Как работает беспроводная зарядка для телефона
Современные телефоны разряжаются довольно быстро, особенно если использовать их для просмотра фильмов и прохождения уровней в играх. Заряжать устройство посредством обычного кабеля не всегда удобно. Иногда длины шнура не хватает из-за нестандартного расположения розетки, а что происходит чаще всего – блок питания или разъём попросту выходит из строя. Производители смартфонов идут в ногу со временем, поэтому в магазинах можно встретить так называемые беспроводные зарядки. В основном они представляют собой платформу, на которую кладётся сам аппарат, после чего он начинает заряжаться без подключения с помощью провода. Давайте подробно рассмотрим, как работает беспроводная зарядка для телефона, а также разберёмся с принципом её использования.
Что такое беспроводная зарядка
По названию можно догадаться, что беспроводная зарядка позволяет заряжать различные устройства без использования проводов. Это может быть не только телефон, но и камера, фотоаппарат, планшет, умные часы, наушники и прочая техника. Естественно, для того чтобы это работало, заряжаемое устройство должно поддерживать беспроводную зарядку. Если такой поддержки нет, то в некоторых случаях ее можно реализовать при помощи специального чехла.
Подобный способ зарядки значительно экономит время и позволяет отказаться от использования кабелей и разъемов. Пользователю достаточно положить свой телефон на специальную платформу, и аккумулятор в автоматическом режиме начнёт наполняться. А чтобы прервать процесс зарядки нужно просто взять устройство в руки, отнеся его от источника энергии на 5-10 см.
Стандарт беспроводной зарядки Qi
Многие думают, что беспроводная зарядка появилась совсем недавно, однако это ошибочное мнение. Компания Wireless Power Consortium еще в 2008 году представила технологию беспроводной зарядки, работающую по стандарту WPC. Такое название не закрепилось в памяти людей, поэтому в различной литературе и описаниях чаще всего можно встретить обозначение Qi.
В стандарте WPC прописано, что беспроводная зарядка работает благодаря двум катушкам, взаимодействующим между собой. Одна из них расположена в платформе, а другая – в телефоне пользователя. Поэтому и получается, что магнитное поле охватывает две катушки, тем самым заряжая батарею устройства.
На сегодняшний день многие аэропорты и автовокзалы предлагают своим посетителям зарядить смартфон или планшет полностью без проводов. Как раз здесь и используется стандарт Qi. Однако не каждый телефон может заряжаться по «воздуху», поэтому если вы захотите приобрести подобную технологичную платформу, обязательно почитайте характеристики своего устройства.
Принцип работы беспроводной зарядки телефона
Принцип работы беспроводной зарядки довольно прост, конечно, если не вдаваться в физические подробности. Пользователь заранее подключает специальную платформу к источнику питания, а после кладёт на неё смартфон. Кажется, что всё так просто, но на деле же всё происходит немного иначе. В платформу встраивается индукционная катушка, которая выполняет функцию приёмника и передатчика.
Точно такая же катушка расположена и в телефоне пользователя. После подключения платформы к источнику тока вокруг катушки формируется магнитное поле. Когда вы кладёте телефон на саму панель между двумя катушками начинается взаимодействие. Электромагнитные волны преобразуются в электричество, которое и заряжает аккумулятор телефона.
Более наглядно процесс представлен на изображении выше. Желтым цветом как раз и показаны магнитные волны, преобразующиеся в электроэнергию.
Что такое обратная беспроводная зарядка
Обратная беспроводная зарядка – это ещё более усовершенствованная версия этой технологии. Впервые она появилась в 2018 году на ряде смартфонов Huawei и Samsung. Её суть сводится к тому, что при помощи одного телефона можно заряжать другой, причём полностью без проводов.
Достаточно прислонить два аппарата друг к другу и активировать необходимую функцию в настройках. Это очень удобно, так как избавляет людей от необходимости носить с собой портативные зарядки.
Как пользоваться беспроводной зарядкой
Пользоваться беспроводной зарядкой так же легко, как и обычной, работающей посредством подключения по кабелю. Однако для наглядности приводим подробную инструкцию:
- Подключите беспроводную зарядку к источнику питания. Это может быть USB-порт компьютера или обычная розетка. После выполнения этого действия устройство должно подать какой-то сигнал, чаще всего световой или звуковой.
- Расположите телефон на платформе беспроводной зарядки. Чаще всего особых требований к этому нет, но лучше класть телефон по центру блока. Если зарядка не началась, то проверьте, активирована ли в настройках подобная опция.
Как видите, принцип действий очень даже простой, поэтому с ним справится любой пользователь.
Таким образом, беспроводная зарядка – это специальная платформа, на которую кладётся телефон для начала зарядки аккумулятора. Принцип её работы сводится к взаимодействию магнитных полей между двумя индукционными катушками, расположенными в телефоне и самом приборе.
Какие телефоны поддерживают беспроводную зарядку
Сейчас технология беспроводной зарядки активно набирает популярность и ее поддерживают все больше новых телефонов. На данный момент, заряжать без проводов можно практически все флагманские модели. Ниже мы приведем актуальный список моделей с беспроводной зарядкой.
Все о беспроводной зарядке: как работает, чем хороша и какие у нее недостатки
Технология беспроводной зарядки появилась давно, но так и не стала массовой. Несмотря на неоспоримое удобство, беспроводной зарядкой оснащается едва ли одна четвертая современных смартфонов. В чем же причина? Попробуем разобраться.
Плюсы и минусы беспроводной зарядки
- Не нужно искать вечно теряющийся кабель каждый раз, как потребуется подзарядить телефон.
- Ставить на зарядку намного удобнее — нужно просто положить смартфон на полочку зарядного устройства. Не нужно елозить разъемом по корпусу, пытаясь его вставить.
- Не нужно возиться с заглушкой разъема зарядки и подбирать правильное положение штекера microUSB.
- Беспроводная зарядка не сломается, если сдернуть с нее заряжающийся телефон. Разъем же проводной зарядки легко повредить при неосторожном обращении — как на проводе, так и на самом смартфоне.
- Беспроводная зарядка уменьшает количество отверстий, через которые в корпус телефона может попасть вода.
Но к этому внушительному списку преимуществ прилагаются довольно весомые недостатки:
Телефоном, стоящим на беспроводной зарядке, сложно пользоваться. Существуют модели ЗУ с подставкой, они чуть облегчают использование заряжаемого смартфона. Но брать в руки и крутить заряжаемый смартфон можно только при использовании проводного ЗУ.
Чехлы и украшения на корпусе смартфона могут ухудшить зарядку или вообще сделать ее невозможной.
Скорость беспроводной зарядки намного ниже, чем при использовании провода и стандартов быстрой зарядки. Недостаток не столь значим для гаджетов с малой емкостью аккумулятора — например, смарт-часов.
Высокая цена при том, что адаптер беспроводной зарядки стоит копейки, наличие его в смартфоне вроде бы не должно увеличивать цену устройства. Тем не менее многие производителей оснащают беспроводной зарядкой только топовые модели.
И если первый недостаток понятен и неизбежен, то с остальными не все так просто. Они проистекают из конструкции беспроводной зарядки, и полностью устранить их пока не получается.
Как работает беспроводная зарядка
Смартфоны с беспроводной зарядкой используют принцип электромагнитной индукции, открытый Майклом Фарадеем еще в XIX веке. Изменяющееся магнитное поле создает в помещенном в него проводнике электрический ток. Для создания магнитного поля беспроводное ЗУ содержит катушку электромагнита.
А чтобы магнитный поток менялся, электромагнит запитывается переменным током. При этом в катушке, расположенной внутри смартфона, также начинает течь переменный ток. Остается только выпрямить его и подать на аккумулятор смартфона.
Многие недостатки беспроводной зарядки возникают именно из особенностей электромагнитной индукции.
Во-первых, напряженность магнитного поля падает с удалением от катушки. При этом падают и передаваемая мощность, и КПД зарядки. Чехлы и любые препятствия, отодвигающие смартфон от ЗУ, снижают его эффективность.
Во-вторых, магнитной индукции все равно, в каком проводнике возбуждать электрический ток. Если положить на беспроводную зарядку металлический предмет, он начнет нагреваться из-за наводимых в нем вихревых токов.
Многие современные ЗУ умеют распознавать такие ситуации (правда, из-за этого они стоят дороже), но не все и не всегда. Скрепка, попавшая между зарядкой и телефоном, может привести к порче обоих устройств.
В-третьих, КПД этого вида передачи электроэнергии невысок — максимум 75 % (против 97 % проводной зарядки). И это — в теории, при точном позиционировании приемной и передающей катушек. В реальных замерах различные модели смартфонов с беспроводной зарядкой показали КПД от 20 до 61 %. Поэтому даже при равной мощности проводного и беспроводного ЗУ, второе будет заряжать медленнее. Мощность беспроводных зарядок редко превышает 10 Вт, из которых «в работу» пойдет только 4–6.
И это при том, что для проводных зарядных устройств 18 Вт де-факто уже минимум, а найти ЗУ с мощностью 30–45 Вт совсем не сложно.
Многие ли согласятся снизить скорость зарядки в 4-8 раз?
Почему нельзя увеличить мощность беспроводной зарядки
Раз КПД беспроводного ЗУ невысок, то почему бы просто не поднять его мощность? Нужно 18 Вт на телефоне, так давайте делать зарядки на 36 Вт и выше? Это конечно нехорошо, но 18 Вт потерь — не так много, чтобы серьезно ударить по кошельку владельца ЗУ.
Проблема в том, что «потерянные» проценты КПД не исчезают бесследно, они выделяются в виде тепла, нагревая ЗУ и смартфон. И чем мощнее зарядное устройство, тем это заметнее.
50 % потерь для 10-ваттной зарядки дадут 5 Вт в виде тепла. Этого хватит, чтобы поднять температуру ЗУ и смартфона на 5–7 ºC, но не более. Впрочем, даже такого повышения температуры хватит для заметного уменьшения срока жизни аккумулятора. А вот 50 % потерь у 60-ваттного ЗУ — это уже серьезно, так можно и пожар устроить.
Производители стараются различными способами увеличить КПД своих устройств:
- применяют автоматическое позиционирование смартфона с помощью стационарных магнитов;
- меняют размер и количество катушек;
- делают в ЗУ и смартфоне перемещающиеся катушки, самостоятельно подбирающие оптимальную позицию;
- делают ЗУ и контроллер зарядки в смартфоне «умными», чтобы подбирать параметры зарядки в зависимости от взаимного положения катушек.
Это хоть и увеличивает их безопасность, но так же увеличивает и цену устройств и все равно не дает поднять мощность выше 15 Вт. Мощные беспроводные ЗУ существуют, но они дороги, несовместимы с общепринятым стандартом Qi и могут использоваться в паре только с «родным» устройством.
Беспроводная зарядка удобна, но некоторые ее недостатки пока устранить не удается. Беспроводные ЗУ имеют малую мощность и заряжают смартфон в разы дольше, чем проводное ЗУ с быстрой зарядкой. Кроме того, дешевые беспроводные ЗУ небезопасны и снижают срок жизни аккумулятора.
5 наивных вопросов о беспроводной зарядке, которые продолжают задавать
На Хабре есть немало статей о беспроводной зарядке смартфонов, и в комментариях к каждой из них, нет-нет, да и проскользнет наивный вопрос, который местные старожилы мгновенно заминусуют, отправив комментатора учить матчасть. Мы как, не побоимся этого слова, крупнейший производитель зарядных устройств для смартфонов с удовольствием проведем ликбез по беспроводным зарядкам, ответим на вопросы и развеем пару мифов. И начнем, пожалуй, с вопроса, от которого большинство хабровчан начинают скрежетать зубами.
Опасна ли беспроводная зарядка для здоровья?
Шапочка из фольги и свинцовые трусы компенсируют все негативные… извините, шутка. Уверения о некоем опасном излучении беспроводных зарядок можно воспринимать только со снисходительной улыбкой. Как говорится, не учите физику, и ваша жизнь будет полна чудес (и/или необоснованных страхов). Если на расстоянии двух сантиметров над поверхностью станции телефон перестает заряжаться и даже распознавать беспроводную зарядку, то откуда взяться излучению, которое будет «бить» на метры вокруг, выжигая мозг и репродуктивную систему?
Каждую секунду вас пронзают радиоволны сотовой связи, Wi-Fi, Bluetooth, ТВ и радиовещания и множество других сигналов в самых разных диапазонах, вы подвергаетесь воздействию электромагнитного поля от компьютера, любого электроприбора и даже электропроводки в стенах, а уж как «фонит» работающая микроволновка! И всё это не оказывает ровным счетом никакого влияния на вас, потому что это не ионизирующее излучение (то есть, не радиация).
Изучением влияния неионизирующего излучения на человека ученые занимаются десятки лет, и за это время было не раз доказано, что реальную опасность для людей представляют только долговременные тесные объятия с мощными неэкранированными излучателями, вроде военного радара, базовой станции сотовой связи, направленной точно на вас на расстоянии в пару метров или микроволновки без двери. И вред будет заключаться в разогреве молекул воды в клетках и денатурации белков.
Единственная рекомендация, которая хоть как-то затрагивает беспроводные зарядки для смартфонов, — не подносить работающую зарядку к кардиостимулятору. По инструкции медицинским устройствам вообще противопоказано любое постороннее мощное излучение. При этом нет никаких доказательств или случаев влияния Qi-зарядки на кардиостимулятор. Более того, уже разработана беспроводная зарядка для самих кардиостимуляторов.
Человеку беспроводная зарядка не может навредить никоим образом. А вот себе самой — вполне, если между телефоном и станцией оставить металлический предмет (как монета на фото). Электромагнитная индукция — дело такое.
Фото: Wireless Power Consortium
Однако если задаться такой целью, с помощью беспроводной зарядки действительно можно нанести вред смартфону. Дело в том, что хоть Qi-станции могут обнаруживать посторонние металлические предметы, попавшие между двумя катушками, некоторые тонкие предметы, вроде скрепок или декоративных вставок на чехле, могут остаться незамеченными. Оказавшись над передающей индукционной катушкой, металл неизбежно начнёт нагреваться. Нескольких минут хватит, чтобы та же скрепка раскалилась и начала плавить пластик.
Какой блок питания нужен для беспроводной зарядки?
КПД проводной зарядки составляет около 97%, то есть потерь энергии практически нет. А вот КПД беспроводных зарядок колеблется на уровне 60–75%. В теории, в сферических условиях в вакууме, так сказать. В реальности на КПД зарядки стандарта Qi влияет положение телефона на зарядной станции (то есть положение индукционных катушек друг относительно друга), их характеристики и размеры.
В этом году технологические новостные сайты наперебой репостили «исследование» энтузиаста, сравнившего скорость и энергопотребление проводной и беспроводных зарядок. Закономерно, результаты оказались не в пользу последних, причем КПД индукционной зарядки варьировался от станции к станции и особенно сильно зависел от положения смартфона на них. Если за 100% взять эффективность проводной зарядки, то КПД Qi варьировался от 20% до 53%, а самый лучший результат показала оригинальная Google Pixel Stand — 61%. Правда, исследование было посвящено не скорости или тепловыделению беспроводных зарядок, а их энергопотреблению — автор вел читателя к выводу, что если хотя бы половину от 3 млрд смартфонов в мире заряжать по воздуху с таким КПД, энергопотребление и нагрузка на энергосети возрастут. С одной стороны, с математикой не поспоришь. С другой, неутешительный вывод держится на вероятности «если бы, да кабы», а энергопотребление в мире и так растёт за счет цифровизации общества.
Кстати, возьмите на вооружение USB-тестер, с помощью которого можно измерять напряжение, ток и переданную энергию. Такой гаджет стоит около 1000 рублей, но позволяет безошибочно оценить качество USB-кабелей и выходные параметры зарядных устройств. Архиполезная вещь в хозяйстве!
Фото: AliExpress
Исходя из невысокого реального КПД индукционной зарядки, мы приходим к необходимости подключения зарядной станции к блоку питания повышенной мощности. Если 5-ваттную станцию подключить к 5-ваттному ЗУ, то из-за потерь скорость зарядки смартфона будет… скорее всего, никакой, потому что результирующая мощность на приёмной катушке смартфона окажется незначительно выше энергопотребления телефона в режиме ожидания. Производители Qi-станций рекомендуют использовать блоки питания с мощностью на 30–40% выше, чем у Qi-зарядки. Так, Apple для своей новой 15-ваттной MagSafe для iPhone 12 рекомендует докупить адаптер с мощностью не ниже 20 Вт. К счастью, не обязательно производства Apple. Мы провели сравнение скорости зарядки iPhone 12 Pro через MagSafe, подключенного к оригинальному 20-ваттному адаптеру Apple и к крохотному Anker Nano на те же 20 Вт. Разница между двумя блоками питания укладывается в несущественную погрешность — 188 минут в случае с ЗУ Apple 20 Вт и 190 минут в паре с Anker Nano 20 Вт. А при зарядке от этих блоков питания не через MagSafe, а напрямую по кабелю, батарею удалось зарядить за одинаковое время в 104 минуты.
Кстати, о MagSafe. Формально с новой зарядкой Apple совместимы все iPhone с Qi-приемником, но лишь семейство iPhone 12 будет заряжаться с максимальной мощностью 15 Вт, тогда как предыдущие модели смартфона — только 5 Вт. Также обозреватели заметили странную несовместимость MagSafe с мощными блоками питания для MacBook — в паре с 96-ваттным адаптером MagSafe «раскачался» только до 10 Вт. Есть мнение, что в адаптер для ноутбука просто не «зашит» необходимый профиль питания, требуемый для MagSafe.
Раньше мы тоже советовали приобретать для наших беспроводных зарядок блоки питания примерно на 40% мощнее, однако теперь самые мощные Qi-станции, вроде Anker PowerWave II Stand мы просто комплектуем сетевым адаптером необходимой мощности. Если в комплекте с вашей Qi-зарядкой не оказалось кабеля, докупите гарантированно хороший провод — дешёвые безымянные USB-кабели часто не могут передать высокие токи, а наименее качественным кабелям не покоряется даже 0,5 А.
Опасна ли беспроводная зарядка для смартфона?
Рискуем удивить, но да. Как и проводная зарядка. А уж как опасно для аккумулятора отсутствие любой зарядки и уход в глубокий разряд! Аккумуляторы вообще от жизни умирают. На скорость наступления неизбежного конца по большей части влияет лишь интенсивность использования батареи. В некотором смысле литий-ионные батареи следуют завету «live fast, die young» — чем быстрее аккумулятор выработает свой ресурс циклов заряда/разряда, тем быстрее потеряет ёмкость и потребует замены.
Заметьте, мы говорим о ресурсе, выраженном в количестве циклов зарядки. Самому аккумулятору абсолютно все равно, каким образом ему пытаются восполнить заряд: по проводу или через индукционную катушку — контроллер питания любой входящий ток приведёт к нужным характеристикам и лишь затем подаст на элемент питания.
Но нет дыма без огня, откуда-то ведь взялись городские легенды об опасности беспроводной зарядки? В этом мифе есть доля правды, только не там, где полагают большинство несведущих владельцев смартфонов. Повторим: ток, подаваемый непосредственно на аккумулятор, не различается в зависимости от способа зарядки, так что никакого «повреждения индукционными токами» при использовании стандарта Qi быть не может в принципе. Аккумулятору вредит лишь нагрев до высоких температур, который ускоряет деградацию анода и катода и, как следствие, ведёт к снижению ёмкости и в особо тяжёлых случаях даже к короткому замыканию. Ускоренный износ батареи наблюдается при её нагреве выше 30 °C, то есть температурный порог издевательски мал и ниже температуры тела человека.
Давайте считать и прикидывать. КПД Qi-зарядок составляет около 60%, большая часть потерянной энергии преобразуются в тепло, которое нагревает катушки и, соответственно, смартфон, а вместе с ним и аккумулятор. Важный момент — для наиболее высокого КПД катушки в станции и смартфоне должны находиться точно друг над другом, при их смещении станция вынуждена повышать мощность, что вызывает повышенный нагрев.
Дешевые безымянные Qi-зарядники не испортят ваш смартфон, зато могут испортиться сами — экономия на элементной базе и некачественная пайка могут закончиться коротким замыканием. И хорошо, если не случится возгорания.
Фото: iphones_ru / Instagram
Смартфоны могут охлаждаться только естественным образом, поэтому добротный чехол серьезно ухудшает отвод тепла. Это не значит, что надо непременно избавляться от чехлов во имя сохранности батареи — новый аккумулятор через пару лет обойдётся дешевле, чем потенциально разбитый экран сейчас. Но свою лепту в перегрев смартфона чехол всё-таки вносит.
Поэтому же мы не рекомендуем добавлять смартфону функцию беспроводной зарядки с помощью Qi-приёмника в виде тонкой пластины со штекером. Смартфоны без Qi-катушки просто не рассчитаны на то, что сквозь них начнут протекать индукционные токи, а тыльную часть начнет нагревать индукционная катушка. В лучшем случае при использовании такого ресивера вы получите очень быструю деградацию аккумулятора из-за перегрева, в худшем — испорченные MEMS-компоненты, вроде компаса или гироскопа.
Подобные Qi-ресиверы для смартфонов можно купить за 200–300 рублей, но мнимое удобство может обернуться повреждениями аккумулятора и микромеханических компонентов смартфона.
Фото: AliExpress
Всё-таки стандарт беспроводной зарядки Qi разрабатывался не наобум лазаря. Начинку смартфонов предложили защищать изолирующей пластиной, возможные негативные эффекты от перегрева были просчитаны, а мощность — ограничена гарантированно безопасными значениями (те самые 5 Вт в первых ревизиях стандарта, 15 Вт сейчас).
Даже в самом неблагоприятном случае беспроводная зарядка не превратит телефон в сковородочку для жарки шкварок. В смартфоны встроен термодатчик, который не позволяет батарее нагреваться выше 45 °C. Если обнаружится перегрев, например из-за толстого чехла, не дающего телефону охлаждаться естественным образом, то контроллер питания потребует снизить подаваемую мощность.
Но всё это касается оригинальных спецификаций Qi с базовым ограничением мощности беспроводной зарядки смартфонов в 15 Вт. А что же с быстрыми беспроводными зарядками?
Беспроводная зарядка высокой мощности опасна или нет?
Заряжать современный смартфон от беспроводной станции мощностью 5 Вт — это очень медитативное занятие, имеющее смысл только если телефон оставлять на прикроватной тумбочке на всю ночь. Для тех, кто закономерно не хочет ждать по шесть часов, производители смартфонов предлагают собственные проприетарные быстрые зарядки, на полную мощность работающие только с определёнными устройствами их же марки. Так у Huawei есть SuperCharge на 27 Вт и 50 Вт, OPPO представила AirVOOC на 65 Вт, а Xiaomi так и вовсе в ноябре 2020 года анонсировал 80-ваттную беспроводную зарядку, способную зарядить батарею на 4000 мА·ч за 19 минут.
Чудо техники от Xiaomi — беспроводная зарядка телефона за 18 минут. А что с температурой батареи? Пока неизвестно.
Потрясающие мощности и, в теории, потрясающее тепловыделение. Заметим, что при проводной зарядке гаджеты тоже нагреваются, и этот нагрев зависит от мощности зарядки (при условии, что сам смартфон в этот момент не используется, иначе нагрев будет значительно выше). Но при беспроводной передаче энергии тепла выделяется всё же больше. Соответственно, Qi-зарядник на 5 Вт нагреется крайне несущественно, на 15 Вт — побольше, а вот как должен разогреться смартфон, который питают через 80-ваттную беспроводную станцию… На самом деле однозначно мы пока не можем ответить на этот вопрос, сверхмощная зарядка Xiaomi ещё не вышла в серию, и реальных независимых тестов пока не проводилось.
Итак, с тепловыделением быстрых беспроводных зарядок более-менее разобрались — в теории оно выше, но практически нагрев контролируется термодатчиками и разнесением высокой мощности на две отдельных передающих катушки. Но есть другой возможный негативный фактор, общий и для проводной, и для беспроводной быстрой зарядки — повышенный ток, подаваемый на аккумулятор.
Разрядка и зарядка литий-ионной батареи представляет собой процесс передачи положительных ионов лития между анодом и катодом. Чем выше мощность заряда или разряда, тем быстрее ионы покидают один электрод и прикрепляются к другому. В ходе эксплуатации батареи анод и катод неизбежно изнашиваются, а быстрая зарядка незначительно ускоряет этот процесс. Насколько? Если использовать исключительно «быстрый» способ, то разница в ёмкости в сравнении с медленно заряжаемым аккумулятором проявится года через два или примерно 500–600 циклов, но при таком износе в принципе разумно заменить батарею, так как та неизбежно потеряет 10–15% ёмкости. Подчеркнем, что эта проблема проявляется при использовании и проводных, и беспроводных зарядных устройств высокой мощности.
Почему в некоторых смартфонах беспроводная зарядка до сих пор на 5 Вт?
Стандарт Qi сразу создавался открытым, поэтому за установку индукционной Qi-катушки производители гаджетов не платят никаких лицензионных отчислений. Соответственно, поддержка Qi — это лишь вопрос себестоимости индукционного модуля и перепроектирования внутренностей смартфона. Всякая компания вольна решать, внедрять ли ей поддержку Qi или нет и катушку какой мощности интегрировать.
В мире продукции, выпускаемой тиражом в десятки и сотни тысяч (а кому повезёт со спросом — и миллионов) штук экономия даже в несколько центов не бывает лишней. Например, в iPhone X закупочная стоимость компонентов для реализации беспроводной зарядки составила $6. И это по мегаоптовой скидке для уважаемого заказчика, и это для катушки с мощностью приёма не более 7,5 Вт. Для флагмана за $1000 лишние $6 в себестоимости погоды не делают, чего не скажешь об Android-фонах начального и среднего уровня, производители которых не прочь сэкономить для повышения конкурентоспособности среди равных.
Смартфон Palm Pre опередил свое время, став первым массовым телефоном с беспроводной зарядкой. И это в 2009 году, за год до появления Qi, за два года до первого Android-фона с опциональной Qi-крышкой и за шесть лет до интеграции Qi-катушек внутрь смартфонов.
Фото: HP
К счастью, цена катушек пала достаточно низко, чтобы установка приёмника даже на 10 Вт практически не отражалась на цене телефона, хотя 3–4 года назад смартфоны почти поголовно имели катушки всего на 5 Вт. В современных устройствах приемник Qi с мощностью 5 Вт можно встретить только по двум причинам: либо вам попалось удешевлённое по всем возможным фронтам устройство, либо это намеренный шаг для разнесения смартфонов компании по разным ценовым сегментам, чтобы дорогие модели имели более явные преимущества над дешёвыми.
Беспроводная зарядка смартфонов. Ответы на самые интересные вопросы
Рассказывать о том, что такое беспроводная зарядка — идея далеко не самая оригинальная. Если до 2017 года об этом писали многие техно-сайты, то после выхода первых смартфонов от Apple с беспроводной зарядкой (iPhone 8 и iPhone X), такие статьи появились буквально везде.
Поэтому у нас возникла такая дилемма. С одной стороны, никому не нужна очередная перепечатка на тему беспроводных зарядок. Но с другой — мы-то ничего об этом не писали.
Ну не писали и не нужно! — сказал бы человек, не читавший нашу статью о том, как работает батарея смартфона и как правильно ее заряжать. Но ведь если та статья (на столь избитую тему) получилась интересной, может и эта получится неплохой? Что ж, давайте это проверим!
Вначале мы расскажем об общем принципе работы беспроводной зарядки, а затем перейдем к самым интересным и волнующим вопросам.
Как работает беспроводная зарядка на смартфонах
Примерно так же, как и обычная зарядка, с помощью которой вы ежедневно заряжаете свой телефон! Или вы думали, внутри той маленькой коробочки с USB-кабелем, которую нужно вставлять в розетку, ток идет только по проводам?
Как мы знаем, для зарядки смартфону нужно 5 вольт, а розетка выдает 220 вольт. Чтобы наше устройство не сгорело при подключении к розетке, необходимо понизить напряжение. Для этого и нужна та самая коробочка под названием блок питания. Внутри этого блока находится трансформатор, принцип работы которого напоминает работу беспроводной зарядки.
Когда вы вставляете блок питания в розетку, провод от нее не идет прямиком в смартфон, а просто наматывается на катушку и больше ни к чему не подключается:
Но как же тогда ток поступает в телефон, если провод от розетки никуда не идет? Именно беспроводным путем! А рядом с этой катушкой размещается еще одна, провод которой и подключается к смартфону:
Такой хитрый трюк позволяет нам понижать или повышать напряжение. А работает это следующим образом.
Когда по проводу протекает переменный ток, вокруг него возникает переменное магнитное поле. Чем больше тока, тем сильнее это поле. Почему так происходит? Да просто так устроен наш мир — подброшенный камень падает вниз, а движение электронов в проводе сопровождается возникновением магнитного поля.
Под словом переменный подразумевается лишь то, что ток постоянно меняет свое направление. То есть, вначале все электроны движутся в одну сторону провода, а затем в обратную. За одну секунду ток в розетке меняет свое направление 50 раз. Этим переменный ток и отличается от постоянного, в котором электроны всегда движутся только в одном направлении.
Когда ток меняет свое направление, меняется и направление магнитного поля (север и юг). Можно сказать, что наш условный магнит (магнитное поле) как бы переворачивается 50 раз в секунду.
Так вот, более столетия назад люди обнаружили, что не только ток создает вокруг провода магнитное поле, но и само магнитное поле порождает в другом куске провода электричество, если этот провод будет находиться рядом.
А катушка нужна лишь для того, чтобы усилить магнитное поле, ведь магнитные поля каждого витка провода накладываются друг на друга.
Получается, когда мы включаем блок питания в розетку, ток проходит по первой катушке и создает магнитное поле, которое в свою очередь, заставляет двигаться электроны в другой катушке, создавая там электричество.
Вот так легко ток передается «по воздуху» от одного куска провода к другому!
Если вам интересно, каким образом 220 вольт превратились в 5 вольт, то здесь все еще проще. Оказывается, разница в напряжении зависит от количества витков провода. Если мы намотаем провод от розетки 220V, условно, в катушку из 220 витков, а второй провод, который будет подключаться к смартфону, намотаем в катушку из 5 витков, тогда 220V с одной стороны превратятся в 5V на другом проводе! Именно поэтому на картинке показано разное количество витков:
Если ток может легко «протекать» между двумя не связанными между собой проводами, ничего не мешает нам разделить такой трансформатор пополам, вытянув вторую катушку и поместив ее в смартфон.
Теперь, чтобы «переслать» энергию по воздуху, нужно будет просто положить смартфон на зарядное устройство, чтобы их катушки находились в непосредственной близости друг ко другу (синими стрелками показано магнитное поле):
Вот и весь секрет беспроводной зарядки!
И если с этим все понятно, тогда можем переходить к интересным вопросам.
— Почему все называют эти зарядки беспроводными, если они по проводу подключаются к розетке!?
Ровно по той же причине, почему и Wi-Fi называется беспроводным интернетом, несмотря на то, что сам роутер подключается к зарядке по проводу.
Конечно, было бы гораздо удобнее, если бы зарядка работала аналогично Wi-Fi роутеру. То есть, в доме стоял бы прибор, который просто «транслировал» энергию в пространство. Нужно зарядить смартфон? Опускаете шторку на телефоне и включаете зарядку, как Bluetooth или NFC.
В принципе, передача энергии на большие расстояния — вполне реальная задача и, возможно, такая технология скоро будет доступна пользователям смартфонов, но пока остается довольствоваться электромагнитной индукцией.
— Почему не все смартфоны поддерживают беспроводную зарядку?
Чтобы смартфон можно было заряжать без провода, внутри него должна находиться катушка, провода которой подсоединены к аккумулятору. Если производитель не встроил эту катушку, такой смартфон заряжаться без проводов не сможет.
Вот, к примеру, как она выглядит в iPhone XR:
Кроме того, если у смартфона задняя крышка металлическая — беспроводной зарядки там быть не может, так как в крышке под воздействием магнитного поля будет появляться ток и она начнет сильно нагреваться. Ничем хорошим это не закончится.
— Можно ли для смартфона покупать любую беспроводную зарядку или нужна определенная?
Еще несколько лет назад на рынке существовало несколько несовместимых между собой стандартов беспроводных зарядок. Самым популярным из них был Qi (читается как «Чи» или «Ци»), но встречались и другие, например, PMA.
Но так как принципиальной разницы между Qi и PMA не было, плюс, Apple выбрала Qi в качестве стандарта для iPhone, PMA проиграл битву. Сегодня практически во всех устройствах используется стандарт Qi, поэтому, если ваш смартфон более-менее современный, подойдет любая зарядка этого стандарта.
— Нужно ли выключать беспроводную зарядку из розетки, когда она не заряжает смартфон?
В этом нет никакой необходимости. Беспроводная зарядка работает в режиме ожидания, когда нет никакой нагрузки. Естественно, электричество при этом практически не потребляется и зарядка не нагревается.
Периодически такая зарядка посылает тестовые импульсы в ожидании ответа от смартфона и пока он ей не ответит, устройство не включится.
— Нужно ли размещать смартфон на зарядке в строго определенном месте с точностью до миллиметра?
Точность до миллиметра не нужна. Но, все же, катушки внутри смартфона и зарядного устройства должны располагаться более-менее точно относительно друг друга.
Если вы покупаете самую дешевую китайскую зарядку, скорее всего, внутри нее будет всего одна катушка и вам придется каждый раз следить за тем, куда и как вы кладете смартфон, чтобы расположение катушек совпало. Иначе смартфон либо не будет заряжаться вовсе, либо эффективность (КПД) зарядки будет крайне низкой и большая часть энергии будет уходить в никуда.
В обычных (хороших) зарядках размещается сразу несколько катушек внахлест:
Когда вы кладете смартфон на такую зарядку, она включает именно ту катушку, которая находится ближе всего к катушке телефона. Так что, при использовании нормального зарядного устройства точно позиционировать смартфон не нужно. Просто положили телефон на зарядку и пошли по своим делам.
Есть и другие интересные решения. Например, когда катушка внутри беспроводной зарядки может передвигаться — вы кладете смартфон, а она подъезжает прямо под катушку телефона.
— Влияет ли чехол на работу беспроводной зарядки?
В чехле смартфон будет находиться чуть дальше от катушки, но если его толщина не превышает 2-3 мм, это не должно сказаться на принимаемой мощности. Поэтому снимать чехол во время зарядки не нужно. Если же он слишком толстый или смартфон будет располагаться слишком далеко от катушки (скажем, дальше 7 мм), зарядка просто отключается.
Материал чехла не играет никакой роли, только если это не металл. Если же на чехле есть металлические вставки, нужно чтобы они не перекрывали катушку. Но даже в этом случае зарядка может не работать. Подробности смотрите в следующем ответе.
— Что будет, если на зарядку положить металлический предмет или рядом окажется что-то из металла?
Естественно, когда металл попадает в переменное магнитное поле, внутри индуцируется электричество и металлический предмет начинает нагреваться. Это могло бы закончиться самыми неприятными последствиями, вплоть до пожара. Но такой сценарий невозможен даже в теории.
Дело в том, что стандарт Qi — это не просто катушка, по которой протекает ток и возникает магнитное поле. На самом деле, беспроводная зарядка — это очень умное устройство, которое никогда не включится, пока не «договорится» со смартфоном.
В режиме ожидания беспроводная зарядка не способна ни зарядить смартфон, ни нагреть металлический предмет. Она практически не работает. Как только в поле действия зарядки попадает любой металлический предмет, включая катушку смартфона, она начинает опрашивать устройство.
Послав запрос, зарядка ожидает ответ. Если устройство подтвердит, что оно полностью совместимо со стандартом Qi, тогда зарядка проверит информацию о положении устройства. И если все эти проверки «металлический предмет» пройдет успешно, только тогда зарядка включится.
Естественно, у простой железки «не хватит ума», чтобы активировать зарядное устройство.
Но что будет, если мы разместим на зарядке смартфон, а рядом будет находиться металлический предмет (монета, кольцо, скрепка) или магнит? Ведь смартфон никак не скажет зарядке, мол, тут что-то рядом подозрительное лежит и пока лучше повременить с передачей энергии.
Верно, не скажет! Но это и не требуется. Зарядка не прекращает общение со смартфоном, который сообщает ей много информации (принимаемую мощность, процент заряда и пр.). И если она заметит, что определенное количество энергии идет в обход смартфона, зарядка тут же прекращается (или не начинается вовсе). Эта технология называется Foreign Object Detection (обнаружение посторонних предметов).
Кстати, именно это «общение» зарядного устройства и телефона гарантирует своевременное отключение процесса заряда, когда аккумулятор полностью зарядился.
— А что будет, если положить на беспроводную зарядку телефон, не поддерживающий эту технологию?
Хотя этот вопрос и может показаться чисто гипотетическим, на самом деле, он имеет и практический смысл. Дело в том, что сегодня очень распространены автомобильные держатели для смартфонов со встроенной беспроводной зарядкой. Поэтому некоторых может волновать вопрос, что будет, если обычный смартфон поместить в такой держатель.
Как вы уже, наверное, догадались, ничего страшного не произойдет, так как Qi-стандарт обязательно требует согласования с устройством перед началом зарядки. О чем можно «говорить» со смартфоном, не понимающим «язык» беспроводной зарядки? Соответственно, зарядка просто не будет работать.
— Влияет ли беспроводная зарядка на работу Bluetooth, Wi-Fi или NFC?
Казалось бы, причем здесь Wi-Fi или Bluetooth?
На самом деле, беспроводная зарядка работает на определенной частоте, так как направление тока меняется тысячи раз в секунду. При работе зарядки возникают электромагнитные волны, которые могут распространяться за пределы смартфона. Но рабочая частота Qi-зарядок составляет от 100 до 300 кГц, в то время как Wi-Fi и Bluetooth работают на частоте 2.4 ГГц, а NFC — на частоте 13.5 МГц.
Таким образом, беспроводная зарядка никак не может повлиять на работу Bluetooth, Wi-Fi или NFC. Однако вызвать помехи в диапазоне 100-300 кГц — вполне способна.
— Беспроводная зарядка вредна для здоровья?
Если положить руку на беспроводную зарядку, ничего не произойдет, так как она даже не включится. Когда зарядка работает, ее электромагнитное излучение совершенно безвредно для здоровья человека. Равно как и излучение от смартфона или вышек 5G.
— Убивает ли беспроводная зарядка батарею смартфона?
Не сильнее, чем проводная зарядка. Батарею ежедневно «убивает» сам процесс заряда и разряда, так как после каждого такого цикла емкость незначительно сокращается из-за химических процессов, происходящих внутри аккумулятора.
Но что по-настоящему вредно для батареи, так это очень высокая температура. И здесь ситуация следующая. С одной стороны, беспроводный способ зарядки — далеко не самый эффективный. Зарядное устройство потребляет больше энергии, чем отдает. А смартфон получает меньше энергии, чем отдает зарядка. Часть этой энергии уходит в тепло.
К слову, в обычной зарядке катушки не просто так «болтаются» в воздухе, а наматываются на специальный магнитопровод, чтобы добиться максимально эффективной передачи магнитного поля. Здесь же никакого магнитопровода нет.
Зачастую выделяемого тепла не достаточно для того, чтобы причинить хоть какой-то вред аккумулятору. А быстрые беспроводные зарядки и вовсе оборудованы системой охлаждения.
Кроме того, в процессе зарядки оба устройства не прекращают обмениваться информацией и при опасном повышении температуры зарядное устройство начнет снижение мощности.
В целом, беспроводная зарядка — это совершенно естественный метод, который ничем не опаснее проводной зарядки.