Беспроводная зарядка для телефона¶
Беспроводная зарядка — технология передачи электрической энергии от зарядного устройства к аккумулятору мобильного телефона без прямого гальванического контакта между проводниками. Основана на явлении электромагнитной индукции и реализуется в стандартах Qi и Qi2, разработанных консорциумом Wireless Power Consortium. В России беспроводная зарядка получила широкое распространение начиная с 2015 года, когда поддержку технологии впервые массово внедрили в флагманские смартфоны.
¶Физический принцип работы
В основе беспроводной зарядки лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в 1831 году. Если через катушку провода пропускать переменный ток, вокруг неё возникает переменное магнитное поле. Если рядом поместить вторую катушку, это поле наводит в ней электродвижущую силу, то есть возникает электрический ток. Передающая катушка расположена в зарядной подставке, принимающая — внутри смартфона.
Для эффективной передачи энергии обе катушки должны быть выполнены в виде плоских спиралей (фактически — печатных плат с витками медной фольги) и располагаться друг напротив друга на небольшом расстоянии. Чем ближе катушки и чем точнее их совмещение, тем выше КПД процесса. Именно поэтому смартфон при беспроводной зарядке необходимо правильно размещать на подставке.
¶Основные стандарты
| Стандарт | Организация | Мощность | Особенности |
|---|---|---|---|
| Qi | Wireless Power Consortium | 5–15 Вт | Базовый открытый стандарт, поддерживается большинством смартфонов |
| Qi2 | Wireless Power Consortium | до 15 Вт | Добавлена магнитная система выравнивания (Magnetic Power Profile) |
| PMA | AirFuel Alliance | до 5 Вт | Устаревший стандарт, практически вытеснен Qi |
| VOOC Wireless | OPPO | до 50 Вт | Проприетарная технология быстрой зарядки |
Стандарт Qi является доминирующим и фактически единственным широко применяемым решением для смартфонов. Его вторая версия, Qi2, утверждена в январе 2023 года и включает магнитное кольцо, гарантирующее точное совмещение катушек — по принципу, аналогичному магнитным аксессуарам MagSafe от Apple.
¶Устройство беспроводной зарядки
Зарядная подставка для беспроводной зарядки состоит из нескольких узлов:
- Блок питания — преобразует переменное напряжение бытовой сети (220 В) в низкое постоянное напряжение, обычно 5 В или 9 В.
- Инвертор — преобразует постоянный ток в переменный ток высокой частоты (обычно 80–200 кГц), который подаётся на передающую катушку.
- Передающая катушка — плоская спираль из медного провода, создающая переменное магнитное поле.
- Плата управления — контролирует процесс зарядки, осуществляет связь с телефоном по протоколу обратной связи Qi, регулирует мощность и отключает питание при полном заряде аккумулятора.
- Датчики — определяют присутствие совместимого устройства, температуру и возможные посторонние металлические предметы.
Внутри смартфона размещена принимающая катушка, подключённая к контроллеру зарядки, который выпрямляет наведённый ток и подаёт его на аккумулятор.
¶КПД и ограничения
Основной недостаток беспроводной зарядки — относительно низкий КПД по сравнению с проводной. У стандартных подставок Qi он составляет около 60–75 %, тогда как хороший проводный адаптер достигает 85–90 %. Потери энергии превращаются в тепло, поэтому смартфон и подставка во время зарядки нагреваются.
На КПД влияют:
- расстояние между катушками (увеличивается при использовании чехла);
- точность совмещения катушек;
- наличие посторонних металлических предметов между катушками;
- мощность передатчика и приёмника.
Для предотвращения перегрева современные смартфоны и подставки оснащены термодатчиками и снижают мощность при повышении температуры. Некоторые подставки имеют встроенный вентилятор.
¶Безопасность
Индукционная передача энергии на частотах, используемых стандартом Qi, не оказывает вредного воздействия на человеческий организм при соблюдении норм расстояния. Протокол Qi предусматривает обнаружение посторонних металлических предметов (Foreign Object Detection, FOD): если на подставку положить монету, ключи или банковскую карту, зарядка не включится, поскольку металл нагревался бы индукционными токами.
¶Применение в России
В российских реалиях беспроводная зарядка распространена прежде всего среди владельцев смартфонов Apple iPhone (начиная с модели iPhone 8, 2017 года), Samsung Galaxy, Xiaomi, Huawei и других брендов. Подставки Qi продаются в сетях «М.Видео», «DNS», «Ситилинк» и других; средняя цена базовой подставки составляет 1000–3000 рублей, подставки с поддержкой быстрой зарядки — до 7000 рублей.
Отдельный сегмент составляют мультизарядные станции, совмещающие беспроводную подставку для телефона, место для смарт-часов и наушников. Такие устройства поддерживают одновременную зарядку нескольких гаджетов.
¶Перспективы
Развитие технологии идёт в направлении увеличения мощности (стандарт Qi2 поддерживает до 15 Вт, проприетарные решения — до 50 Вт и выше), а также удалённой зарядки на расстоянии нескольких метров с использованием направленных антенн (технология Wi-R от компании Ossia и аналогичные разработки). Тем не менее индукционные подставки остаются наиболее массовым и практичным решением для ежедневной зарядки смартфонов.
¶Источники
- Официальный сайт Wireless Power Consortium (wirelesspowerconsortium.com)
- Стандарты Qi и Qi2, документация WPC
- Обзоры технологий беспроводной зарядки, журнал «Хабр»
- Руководства по эксплуатации смартфонов Apple, Samsung, Xiaomi