, от имени которого и получала название единица измерения силы тока, открыл физическое явление электромагнитной индукции.

Основные его труды в этом направлении связаны с наблюдением за опытами. Им было замечено, что есть взаимосвязь, при возникновении электромагнитного поля в двух рядом расположенных проволочных катушках. Если подать ток в одну, то и во второй будет наблюдаться возникновение тока на концах ее проводников и общего магнитного эффекта. Было установлено, путем проведенных экспериментов, что мощность электромагнитной индукции сильно падает при увеличении расстояния между обмотками.
Тот самый Андре-Мари Ампер

Спустя почти 100 лет, работы Ампера были продолжены гением своего времени – Николой Тесла, который изучал передачу высокочастотных токов по воздуху и проектировал различные устройства их приема, с использованием такой технологии.

Постепенно физические принципы, лежащие в основе приборов обмена питанием через эфир, были подзабыты и не использовались. Слишком высоки затраты мощности передаваемого тока, малы расстояния, сложно производство принимающего и передающего оборудования на большие дистанции.

Второе дыхание технология получила с развитием носимых гаджетов и необходимостью их постоянной подзарядки. Аккумуляторы мобильных устройств имеют конечную емкость, весьма невеликую из-за своего размера, в то же время, внутренняя начинка сотовых телефонов, планшетов, «умных» часов и прочих мобильных устройств становится все более «жадной» к потреблению, что и приводит к необходимости постоянного подключения источника тока.

Состав беспроводной зарядки для телефона

Самодельное беспроводное зарядное устройство

Прежде чем изготавливать индукционную беспроводную зарядку для телефона своими руками, необходимо разобраться, какие компоненты относятся к приемнику, а что входит в состав передатчика. Индукционная токовая связь подразумевает генератор частоты сигнала. Можно использовать как самый простой – на одном транзисторе, так и более сложный – применяя сборку на микросхемах.

Минус первого способа – его относительно низкие частоты работы. А от этого параметра прибора как раз зависит дальность расстояния передачи, возникновение вихревых, паразитных токов в рядом расположенных металлических предметах, общая сложность монтажа антенны, – она должна состоять из двух взаимосвязанных обмоток. Схемы второго типа лишены этих недостатков.

В сущности, излучатель в системах индукционной связи и состоит из самого блока питания, выдающего напряжение, генератора, превращающего постоянный ток в последовательность импульсов, и передающей антенны – в роли которой используется намотанная проволокой своеобразная катушка.

Схема приемника еще проще. Обмотка-антенна через диод и конденсатор, преобразующий импульсы в постоянный ток, подключены к входам потребителя, в качестве которых может выступать зарядный штекер мобильного устройства или его аккумуляторная батарея напрямую.

В существующих схемах используемые токи малы, происходит передача энергии мощностью не более 5В.

Преимущества и недостатки самодельной беспроводной зарядки

Прежде чем перейти к тому, как сделать беспроводную зарядку для телефона, планшета или иного мобильного устройства, желательно быть уверенным в необходимости ее использования, учитывая все плюсы и минусы существующих систем питания без проводов.

Итак, плюсы, если изготовить схему беспроводной зарядки своими руками:

  • стоимость конструкции на порядок ниже, чем у покупных вариантов;
  • удобство применения – нет необходимости бесконечно вставлять или вынимать штекер зарядного устройства, достаточно просто положить телефон рядом с передающей частью;
  • из предыдущего пункта проистекает уменьшение износа разъемов;
  • ну, и конечно же, повышение своего ЧСВ и профессионализма в результате самостоятельного изготовления устройства.

Один из вариантов самодельных беспроводных зарядок

Есть у конструкции и несколько минусов:

  • необходимость доставания/покупки деталей;
  • умение паять или представление о процедуре монтажа схемы;
  • медленная зарядка устройств при передачах энергии по воздуху, которая происходит в несколько раз дольше. Это характерно и для промышленных вариантов исполнения беспроводных зарядок.
  • малое расстояние, на котором работает технология.
  • относительная сложность сборки без гарантии успеха.
  • наличие индукционных токов при работе беспроводной зарядки. Они, конечно, микроскопические, тем не менее, могут вызывать нагрев металлических поверхностей, электронных компонентов, отрицательно сказываться на здоровье. Кроме того, они вносят помехи в работу радиооборудования и оказывают общее негативное влияние на электронику.

Инструкция по созданию беспроводной зарядки своими руками

Описываться будет достаточно простая схема беспроводной зарядки. Передатчик в ней выполнен на микросхеме таймере – формирователе одиночных импульсов и полевом транзисторе, а приемник на диоде и стабилизаторе.
Схема беспроводной зарядки

Простота конструкции дает возможность произвести ее даже навесным монтажом. Необходимо только помнить о том, что микросхемы и вообще полупроводниковые элементы не любят перегрева, поэтому сборку нужно выполнять придерживая пинцетом ножки критических компонентов схемы между их корпусом и местом пайки. Это позволит уменьшить температуру чувствительной части – пинцет будет работать, как радиатор.

Лучше использовать специальную панельку, для размещения на ней микросхемы таймера.

Инструменты и материалы для изготовления беспроводной зарядки

Для изготовления схемы беспроводной зарядки понадобятся:

  • ножницы или кусачки для работы с проволокой;
  • флюс и припой, в простейшем варианте канифоль и олово;
  • паяльник 25-40Вт;
  • обычное зарядное устройство от мобильного телефона;
  • микросхема формирователя импульсов NE555 на 5В;
  • мощный полевой транзистор IRF-Z44;
    Пример расположения выводов на аналоге транзистора
  • стабилизатор напряжения 7805;
    Расположение пинов стабилизатора
  • диод M4, для схемы приемника;
  • конденсаторы – два по 10n, и по одному 100n и 10µ;
  • резисторы – 10 Ом и 1 кОм;
  • медная, лакированная проволока для антенны – сечением 1 мм и 0,35-0,4 мм.

Изготовление передатчика

Как уже говорилось, монтаж схемы передатчика можно сделать, как навесной, так и на макетной или самостоятельно травленой плате. Здесь его размеры особого значения не имеют. Единственное замечание – антенна должна быть расположена ближе к подложке, на которую впоследствии помещается приемник.

Сама форма катушки также влияния на представленную схему большого не имеет, но рекомендуется выполнить ее спиральной формой, как на фотографии. Это улучшит характеристики передачи энергии, позволит повысить расстояние между приемником и излучателем.
Передатчик на травленной плате и с антенной хорошей формы

Намотку рекомендуется проводить внутри какого-либо корпуса круглой формы – к примеру, в коробке от CD диска – в том месте, где он сам находился. Туда укладывается провод, с оставлением кончика, к которому будет припаян один из контактов самого передатчика, и потом витками, оборачивая вокруг предыдущих, укладывается проволока. Нужно сделать 25 таких оборотов.

После окончания намотки рекомендуется залить всю конструкцию универсальным клеем или эпоксидной смолой, оставив только конечные выходы проволоки. Которые в свою очередь необходимо залудить, а впоследствии и подсоединить к выходам излучателя.
Схема излучателя

Изготовление приёмника

Приемник собрать еще проще. В нем минимум элементов. Вот только в его случае лучше всего осуществлять намотку антенны спиральным способом, для уменьшения размера схемы. Хотя самодельное приемное устройство, с высокой вероятностью, все равно не поместится в корпус телефона. А вот для планшетов есть реальный шанс его встроенного использования, так-как обычно в корпусе подобных устройств есть еще много свободного места.

Элементы схемы скрепляются пайкой. В идеале желательно использовать SMD компоненты, но можно обойтись и обычными радиодеталями. Намотка катушки антенны производится проволокой или проводом сечения 0,35-0,4 мм. Для уверенного приема индуцированных токов необходимо сделать 30 витков.
Схема приемника

Соединение элементов

Хотелось бы заметить, что, как и для любой передающей и принимающей аппаратуры – в случае индукционной также необходима аккуратность выполнения. Просто смотать в кучу присоединенные элементы не получится – будут возникать паразитные электрические связи, которые сведут на нет весь толк от собранного прибора.

Для исполнения схемы все же рекомендуется вытравить их из заготовок, или же в случае недоступности фольгированного текстолита – использовать макетную плату. Все соединения – пайка, никаких скруток. Слишком ненадежно и мало того, что будет плохой контакт, так еще и в случае его возникновения будет трудно найти источник проблемы.

Особенности процесса сборки и подключения

Тут нужно помнить о том, что приемник будет присоединен к реальному, достаточно дорогому устройству–потребителю. Поэтому, перед присоединением нужно мультиметром проверить полярность на выходах приемника и наличие необходимого напряжения при работе собранной схемы – оно должно быть в пределах 4-5В.
Стрелочный мультиметр – удобен для определения полярности

Также нужно определиться, как подключать потребителя. Здесь два варианта – или напрямую к аккумулятору, но в этом случае не будет видно, заряжен он уже или нет при выключенном устройстве, или в штатный разъем питания.

В обоих случаях обязательна проверка полярности и допустимых токов! Цена упущения – последующая функциональность мобильного устройства.

Модели телефонов, поддерживающие беспроводную зарядку

Собственно говоря, весь топовый сегмент мобильного оборудования от известных производителей обладает приемниками индукционных токов. Среди них аппараты Apple, Blackerry, Sony, Yota, Kyosera, Motorola, LG, Samsung, Asus, Google, HTC, Nokia.

Советы по выбору комплектующих

Богатство существующей элементарной базы

Многие элементы схемы индуктивного передатчика и приемника тока имеют как российские, так и зарубежные аналоги. К примеру, таймер NE555 можно безболезненно заменить на его полные аналоги (для некоторых необходимо будет проверить калибровку ножек и рабочее напряжение) – 1006ВИ1, 1006ВИ2, AN1555(N), GL555, LB8555(D|P), LM555(CN|N), MC1455(P|P1), NJM555D, RC555, TA7555P, UPC1555(C), UPC617C, KP1006ВИ1(А), KФ1006ВИ1, 142EH6, ICM7555(CBA-T|IPA)), LM555(CM|N), MC1455(D|U|G|P1), NE555(D|M|P|N), TA7555(F|S), UA555(TC(-8)|PC), ECG955M, M51841P.

В качестве полевого транзистора подойдут его варианты MTP50N05, КП723А, MTP50N06V, STP45NE06, STP50N06, MTB50N06V, STB45NF06T4, HUF75329(P3|S3(S)), STP45NF06, STP60NF06, STB60NF06(T4|L|LT4) или близкие по характеристикам.

Диод М4 в приемном контуре – заменяется любым с допустимыми токами 1А/400В. Можно чуть менее мощным, так как сила приходящего питания намного меньше.

Стабилизатор напряжения также можно заменить любым с выходным током 5В. Полные аналоги: L7805CV, MC7805CTG, русский КР142ЕН5А.

Измерение КПД беспроводных зарядных устройств в реальных условиях эксплуатации

В настоящее время беспроводные зарядные устройства могут быть реализованы различными способами, каждый из которых отличается своим набором преимуществ. Тем не менее, для всех типов беспроводных зарядных устройств насущным вопросом остается эффективность беспроводной передачи энергии. По понятным причинам многие инженеры относятся скептически к беспроводным зарядным устройствам, так как трудно представить себе, что две катушки индуктивности, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, могут сколь-нибудь эффективно передавать энергию заряжаемому аккумулятору.

Однако имеющиеся на сегодняшний день конкретные данные о КПД беспроводных зарядных устройств позволяют объективно оценивать различные стандарты и помогают сделать обоснованный выбор в отношении того или иного варианта зарядного устройства. Кроме того, данные об эффективности беспроводной передачи энергии позволяют разработчикам продукции определить, в какой мере приходится «расплачиваться» снижением КПД за те или иные преимущества для пользователя.

Следует признать, что в открытых публикациях содержится недостаточно данных, позволяющих сравнить различные стандарты беспроводной передачи энергии в реальных условиях эксплуатации. Разработчики источников электропитания обычно оценивают качество источника питания по его КПД в диапазоне нагрузок. Соответственно, и беспроводные системы зарядки, являющиеся, по сути, разновидностью источников питания, часто характеризуются эффективностью передачи энергии при заданном токе нагрузки. Однако применение этого правила, принятого в индустрии источников питания, дает искаженные и неточные характеристики применительно к беспроводным системам зарядки.

Более точно КПД беспроводного зарядного устройства можно определить путем сравнения энергии, накопленной аккумулятором в течение полного цикла зарядки, с энергией, полученной беспроводным передатчиком питания в течение того же цикла зарядки.

Беспроводная зарядка для бытовых мобильных электронных устройств получила широкое распространение и была реализована в нескольких вариантах, каждый из которых предлагает свой набор преимуществ. К сожалению, различные системы беспроводной зарядки не совместимы друг с другом, поэтому разработчикам, планирующим использование в своих изделиях технологии беспроводной зарядки, необходимо изучить преимущества и недостатки всех существующих стандартов. Основным критерием выбора системы беспроводной зарядки является компромисс между эффективностью передачи энергии и преимуществами, предлагаемыми пользователям. Однако отсутствие единой отраслевой методики измерения эффективности не позволяет оценить преимущества и недостатки основных вариантов беспроводной зарядки.

Основные характеристики систем беспроводной зарядки, использующих для передачи энергии переменное магнитное поле, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики систем беспроводной зарядки








Конфигурация катушек

Поддерживаемые стандарты

Рабочая частота, кГц

Структура антенны

Преимущества*

Резонансная (слабосвязанная)

Rezence

6780

Периметральная

Увеличенное расстояние по оси Z

Qi

105

Планарная или матрица катушек

Несколько устройств

Индуктивная (сильносвязанная)

Qi

110 ~ 205

Планарная или матрица катушек

Высокий КПД

PMA

200 ~ 300

Привлекательная цена

* — В настоящее время на рынке отсутствуют устройства, работающие по стандарту Rezence. Заявленные преимущества представлены на основе материалов, опубликованных в открытой печати.

Различия между стандартами беспроводной зарядки

Большинство беспроводных зарядных устройств выпускается в конфигурации с сильносвязанными катушками. Классическим примером такой системы является смартфон, установленный в беспроводную зарядную подставку на рабочем столе. Конфигурация с сильносвязанными катушками обеспечивает максимальный КПД, минимальный уровень помехоэмиссии и минимальную стоимость.

В слабосвязанных конфигурациях передатчик устанавливается на поверхности панели, столешницы или других частях мебели, при этом заряжаемое устройство может располагаться где-то поблизости от передатчика. Слабосвязанные конфигурации могут встраиваться в готовую мебель и охватывают 5…10% объема продаж беспроводных зарядных устройств. Их основным преимуществом является большее расстояние до заряжаемого устройства, что достигается за счет меньшего КПД и большей стоимости. Недостатком слабосвязанных конфигураций с высокой рабочей частотой является также проблема обеспечения соответствия нормам помехоэмиссии.

Одна из проблем, связанных с получением пригодных для практики данных об эффективности различных способов беспроводной зарядки, заключается в отсутствии согласованной методики измерений. Эффективность передачи энергии от катушки к катушке или от входа к выходу преобразователя постоянного тока не позволяют оценить общий КПД системы. Например, сильносвязанные (нерезонансные) и слабосвязанные (резонансные) системы могут обеспечить эффективность передачи энергии свыше 90%. Однако эти данные могут ввести в заблуждение, так как высокая эффективность передачи энергии не означает, что и общий КПД системы составляет 90%.

При измерениях с нагрузкой, подключенной к выходу выпрямителя беспроводного приемника (рис. 1, выход A), также можно получить высокие значения эффективности передачи энергии в нагрузку (более 85% в сильносвязанных и 75% в слабосвязанных системах). Но и эти данные не могут рассматриваться как характеристика общего КПД системы. Более точным показателем реальной эффективности являются результаты измерений на выходе стабилизатора напряжения (рисунок 1, выход B), однако его выходное напряжение и сопротивление нагрузки необходимо выбирать с учетом имитации цикла зарядки аккумулятора (рис. 1, выход C).

Рис. 1. Схема измерения КПД системы беспроводной зарядки

Консорциум беспроводного питания (Wireless Power Consortium, WPC), разработавший первый в мире стандарт беспроводной зарядки под названием Qi (произносится “Ци”), провел в Государственном университете штата Колорадо, США, измерение КПД двух типов беспроводных зарядных устройств: слабосвязанной системы с катушками, работающими в резонансе на частоте 6,78 МГц, и сильносвязанной нерезонансной системы с частотой коммутации 110…205 кГц. В обоих случаях использовалась типовая система зарядки аккумулятора мобильного телефона. В стабилизаторе напряжения и зарядном устройстве использовались импульсные преобразователи постоянного напряжения, в качестве которых были выбраны лучшие в своем классе устройства с КПД более 90%. Для имитации характеристик нагрузки была разработана модель аккумулятора емкостью 2100 мА * ч, описывающая процесс его заряда (рис. 2).

Рис. 2. Графики заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 2100 мА * ч

Поскольку конструкция зарядных систем допускает установку пользователем приемной части (телефона) произвольным образом, испытания включали в себя также построение трехкоординатной пространственной карты эффективности передачи энергии. В обоих случаях приемник располагался оптимальным образом в плоскости X-Y с расстоянием между катушками 5 мм по оси Z. Измерения КПД проводились в течение типового цикла заряда аккумулятора (от 5 до 95%). Результаты исследований (рисунок 3) стали основой методики точной оценки КПД беспроводной зарядной системы.





Рис. 3. 3D-моделирование эффективности передачи энергии беспроводного зарядного устройства: а) для сильносвязанных катушек; б) для слабосвязанных катушек

По результатам испытаний было предложено, во-первых, рассчитывать КПД системы в реальных условиях эксплуатации как отношение энергии, накопленной аккумулятором, к энергии, полученной передатчиком в течение цикла заряда батареи. При питании резистивной нагрузки от беспроводного приемника можно достичь высоких показателей энергоэффективности — в некоторых случаях более 90% для низкочастотных систем. Однако результаты испытаний показывают, что общий КПД может значительно снизиться, если приемник является частью зарядного устройства аккумулятора, особенно в высокочастотных системах.

Уменьшение эффективности передачи энергии обусловлено двумя основными причинами:

  • высокочастотная система требует относительно высокого импеданса приемной антенны. Диапазон выходных напряжений приемника смещает усредненный по времени входной импеданс импульсного стабилизатора в рабочую точку, где эффективность передачи энергии значительно ниже;
  • значительные коммутационные потери в выходных транзисторах высокочастотных передатчиков.

Также было предложено представлять результаты измерения эффективности передачи энергии в виде усредненного пространственного показателя. С учетом карты распределения магнитного потока тестируемого передатчика КПД системы может значительно меняться, в зависимости от расположения заряжаемого устройства на поверхности или в пространстве. Для имитации реальных условий эксплуатации измерение КПД необходимо проводить с шагом 2 мм по всему профилю нагрузки. При использовании значений напряжения и импеданса, соответствующих модели аккумулятора, можно рассчитать общую энергию цикла заряда для любой точки пространства.

По результатам испытаний был предложен оптимальный способ расчета полной энергии в течение цикла заряда. Нагрузочная характеристика аккумулятора описывает изменение во времени напряжения на аккумуляторе VB(t) и тока заряда IB(t) в течение цикла зарядки. Энергию EB, полученную аккумулятором, можно вычислить следующим образом: в момент времени t цикла заряда приращение энергии аккумулятора равно произведению мощности P на интервал времени dt (формула 1):

Следовательно, энергия, поступающая в аккумулятор в течение цикла заряда, является интегралом от мощности, который, при расчете по дискретным интервалам времени, можно заменить простым суммированием (формула 2):

где Δt — шаг приращения, а tn — диапазон времени в течение цикла заряда.

В приведенных расчетах Δt составляло одну минуту, а tn (время заряда) устанавливалось программно от 1 до 150 мин. Аналогичным образом можно использовать зависимость КПД от тока заряда аккумулятора η(IB) для расчета доли энергии dES, израсходованной передатчиком для приращения энергии аккумулятора на величину dEB, как функции тока заряда аккумулятора (формула 3):

Таким образом, КПД цикла заряда определяется по формуле 4: 

Сравнение КПД различных способов беспроводной передачи энергии

Целью данного исследования является сравнение преимуществ и недостатков различных способов беспроводной зарядки. Первая из разработанных систем, сильносвязанная система Qi, была ориентирована на получение максимального КПД при минимальной стоимости. Этот вариант зарядки наиболее часто применяется в тех случаях, когда передатчик и приемник можно расположить в непосредственной близости друг от друга, например, в тумбочках со встроенным зарядным устройством, настольных зарядных панелях и станциях для зарядки телефонов в общественных местах.

Системы беспроводной зарядки с увеличенным расстоянием между приемником и передатчиком могут быть реализованы за счет некоторого снижения эффективности передачи энергии. Типичным примером таких систем являются зарядные устройства, встраиваемые в готовую мебель. Консорциум WPC предоставляет OEM-производителям полную свободу выбора наиболее подходящего для них варианта беспроводной зарядки при условии полной совместимости между устройствами, работающими по стандарту Qi.

При использовании описанной выше методики расчета эффективности в течение зарядного цикла можно построить график зависимости полной энергии от времени в течение цикла заряда аккумулятора для разных точек в зоне зарядки или в пространственной области зарядки. Как видно из графиков на рисунке 4, в течение цикла заряда аккумулятора емкостью 2100 мА * ч сильносвязанная система израсходовала на 50% меньше энергии источника питания, чем слабосвязанная система.

Рис. 4. Энергия, накопленная аккумулятором и энергия, полученная от источника питания сильносвзанным и слабосвязанным передатчиками

Потери в слабосвязанных высокочастотных и сильносвязанных низкочастотных системах определяются различными факторами. В слабосвязанной системе высокая рабочая частота приводит к значительным коммутационным потерям в передатчике (более 800 мВт), несмотря на использование в выходном каскаде нитрид-галлиевых транзисторов и переключение их в нуле напряжения. Очевидным преимуществом слабосвязанной резонансной системы является то, что потери при передаче энергии остаются сравнительно малыми даже при смещении катушек на расстояние до 20 мм.

Другим существенным фактором потерь является проблема отбора энергии в точке максимальной мощности (MPPT). Характеристический импеданс слабосвязанной приемной антенны (примерно 24 Ом) не соответствует импедансу аккумулятора (3,5…32 Ома). Большинство систем оптимизирует точку отбора мощности для максимальной нагрузки (4,2 В, 1,2 А, 3,5 Ом), однако на полную энергию заряда влияет также продолжительный по времени заряд при малой нагрузке и, соответственно, с более высоким импедансом.

Как следует из графиков на рис. 5, сильносвязанные системы обеспечивают более высокий КПД, чем слабосвязанные.

Рис. 5. Сравнение КПД беспроводных систем зарядки с сильносвязанными и слабосвязанными катушками

Основываясь на реальных данных, можно сделать вывод, что менее эффективную высокочастотную слабосвязанную систему нецелесообразно использовать в тех случаях, когда можно обойтись сильносвязанной. И наоборот, может оказаться целесообразным допустить некоторое снижение КПД для увеличения расстояния по оси Z. Поэтому спецификация беспроводного зарядного устройства, которая отвечает всем требованиям рынка, должна поддерживать как сильно-, так и слабо связанные конфигурации.

Как меняется принимаемая мощность от беспроводной зарядки в зависимости от расположения телефона

В этой части я хочу ответить на некоторые вопросы, которые были заданы в первой статье. Ниже есть информация про различные улучшения беспроводной зарядки и немного информации о получаемой мощности в зависимости от расположения телефона на зарядке.

Модификации

Существуют различные «фишки» для беспроводных зарядок:

1. Реверсивная зарядка. Много комментариев было про нее, в интернете также уже есть сравнения и обзоры. О чем речь? В Samsung S10 и Mate 20 Pro есть функция обратной беспроводной зарядки. То есть телефон может принимать заряд и отдавать его другим устройствам. Замерить силу выдаваемого тока у меня еще не получилось (но если у вас есть такой девайс и интересно провести тестирование — напишите в сообщения:), но она по косвенным признакам равна 3-5W.

Для зарядки другого телефона это практически не подходит. Подойдет в экстренных ситуациях. Но зато отлично подходит для подзарядки гаджетов с меньшей батареей: беспроводные наушники, часы или электрические зубные щетки. По слухам, Apple может добавить эту функцию в новые телефоны. Можно будет заряжать обновленные AirPods и может быть новые часы.

Для информации, емкость батарей беспроводных наушников с кейсом примерно равна 200-300 mAh, на батарее телефона это скажется сильнее, примерно на 300-500 mAh.

2. Зарядка power bank от беспроводной зарядки. Функция похожа на реверсивную зарядку, но только для Power Bank. Некоторые модели беспроводных внешних аккумуляторов могут заряжаться на беспроводной зарядке. Принимаемая мощность около 5W. Учитывая обычный объем аккумуляторов, то на такую зарядку понадобится около 5-15 часов от беспроводной зарядки, что делает ее практически бесполезной. Но как дополнительная функция тоже имеет место быть.

А теперь к главному:

Как меняется принимаемая мощность в зависимости от расположения на зарядке?

Для проведения тестирования было взято 3 разных беспроводных зарядки: X, Y, Z.

X, Y — беспроводные зарядки на 5/10W разных производителей.

Z — беспроводной Power Bank с выходом в 5W.

Предпосылки: использовались одинаковый зарядный блок Quick Charger 3.0 и провод USB — Micro USB. Также использовались одинаковые пивные подстаканники в качестве пластин (из личной коллекции), которые подкладывались под измеритель. У самого измерителя также есть защитная пластина в 1мм от катушки, которую я также прибавил ко всем значениям. Толщину верхней крышки над катушкой не учитывал. Для измерения дальности принимаемого заряда я записывал максимальные значения, который ловил измеритель. Для измерения зоны зарядки записывал то, что показывает измеритель в данной точке (делал замеры сначала вдоль, а потом поперек. Так как катушка во всех зарядках круглая, то значения были практически одинаковыми).

Зарядки в тесте имели по одной катушке.

Сначала измерял принимаемую мощность в зависимости от высоты (толщины чехла телефона).

Получился следующий график для мощности зарядки в 5W:

Обычно в описании беспроводных зарядок пишут про ширину чехла до 6 мм, это примерно и получается для всех зарядок теста. Дальше 6мм зарядка или уже выключается (что мне кажется более правильным) или даёт совсем малую мощность.

Потом начал тестировать мощность 10W для зарядок X, Y. Зарядка Y не держала этот режим более секунды. Она сразу перезапускалась (возможно с телефонами работает более стабильно). А зарядка X выдавала стабильную мощность до высоты в 5мм.

После этого я начал измерять как меняется принимаемая мощность в зависимости от положения телефона на зарядке. Для этого я распечатал разлинованную бумагу в клетку и измерял данные для каждых 2,5 мм.

Вот такие результаты получились для зарядок:

Вывод из них логичен — телефон нужно располагать в центре зарядного устройства. Возможно изменение плюс минус 1 см от центра зарядки, что будет не очень критично сказываться на зарядке. Это работает для всех устройств.

Дальше я хотел сделать какой-то совет как попадать в центр зоны зарядки. Но это слишком индивидуально и зависит от ширины телефона и модели беспроводной зарядки. Поэтому единственный совет — размещать телефон в центр зарядки на глаз, этого хватит для нормальной скорости зарядки.

Должен сделать важную оговорку, что это может не работать для некоторых зарядок! Мне попадались зарядки, которые могли заряжать телефон только при попадании 1в1. При вибрации от 2-3 смс телефон уже сдвигался с зарядной зоны и переставал заряжаться. Поэтому графики выше просто примерное измерение трех зарядок.

Про нагрев зарядок, зарядок с несколькими катушками и новые разработки будут написаны следующие статьи. Если у кого-то из владельцев Samsung S10 и Mate 20 Pro еще и есть термометр или мультиметр с измерением температуры, то пишите:)

Для тех, кто хочет помочь с измерениями

Или если Вы являетесь экспертом, кто поможет мне с написанием статьей, то тоже welcome. Я писал в первой статье, что у меня свой магазин зарядок. Я отношусь к зарядкам в основном со стороны пользовательских характеристик, все замеряю и сравниваю, чтобы предлагать покупателям то, что работает. Но я не совсем подкован в технических деталях: платы, транзисторы, характеристики катушек и тд. Поэтому если можете помочь в написании статей, разработке новой продукции, улучшении, то пишите!

Беспроводная зарядка

: как работает зарядка Qi | ОРЕЛ

Извините, что сломал вам, ребята, но беспроводная зарядка не новость. В 1902 году Тесла подал патент на «Аппарат для передачи электрической энергии», в котором описал, как электричество может передаваться от одного проводника к другому. А если вы когда-нибудь пользовались электрической зубной щеткой, то наверняка знаете, что беспроводная зарядка используется уже много лет. Итак, почему в наши дни уделяется такое внимание беспроводной зарядке, когда она существует уже много лет?

С ростом использования смартфонов во всем мире, ростом электромобилей и появлением культуры, недовольной ископаемым топливом, беспроводная зарядка, возможно, наконец-то будет готова к моменту своей славы.Но как именно работает беспроводная зарядка? Это не какая-то черная магия; это наука!

Электричество и магнетизм, наконец вместе

Прежде чем углубляться в детали беспроводной зарядки, давайте вернемся на минутку и рассмотрим, как электричество и магнетизм работают вместе. Что вы теперь можете знать об этих двух силах, так это то, что они — две стороны одной медали. Например, пропускание электрического тока по проводу создаст магнитное поле. И наоборот, создание переменного магнитного поля и размещение рядом с ним медного провода приведет к протеканию электрического тока через провод.

Не верите? Вы можете создать свой собственный электромагнит из простых предметов повседневного обихода, таких как батарея, медная проволока и железный гвоздь:

  • Сначала вам нужно намотать медную проволоку на железный гвоздь катушкой. Затем вы возьмете концы медного провода и прикрепите его к клеммам аккумулятора.
  • Когда вы подключаете батарею к медному проводу, через ваш провод начинает течь электрический ток. Очевидно, правда? Теперь возьмите что-то вроде скрепки и поместите ее рядом с проволокой, и она будет к ней прилипать, магнетизм!
  • Вы даже можете сделать вторую катушку провода, положить ее рядом с первой катушкой, затем использовать вольтметр, и вы получите показание напряжения на второй катушке.

diy-electromagnet

Сделать электромагнит просто из нескольких предметов повседневного обихода.

Именно эта прямая связь между электричеством и магнетизмом, называемая электромагнетизмом, лежит в основе беспроводной зарядки. Принцип работы беспроводной зарядки не сильно отличается от простого эксперимента, который мы описали выше, в котором используется электромагнитное поле для передачи энергии между чем-то вроде смартфона и беспроводной зарядной площадкой. Вот вкратце, как работает беспроводная зарядка:

  1. Сначала поступающее напряжение преобразуется в переменный ток, который отправляется на катушку в беспроводной зарядной площадке.Это называется катушкой передатчика.
  2. Электрический ток, протекающий через эту катушку, создает магнитное поле, и когда вы помещаете другое совместимое устройство, например смартфон, рядом с этим планшетом с другой встроенной катушкой, между обоими устройствами создается магнитное поле.
  3. Теперь электрический ток может течь к приемной катушке вашего смартфона. Затем этот ток используется для зарядки аккумулятора вашего смартфона, причем без проводов!

how-wireless-charging-works

Беспроводная зарядка в действии с магнитным полем, распространяющимся между двумя катушками.(Источник изображения)

Проще, чем вы думали, правда? Беспроводная зарядка — это просто технология, которая существует более века и использует тесную взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Это идеальный баланс инь и янь, который можно найти в природе.

Для беспроводной зарядки вашего оборудования вам потребуется определенное оборудование как в передатчике, так и в приемнике. Например, если вы поместите смартфон на подставку для беспроводной зарядки, внутри которой нет приемной катушки, ваше устройство не будет заряжаться.

Так в чем же выгода?

Неужели вся эта наука о беспроводной зарядке звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? В зависимости от того, кого вы спросите. Для технологии, изобретенной Теслой почти столетие назад, мы все еще пытаемся решить некоторые очень фундаментальные проблемы, в том числе:

Вам еще нужно подключить

Ирония этого повального увлечения беспроводной зарядкой заключается в том, что вам все равно нужно что-то подключить! Это просто усложняет ситуацию, когда вместо того, чтобы подключать смартфон, вам нужно подключить беспроводную панель? А учитывая, что ваш смартфон должен оставаться на планшете, это ограничивает ваши возможности по его использованию.Вытяните проводной зарядный кабель, и вы сможете одновременно заряжать и использовать телефон.

Не быстрее… пока

Беспроводная зарядка также намного медленнее, чем проводная. Например, Anandtech протестировал Samsung Galaxy S6 и смог зарядить до 100 процентов примерно за 1,5 часа при подключении к сети, но тот же цикл зарядки занял более 3 часов при беспроводной зарядке! Беспроводной зарядке предстоит пройти долгий путь, если она будет не уступать по эффективности проводной зарядке.

Ассортимент просто не существует

Досягаемость электромагнитного поля быстро уменьшается, чем дальше вы удаляете две катушки друг от друга, и именно из-за этого вы вынуждены держать свой смартфон непосредственно на коврике для беспроводной зарядки. Хотя это было исправлено некоторыми новыми технологиями, которые мы обсудим позже, проблема дальности связи по-прежнему остается проблемой для большинства технологий беспроводной зарядки.

Катушки занимают ценную недвижимость

Другой проблемой является размер индукционной катушки, которую необходимо разместить в наших смартфонах, чтобы обеспечить их беспроводную зарядку.Учитывая сегодняшние ожидания в отношении ультратонких устройств, это может стать проблемой для инженеров, пытающихся понять, как уместить всю эту медь в такой небольшой и плотный корпус.

Qi-transmit-coil

Зарядная катушка Qi в задней части устройства, которая занимает немного места! (Источник изображения)

Конкурирующие стандарты

Последняя проблема и, вероятно, самая важная, заключается в том, что существует довольно много конкурирующих стандартов, все со своими собственными патентованными технологиями.К ним относятся:

  • Ци

    Qi-logo Эта технология поддерживается консорциумом Wireless Power Consortium и имеет прочные партнерские отношения с Microsoft, Verizon, Samsung, Sony и 500 другими компаниями. Их основное внимание уделяется беспроводной зарядке для смартфонов и других устройств с низким энергопотреблением.

  • A4WP

    airfuel-wireless-power-logo Эта технология поддерживается Alliance for Wireless Power (теперь официально Airfuel Alliance) и использует аналогичную беспроводную технологию, такую ​​как Qi, но она предназначена для устройств с большей мощностью и поддерживается некоторыми известными именами, такими как Canon, Dell, HTC, Intel. и Qualcomm.

  • PMA

    pma-logo
    Эта технология поддерживается Power Matters Alliance (теперь является частью альянса Airfuel) и представлена ​​в форме Powermat, которую поддерживают как Google, так и Starbucks. Starbucks использует эту технологию powermat в некоторых своих кофейнях, обеспечивая клиентам беспроводную зарядку, пока они потягивают латте.

Вся проблема с этими конкурирующими стандартами сводится к работоспособности между устройствами и возможному устареванию.Будет ли это похоже на войну HD-DVD и Bluray в свое время, когда проигравшая беспроводная технология будет бесполезна для всех устройств, в которые она встроена?

Чтобы развить технологию беспроводной зарядки, нам нужно выбрать один стандарт, который можно использовать во всех устройствах. Какой из них будет, все еще остается в воздухе, но когда мы достигнем момента, когда будет единый стандарт, который будет управлять всеми ими, как будет выглядеть будущее беспроводной зарядки?

Без привязки к будущему

Однажды, надеюсь, скоро мы выберемся из нашей привязанной реальности в мир, который на 100% является беспроводным.Когда наступит это будущее, есть бесконечные возможности, в том числе:

Самозарядные портативные станции

Корпорация Intel уже ведет работы по добавлению встроенных возможностей беспроводной зарядки в ноутбуки, которые мы используем каждый день. Эти ноутбуки не только смогут заряжаться по беспроводной сети, но и будут действовать как своего рода базовая станция для зарядки всех ближайших смартфонов и беспроводных периферийных устройств. Сможем ли мы скоро войти в эпоху, когда аккумуляторы заряжаются в любое время дня, просто находясь рядом с компьютером?

intel-wireless-charging

Эта беспроводная зарядка от Intel может заряжать телефоны, которые скользят по столу.(Источник изображения)

Беспроводные электромобили

Мы можем даже увидеть, как беспроводные зарядные устройства встраивают в парковочные места и зарядные станции для электромобилей. BMW недавно объявила, что работает над системой беспроводной зарядки для своего спортивного электрического автомобиля i8, которая может зарядить аккумулятор всего за 2 часа! Может быть, в следующий раз, когда вы перекусите или сходите в кино, вы сможете одновременно заряжать свой автомобиль по беспроводной сети.

vehicle-wireless-charge

Посмотрите, как беспроводная зарядка может выглядеть для электромобилей.(Источник изображения)

Езда на подзарядке

Забыл о необходимости оставлять машину на одном месте, чтобы она зарядилась. В Англии они тестируют возможность заряжать автомобили во время езды на беспроводных устройствах, встроенных прямо в асфальт. А в Южной Корее работают над электрическими автобусами, которые могут заряжаться во время движения. Теперь ваша утренняя поездка на работу может дать вам свежий аккумулятор, чтобы начать свой день!

uk-ev-lanes

Эти полосы для электромобилей в Великобритании позволяют вам ездить дольше, не останавливаясь.(Источник изображения)

Общественная беспроводная зарядка

Что, если бы беспроводная зарядка была так же доступна бесплатно, как Wi-Fi? Есть компании, которые работают над тем, чтобы воплотить это в жизнь, интегрируя станции беспроводной зарядки в общественные места. Таким образом, когда вы находитесь вне дома, вам не придется беспокоиться о том, чтобы ваш смартфон оставался заряженным. Просто встаньте в зону действия беспроводной зарядной станции, и все готово.

public-wireless-charging-aircharge-station

Больше не нужно искать розетку, просто сядьте под станцией Aircharge.(Источник изображения)

Мебель и предметы быта

И последнее, но не менее важное: мы не можем забыть обо всех повседневных предметах в наших домах, которым будет полезна беспроводная зарядка. Например, Ikea работает над новой линейкой мебели, которая включает лампы и столы со встроенными станциями беспроводной зарядки. И если мы сможем заставить беспроводную зарядку работать для устройств с более высокой мощностью, мы можем даже увидеть простые гаджеты, такие как блендеры и пылесосы, которые работают по беспроводной сети вокруг вашего дома.

ikea-wireless-furniture

Простая мебель от Ikea, все со встроенной беспроводной зарядкой. (Источник изображения)

Сегодняшние реалии

Хотя все эти будущие возможности звучат впечатляюще, технология, с которой нам приходится работать сегодня, все еще в значительной степени привязана к устройству, которое необходимо подключить, за некоторыми исключениями. Вот краткий обзор всех разрабатываемых технологий беспроводной зарядки, которые вы можете использовать сейчас или очень скоро:

Powermat

Эта технология, разрабатываемая Duracell, создает на столе зону, где вы можете разместить свой смартфон и заряжать его по беспроводной сети.Starbucks специализируется на этой новой технологии и в партнерстве с Duracell размещает коврики Powermats в своих кофейнях по всему миру.

starbucks-powermat-launch

Возможно, беспроводная зарядка уже работает в ближайшем к вам кафе Starbucks с их Powermat. (Источник изображения)

Чаша для беспроводной зарядки

Не хотите положить телефон на коврик? Intel сняла обертку с чаши для беспроводной зарядки еще на выставке Consumer Electronics Show (CES) в 2014 году. Представьте себе, что вы просто можете прогуляться по дому, выгрузить карманы в указанную чашу и вскоре после этого насладиться полностью заряженным телефоном.

intel-wireless-charging-bowl

Просто опустошите карманы, а беспроводная зарядка позаботится обо всем остальном с этой чашей от Intel. (Источник изображения)

Зарядка нескольких устройств

В Южной Корее Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST) работает над технологией, которая может питать до 40 смартфонов одновременно, даже на расстоянии до 5 метров! Эта технология все еще находится на стадии создания прототипа, но может стать ключом к тому, чтобы сделать беспроводную зарядку возможной в общественных местах.

Ультразвуковая зарядка

Наконец, у нас есть технология, которая идет совершенно другим путем, используя ультразвук вместо магнитной индукции, чтобы сделать беспроводную зарядку реальностью. uBeam был представлен в 2011 году и работает путем преобразования электричества в звуковые волны, которые можно передавать по воздуху с помощью ультразвука. Затем приемник перехватит звуковую волну и превратит ее в электричество, которое может использовать ваше устройство.

ubeam-charger

uBeam; захватывающий старт с изобретательной технологией.(Источник изображения)

А теперь готовы?

Прошло более века с тех пор, как мы впервые обнаружили возможность беспроводной передачи электроэнергии, и все это благодаря Tesla. Теперь у всех возникает вопрос, действительно ли беспроводная зарядка наконец-то повзрослела, чтобы удовлетворить потребности нашего мобильного будущего. Сможем ли мы когда-нибудь жить в мире, где электромобили смогут заряжать свои батареи просто за рулем? Или, может быть, мы сможем гулять по улице и заряжать наши телефоны по беспроводной сети, просто сидя в карманах?

Будущее этой многообещающей технологии выглядит безоблачным, но у нас все еще есть способы претворить ее в жизнь, как мы хотим.Есть еще много проблем, которые нужно решить, например, низкая скорость зарядки, проблемы с дальностью действия и множество конкурирующих стандартов. Каким бы путем ни пошла эта технология, одно можно сказать наверняка; мы готовы отвлечься от этого проводного мира и открыть век беспроводной энергии для всех.

Design для беспроводной зарядки в вашей печатной плате сегодня, просто скачайте Autodesk EAGLE бесплатно, чтобы начать работу!

,Руководство по беспроводной зарядке

: что это такое и какие телефоны поддерживаются?

Добро пожаловать в наше руководство по беспроводной зарядке. Ниже вы откроете для себя чудеса беспроводной зарядки; Давайте начнем!

Последнее обновление страницы: 20 мая 2020 г.

Что такое ци?

samsung-s7-edge-key-features-img-xs-area-2-bp3-220216 Беспроводная зарядка — это технология, позволяющая заряжать (очень) короткие расстояния без кабелей.

Преимущество беспроводной зарядки в том, что она быстрее и проще, так как вам не нужно каждый раз подключать и отключать вилку — вы просто кладете устройство на подставку для беспроводной зарядки.Также выглядит аккуратнее.

Существуют различные конкурирующие стандарты беспроводной зарядки. Самым популярным является Qi (произносится как «чи»), который поддержали все крупные компании. Apple включила беспроводную зарядку в свои последние модели iPhone, и Samsung делает это в течение многих лет; они также сделали широкий спектр беспроводных зарядных устройств Samsung, которые работают со всеми телефонами со встроенной беспроводной зарядкой Qi. Совсем недавно OnePlus, Motorola и Huawei включили беспроводную зарядку в свои телефоны.

Совместимые устройства?

Некоторые телефоны имеют встроенную беспроводную зарядку. Смотрите их здесь.

Для других телефонов требуется замена задней крышки или корпуса. Они созданы для конкретных телефонов, поэтому убедитесь, что вы выбрали правильный. Чтобы упростить задачу, мы добавили ссылки на соответствующие футляры и задние обложки.

Если чехол для беспроводной зарядки недоступен для вашего телефона, вы можете использовать вместо него универсальный адаптер, позволяющий даже более старым устройствам поддерживать беспроводную зарядку.


Телефоны и планшеты со встроенной беспроводной зарядкой Qi

Если ваш телефон входит в число представленных здесь устройств, вам просто нужно купить беспроводное зарядное устройство. Обратите внимание, что вам не нужно покупать беспроводное зарядное устройство той же компании, что и ваш телефон, например Беспроводные зарядные устройства Samsung отлично работают с iPhone X.

  • Apple iPhone: SE 2020, 11 Pro Max, 11 Pro, 11, XS Max XS, XR, 8, 8 Plus,
  • Samsung Galaxy: S20 Ultra, S20 Plus, S20, Note 10 Plus 5G, Note 10 Plus, Note 10, S10 5G, S10 Plus, S10, S10e, Note 9, S9, S9 +, Note 8, S8, S8 +, S7, S7 Edge (плюс другие устройства)
  • Sony: Xperia 1 II, Xperia 10 II, Xperia XZ3, Xperia XZ2 Premium, Xperia XZ2 (и другие устройства)
  • LG: Velvet, G8 ThinQ, G7 ThinQ, V30, G6 (только версия для США), G4 (опция), G3 (опция) (и другие устройства)
  • OnePlus: 8 Pro
  • Nokia: 9.3 PureView, 9 PureView, 8 Sirocco
  • Huawei: P40 Pro +, P40 Pro, Mate 30 Pro, P30 Pro, Mate 20 Pro
  • Motorola: Edge +, X Force, Droid Turbo 2, Moto Maxx
  • Microsoft Lumia: 1520, 1020, 930, 929, 928, 920
  • Google: Pixel 4 XL, Pixel 4, Pixel 3 XL, Pixel 3
  • Nexus: Nexus 6, Nexus 5
  • BlackBerry: Priv (и другие устройства)

samsung-galaxy-s6-edge-wireless-charging-100576567-primary.idge


Нужен ли мне адаптер?

Если ваш телефон отображается здесь, вам понадобится аксессуар, связанный и , беспроводная зарядная панель.

  • Apple: iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone SE, iPhone 6S, iPhone 6S Plus, iPhone 5S
  • Samsung: Galaxy A71, Galaxy A51, Galaxy A41, Galaxy A31, Galaxy A21, Galaxy A01, Galaxy A90 5G, Galaxy A80, Galaxy A70s, Galaxy A70, Galaxy A60, Galaxy A50s, Galaxy A50, Galaxy A40, Galaxy A30s, Galaxy A30, Galaxy A20s, Galaxy A20e, Galaxy A20, Galaxy A10e, Galaxy A10, Galaxy A8 2018, Galaxy M40, Galaxy M30s, Galaxy M30, Galaxy M20, Galaxy M10, Galaxy S5, Galaxy S4, Galaxy S3, Galaxy Note 3, Galaxy Note 2
  • Huawei: P40, P40 Lite, P30 Lite, P30, P20 Pro, P20, P20 Lite
  • Nokia: 7.2, 7 плюс, 6.2, 6.1 плюс, 8.1, 7.1, 6, 2.2
  • LG: Stylo 5
  • OnePlus: 8, 7 лет Pro, 7 лет, 7, 6 лет, 6, 5, 3 года, 3, 2, 1
  • Sony: Xperia 5, Xperia 1, Xperia Z5, Xperia 10 Plus, Xperia XZ3, Xperia 10, Xperia X Performance, Xperia X Compact, Xperia XZ Premium, Xperia Z3, Xperia Z2, Xperia Z
  • Google: Pixel 2 XL, Pixel 2, Pixel XL, Pixel
  • Microsoft: Lumia 930, Lumia 925, Lumia 830

Универсальные адаптеры беспроводной зарядки

Если вашего телефона нет в списке выше, вам понадобится универсальный адаптер и беспроводное зарядное устройство .Вы можете получить их для телефонов с портами Micro USB (например, Android) и портами Lightning (например, iPhone).

У вас есть выбор из внутреннего адаптера, который вставляется в заднюю часть корпуса, и внешнего адаптера, который висит снаружи. В большинстве случаев мы рекомендуем внутренние адаптеры.

aircharge MFi Qi iPhone 6S / 6 Wireless Charging Case - Black


Беспроводные зарядные устройства

После того, как вы определили, что ваш телефон имеет встроенную беспроводную зарядку или добавили к нему аксессуар, вам просто понадобится беспроводное зарядное устройство.

Доступно множество беспроводных зарядных устройств Qi разных размеров, форм и цветов. Вы можете приобрести зарядные устройства Qi для своего стола, для машины или даже портативные аккумуляторы Qi. Одной из наших фаворитов является тонкая 10-ваттная быстрая беспроводная зарядная панель от Olixar, благодаря элегантному современному дизайну и сверхбыстрой скорости зарядки. Вы можете посмотреть все наши беспроводные зарядные устройства Qi здесь.

aircharge MFi Qi iPhone 6S / 6 Wireless Charging Case - Black


Видео

Наша видео-команда сняла отличные видеоролики, объясняющие беспроводную зарядку.Взгляните на одно из видео по ссылкам ниже!

How to add wireless charging to the iPhone


Вопросы?

Есть вопросы по беспроводной зарядке? Оставьте их в комментариях ниже, и мы ответим вам на интересующие вас вопросы.

,

Беспроводная система зарядки электромобилей (WEVCS)

Сегодня мир движется в сторону электрифицированной мобильности, чтобы сократить выбросы загрязняющих веществ, вызванных невозобновляемыми автомобилями, работающими на ископаемом топливе, и предоставить альтернативу дорогостоящему топливу для транспорта. Но для электромобилей запас хода и процесс зарядки — две основные проблемы, влияющие на их распространение по сравнению с обычными автомобилями.

С внедрением технологии проводной зарядки, больше не нужно ждать на зарядных станциях часами, теперь заряжайте свой автомобиль, просто припарковав его на парковочном месте или припарковав его в гараже, или даже во время вождения вы можете зарядить свой электромобиль.На данный момент мы хорошо знакомы с беспроводной передачей данных, аудио и видеосигналов, поэтому почему мы не можем передавать энергию по воздуху?

Спасибо великому ученому Николе Тесла за его безграничные удивительные изобретения, в которых беспроводная передача энергии является одним из них. Он начал свой эксперимент по беспроводной передаче энергии в 1891 году и разработал катушку Тесла. В 1901 году с основной целью разработать новую систему беспроводной передачи энергии, Тесла начал разработку башни Уорденклиф для большой станции беспроводной передачи энергии высокого напряжения.Самое печальное — погасить долги Tesla, башня была взорвана и снесена на металлолом 4 июля 1917

Tesla working beside Tesla coil

Базовый принцип беспроводной зарядки такой же, как принцип работы трансформатора. В беспроводной зарядке есть передатчик и приемник, источник переменного тока 220 В, 50 Гц преобразуется в высокочастотный переменный ток, и этот высокочастотный переменный ток подается на катушку передатчика, затем он создает переменное магнитное поле, которое разрезает катушку приемника и вызывает выработку выходной мощности переменного тока. в катушке приемника.Но для эффективной беспроводной зарядки важно поддерживать резонансную частоту между передатчиком и приемником. Для поддержания резонансных частот с обеих сторон добавлены компенсационные сети. Затем, наконец, эта мощность переменного тока на стороне приемника выпрямляется до постоянного тока и подается в батарею через систему управления батареями (BMS).

Schematic of Wireless Charging System

Electric Car on EV Wireless Charging Lane

Статическая и динамическая беспроводная зарядка

В зависимости от области применения Системы беспроводной зарядки для электромобилей можно разделить на две категории: ,

.

  1. Статическая беспроводная зарядка
  2. Динамическая беспроводная зарядка

1.Статическая беспроводная зарядка

Как видно из названия, автомобиль заряжается, когда он остается неподвижным. Итак, здесь мы могли бы просто припарковать электромобиль на парковочном месте или в гараже, который соединен с WCS. Передатчик расположен под землей, а приемник — под ним. Чтобы зарядить автомобиль, совместите передатчик и приемник и оставьте его для зарядки. Время зарядки зависит от уровня мощности источника переменного тока, расстояния между передатчиком и приемником и размеров контактных площадок.

Эту SWCS лучше всего устанавливать в местах, где электромобиль припаркован на определенный промежуток времени.

2. Динамическая система беспроводной зарядки (DWCS):

Как видно из названия, автомобиль заряжается во время движения. Мощность передается по воздуху от неподвижного передатчика к приемной катушке движущегося транспортного средства. Используя DWCS EV, можно увеличить дальность движения за счет непрерывной зарядки аккумулятора во время движения по шоссе и шоссе.Это снижает потребность в большом накопителе энергии, что еще больше снижает вес автомобиля.

Dynamic Wireless Charging System

Типы EVWCS

В зависимости от технологии эксплуатации EVWCS можно разделить на четыре типа

  1. Емкостная система беспроводной зарядки (CWCS)
  2. Система беспроводной зарядки с постоянным магнитом (PMWC)
  3. Индуктивная система беспроводной зарядки (IWC)
  4. Система резонансной индуктивной беспроводной зарядки (RIWC)

1.Емкостная система беспроводной зарядки (CWCS)

Беспроводная передача энергии между передатчиком и приемником осуществляется посредством тока смещения, вызванного изменением электрического поля. Вместо магнитов или катушек в качестве передатчика и приемника здесь используются конденсаторы связи для беспроводной передачи энергии. Напряжение переменного тока сначала подается в схему коррекции коэффициента мощности для повышения эффективности и поддержания уровней напряжения, а также для уменьшения потерь при передаче энергии.Затем он подается на Н-мост для генерации высокочастотного переменного напряжения, и этот высокочастотный переменный ток подается на передающую пластину, что вызывает развитие колеблющегося электрического поля, которое вызывает ток смещения на пластине приемника посредством электростатической индукции.

Напряжение переменного тока на стороне приемника преобразуется в постоянный ток для питания батареи через BMS с помощью цепей выпрямителя и фильтра. Частота, напряжение, размер разделительных конденсаторов и воздушный зазор между передатчиком и приемником влияют на количество передаваемой мощности.Его рабочая частота составляет от 100 до 600 кГц.

2. Система беспроводной зарядки с постоянным магнитом (PMWC)

Здесь передатчик и приемник состоят из обмотки якоря и синхронизированных постоянных магнитов внутри обмотки. На стороне передатчика работа аналогична работе двигателя. Когда мы подаем переменный ток на обмотку передатчика, он создает механический крутящий момент на магните передатчика, вызывая его вращение. Из-за изменения магнитного взаимодействия в передатчике поле PM вызывает крутящий момент на PM приемника, в результате чего он вращается синхронно с магнитом передатчика.Теперь изменение постоянного магнитного поля приемника вызывает выработку переменного тока в обмотке, то есть приемник действует как генератор, поскольку механическая мощность, поступающая на PM приемника, преобразуется в электрическую мощность на обмотке приемника. Муфта вращающихся постоянных магнитов обозначается как магнитная шестерня . Сгенерированная мощность переменного тока на стороне приемника подается в аккумулятор после выпрямления и фильтрации через преобразователи мощности.

3. Система индуктивной беспроводной зарядки (IWC)

Основным принципом IWC является закон индукции Фарадея.Здесь беспроводная передача энергии достигается за счет взаимной индукции магнитного поля между передатчиком и приемной катушкой. Когда основной источник переменного тока подается на катушку передатчика, он создает магнитное поле переменного тока, которое проходит через катушку приемника, и это магнитное поле перемещает электроны в катушке приемника, вызывая выход переменного тока. Этот выход переменного тока выпрямляется и фильтруется для зарядки системы накопления энергии электромобиля. Количество передаваемой мощности зависит от частоты, взаимной индуктивности и расстояния между передатчиком и катушкой приемника.Рабочая частота IWC составляет от 19 до 50 кГц.

4. Система резонансной индуктивной беспроводной зарядки (RIWC)

В основном резонаторы с высоким коэффициентом качества передают энергию с гораздо большей скоростью, поэтому, работая в резонансе, даже с более слабыми магнитными полями мы можем передавать такое же количество энергии, как в IWC. Мощность может передаваться на большие расстояния без проводов. Максимальная передача мощности по воздуху происходит при настройке катушек передатчика и приемника i.е., резонансные частоты обеих катушек должны быть согласованы. Таким образом, чтобы получить хорошие резонансные частоты, к катушкам передатчика и приемника добавляются дополнительные схемы компенсации в последовательной и параллельной комбинациях. Эта дополнительная схема компенсации наряду с улучшением резонансной частоты также снижает дополнительные потери. Рабочая частота RIWC составляет от 10 до 150 кГц.

Беспроводная зарядка электромобилей Стандарты

Беспроводная зарядка позволяет электромобилю заряжаться без подключения к электросети.Если каждая компания разработает свои собственные стандарты для систем беспроводной зарядки, несовместимые с другими системами, это не будет хорошо. Таким образом, чтобы сделать беспроводную зарядку электромобилей более удобной для пользователя Многие международные организации, такие как Международная электротехническая комиссия (IEC), Общество автомобильных инженеров

(SAE), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) Underwriters Laboratories (UL) работают над стандартами.

  • SAE J2954 определяет WPT для электромобилей малой мощности и методологию центровки.Согласно этому стандарту, уровень 1 предлагает максимальную входную мощность 3,7 кВт, уровень 2 — 7,7 кВт, уровень 3 — 11 кВт, а уровень 4 — 22 кВт. И минимальная целевая эффективность при согласовании должна быть больше 85%. Допустимый дорожный просвет должен составлять до 10 дюймов, а допуск из стороны в сторону — до 4 дюймов. Наиболее предпочтительным методом выравнивания является магнитная триангуляция, которая помогает оставаться в пределах диапазона заряда при ручной парковке и помогает найти места для парковки автономных транспортных средств.
  • Стандарт SAE J1772 определяет проводящий соединитель заряда EV / PHEV.
  • Стандарт

  • SAE J2847 / 6 определяет связь между беспроводными заряженными автомобилями и беспроводными зарядными устройствами для электромобилей.
  • Стандарт

  • SAE J1773 определяет индуктивно связанную зарядку электромобилей.
  • Стандарт

  • SAE J2836 / 6 определяет варианты использования беспроводной зарядки для PEV.
  • Тема 2750 UL определяет план исследования для WEVCS.
  • IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 определяет общие требования к системам EV WPT.
  • МЭК 62827-2 ред. 1.0 определяет WPT-Management: Управление контролем нескольких устройств.
  • IEC 63028 Ed.1.0 определяет спецификацию резонансной базовой системы БПЭ-Воздушно-топливного союза.

Компаний, в настоящее время разработанных и работающих на WCS

  • Группа компаний Evatran , производящая беспроводную зарядку для легковых электромобилей, таких как Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
  • WiTricy Corporation производит WCS для легковых автомобилей и внедорожников, до сих пор она работает с Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
  • Qualcomm Halo производит WCS для пассажирских, спортивных и гоночных автомобилей и приобретается корпорацией Witricity.
  • Hevo Power производит WCS для легкового автомобиля
  • Bombardier Primove производит WCS для легковых автомобилей и внедорожников.
  • Siemens и BMW делают WCS для легковых автомобилей.
  • Momentum Dynamic производит коммерческий парк и автобусы корпорации WCS.
  • Conductix-Wampfler производит WCS для промышленного парка и автобусов.

Проблемы, с которыми сталкивается WEVCS

  • Для установки статических и динамических станций беспроводной зарядки на дорогах необходимо развитие новой инфраструктуры, так как нынешнее расположение не подходит для таких установок.
  • Необходимо поддерживать электромагнитную совместимость, электромагнитные помехи и частоты в соответствии со стандартами, касающимися здоровья и безопасности человека.

.

телефонов с поддержкой Qi и беспроводной зарядкой — совместимые устройства

Phones with wireless charging

Беспроводная зарядка — это относительно новая технология, которая быстро проникает в нашу повседневную жизнь. Если у вас есть электрическая зубная щетка, вы, возможно, уже много лет пользуетесь беспроводной зарядкой: вы просто кладете ее на держатель, и она начинает заряжаться. В настоящее время на рынке присутствует уже более 600 типов устройств , которые можно заряжать без проводов. Все телефоны с поддержкой беспроводной зарядки , представленные в настоящее время на рынке, перечислены на этой странице.Чтобы узнать, поддерживает ли ваш смартфон стандарт Qi, просмотрите список ниже.

Есть ли в вашей машине беспроводная зарядка телефона?

Как стандартная, так и дополнительная функция, беспроводная зарядка телефона для автомобилей уже доступна в большом количестве. А как насчет вашего автомобиля? Узнайте и просмотрите все автомобилей с поддержкой беспроводной зарядки в автомобиле, представленные в настоящее время на рынке. ZENS является поставщиком уровня 1, уровня 2 и вторичного рынка для OEM-производителей в автомобильной промышленности.

Больше информации о беспроводной зарядке?

Как эксперт по беспроводной зарядке, мы хотели бы подробнее рассказать о передаче энергии по беспроводной сети и ее технологиях. Как работает беспроводная зарядка? Что это за стандарт Qi? Безопасна ли беспроводная зарядка?

Wireless Charging Furniture - Offices, Workplaces & Desks, Restaurants, Kitchens & Bedrooms

Мебельная интеграция с беспроводной зарядкой для офисов, рабочих мест и столов, ресторанов, кухонь и спален

Мы в ZENS постоянно ищем новые приложения для беспроводной зарядки для потребителей и бизнес-решений.Например, недавно мы представили первую в мире интегрированную систему беспроводной зарядки для ноутбуков. Если вы думаете о применении этой технологии в своей бизнес-среде, не стесняйтесь обращаться к нам.

ZENS Dual+Watch Aluminium Wireless Charger Triple Device Charging (watch, iPhone Xr, iPhone Xs)

Ознакомьтесь с нашими продуктами для беспроводной зарядки в нашем интернет-магазине

Телефоны с беспроводной зарядкой — смартфоны с поддержкой Qi

¹ функции и возможности зависят от региона

Примечание: пожалуйста, сообщите об отсутствующих или неправильных записях здесь

,

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *