Что такое беспроводная зарядка и как она работает

Беспроводная зарядка (англ. wireless charging) — способ передачи электроэнергии от зарядной станции к аккумулятору устройства без проводов. Положил смартфон на стол — и гаджет заряжается. Магия? Нет, физика!

Разберёмся, как это происходит

• Как работает беспроводная зарядка
• Стандарты беспроводной зарядки
• Почему нельзя увеличить мощность беспроводной зарядки
• Как правильно пользоваться беспроводной зарядкой
• Плюсы и минусы

Как работает беспроводная зарядка

Если быть честными до конца, то провода в беспроводной зарядке всё же есть: зарядная станция в любом случае подключается к розетке. А вот энергия от станции к смартфону передаётся уже «по воздуху».

В основе работы беспроводной зарядки лежит принцип электромагнитной индукции, явление которой было открыто Майклом Фарадеем ещё в 1831 году.

Коротко механизм работы беспроводной зарядки можно описать так. Есть две медные катушки. Одна установлена в зарядной станции — это передатчик. Другая расположена в корпусе смартфона, умных часов или иного гаджета — это приёмник. Зарядная станция подключается к электросети и генерирует на своей катушке переменное магнитное поле. Его улавливает катушка-приёмник и подаёт ток на устройство.

На схеме ниже изображена схема работы электромагнитной индукции в беспроводной зарядке:

• Катушка-передатчик в зарядной станции посылает сигнал.
• Сигнал ищет катушку-приёмник, установленную в устройстве, например в смартфоне.
• Если катушка найдена, то в игру вступает электромагнитная индукция.
• Внутри катушки передатчика начинает течь электричество.
• Появляется электромагнитное поле, которое улавливает катушка-приёмник в смартфоне.
• Электроны, захваченные приёмной катушкой смартфона, начинают течь вокруг неё, заряжая аккумулятор устройства.

Стандарты беспроводной зарядки

Qi-технология

Qi (произносится как «чи») — самый распространённый стандарт беспроводной зарядки, передающий энергию на расстоянии до 4 см. Его представили в 2008 году, а разработкой занималась организация «Консорциум беспроводной энергии». Минимальная возможная мощность зарядных устройств стандарта Qi составляет 5 ватт, но чаще всего встречаются модели мощностью до 15 ватт.

Катушки в гаджетах и зарядных станциях могут передавать не только энергию, но и данные на скорости до 2 кбит/с. Это нужно для того, чтобы зарядная станция могла отслеживать процесс зарядки смартфона и вовремя отключать подачу энергии. Иначе аккумулятор может перегреться, выйти из строя или воспламениться.

Подавляющее большинство устройств с беспроводной зарядкой сегодня работают по стандарту Qi. Ведь благодаря ему удалось достичь соглашения между производителями гаджетов о том, на каких частотах должны работать зарядные устройства, какие должны быть конструкционные требования к зарядным станциям и гаджетам для обеспечения максимальной совместимости и безопасности в работе.

MagSafe

MagSafe — усовершенствованный стандарт Qi от компании Apple, который представили в 2021 году. От оригинала разработка купертиновцев отличается наличием магнитов на задней крышке смартфона и зарядной станции. Благодаря этому можно точно расположить катушки друг под другом и избежать потерь энергии. В итоге процесс зарядки с помощью MagSafe получился более стабильным.

Инженеры Apple решили, что магниты под крышкой смартфона можно использовать не только для зарядки и выпустили целую линейку аксессуаров. К примеру, к смартфону можно прикрепить кардхолдер или подставку. Сторонние производители также подхватили идею и начали делать автомобильные держатели с поддержкой MagSafe, которые одновременно удерживают смартфон на приборной панели автомобиля и заряжают его.

Если не хочется использовать MagSafe, то все смартфоны Apple по умолчанию совместимы со стандартом Qi. Поэтому пользователь не привязан к фирменным магнитным станциям и может выбирать удобный способ зарядки.

PMA

PMA — стандарт беспроводной зарядки, разработанный организацией Power Matters Alliance. От Qi он отличается повышенной частотой тока, варьирующегося от 277 до 357 кГц вместо 205 кГц у Qi. В Европе он так и не стал популярным, но прижился в Северной Америке.

Оператор сотовой связи AT&T встраивал зарядные станции стандарта PMA в столики в кофейнях Starbucks. Благодаря этому у посетителей появилась возможность подзарядить смартфон во время кофе-брейка или обеда.

Rezence

Rezence — стандарт, разработанный инженерами Alliance for Wireless Power (A4WP). Его особенность в том, что вместо индукционных полей используется электромагнитный резонанс. Это позволяет получить больше мощности на выходе и увеличить область распространения волн для одновременной зарядки нескольких гаджетов.

Этот стандарт так и не стал популярным среди производителей гаджетов, но им заинтересовались разработчики электромобилей. Например, компания Qualcomm предложила технологию Halo WEVC, которая позволяет заряжать аккумулятор автомобиля. Для этого катушку-приёмник устанавливают в авто, а катушку-передатчик — под асфальтовое покрытие на парковке. Таким образом, электрокар можно заряжать без проводов.

Это особенно полезно для посетителей торговых центров, которые могут подзарядить аккумулятор, пока делают покупки. Ещё один плюс в том, что с собой не надо возить адаптер для зарядки и возиться с разными типами портов у автопроизводителей.

Почему нельзя увеличить мощность беспроводной зарядки

Производители смартфонов уже давно научились делать мощные блоки питания для быстрой зарядки по проводу. На выходе они выдают до 100 ватт мощности и могут полностью зарядить смартфон за час. Беспроводные зарядные станции пока не могут похвастаться такими показателями и ограничены мощностью до 15 ватт.

При этом нельзя просто подать больше энергии на зарядную станцию, так как лишние ватты конвертируются в выделяемое тепло. Нагревание аккумулятора смартфона уменьшает его срок службы и снижает доступный объём. В итоге устройство придётся заряжать чаще.

Поэтому производители стараются улучшить качество зарядки, а не просто увеличить мощность. Например, используют умные станции с подвижными катушками, которые располагаются точно под заряжаемым устройством. В итоге получается более эффективно использовать энергию, но такие изыски дорого обходятся покупателям.

В 2018 году Apple анонсировала станцию беспроводной зарядки AirPower. По плану станция должна была заряжать одновременно три устройства. Стандарт Qi не поддерживает эту функцию, но Apple пыталась обойти это ограничение с помощью увеличения числа катушек до 16 штук.

Инженерам удалось добиться одновременной зарядки нескольких устройств, но появились другие проблемы. Такое большое количество катушек сильно нагревало саму станцию и заряжаемые гаджеты. Потенциально это могло вызвать возгорание. Ещё тестеры заметили, что электромагнитное поле AirPower может влиять на другие устройства, например отключать кардиостимуляторы. И самое безобидное — зарядная станция изрядно шумела.

Спустя год проект закрыли из-за невозможности реализовать безопасное устройство подобного класса. Примечательно, что изначально инженеры Apple планировали использовать до 32 катушек, но не смогли совладать даже с 16.

Как правильно пользоваться беспроводной зарядкой

Беспроводная зарядка кажется максимально простым процессом: положил смартфон на зарядную станцию и забыл про него на несколько часов. Однако есть пара нюансов, которые позволят избежать деградации аккумулятора и повысят уровень безопасности:

• Размещайте смартфон или другой гаджет ровно по центру зарядной станции. Чем дальше от середины находится устройство, тем больше энергии будет рассеиваться, уменьшая эффективность зарядки.
• Используйте качественный кабель для подключения зарядной станции в сеть, рассчитанный на передачу тока большой мощности. Если это не учитывать, есть шанс, что из строя выйдет как зарядная станция, так и смартфон.
• Если ваш смартфон умеет делиться своим зарядом с другими устройствами в беспроводном режиме, желательно заряжать его на отдельной станции. В противном случае смартфон может попытаться одновременно заряжаться и отдавать заряд рядом стоящему устройству. Это вызовет перегрев и уменьшит срок службы аккумулятора и его контроллера.
• Не храните на зарядной станции посторонние предметы и не кладите их под гаджеты во время зарядки. Особенно обращайте внимание на металлические предметы, например ключи или магнитные стикеры для автомобильных держателей. Если станция не распознает лишний предмет, она будет продолжать работать, нагреваясь от собственной индукции и может расплавиться.

Плюсы и минусы беспроводной зарядки

Как и у любой технологии, у беспроводных зарядных устройств есть свои плюсы и минусы. Начнём с положительных моментов:

• Удобство использования. Чтобы зарядить гаджет, не надо искать подходящий кабель и блок питания для него.
• Универсальность. Одну зарядную станцию можно использовать с разными гаджетами.
• Защита коннектора смартфона. Не нужно постоянно вставлять и вынимать кабель из смартфона, а значит, и USB-разъём останется целым.
• Доступная энергия. Зашли в кафе попить кофе и было бы неплохо подзарядить смартфон, но кабель забыли дома? Не беда. Во многих заведениях крупных городов России начали внедрять беспроводные зарядки в клиентские столики. Также эта технология добралась до приборных панелей автомобилей и даже ковриков для мыши.

Но есть и нюансы.

• Низкая скорость зарядки по современным меркам. Если вы привыкли к супербыстрой зарядке по проводу от блока питания на 100 ватт, то беспроводная зарядка вас разочарует. Из-за низкой мощности и потерь энергии скорость зарядки значительно снижается.
• Устройство во время зарядки использовать практически невозможно. С проводным зарядным устройством можно продолжать пользоваться смартфоном. С беспроводной зарядкой, увы, ответить на сообщение в мессенджере будет слегка неудобно.
• Придётся тщательнее выбирать чехол. Толстые чехлы могут сильно увеличить расстояние от стенки смартфона до зарядной поверхности. Это снижает КПД процесса зарядки или вовсе прерывает его.

Выводы

• В основе технологии беспроводной зарядки лежит электромагнитная индукция. Катушка в зарядной станции генерирует переменное магнитное поле, которое улавливается катушкой в смартфоне и конвертируется в ток для подзарядки аккумулятора.
• Qi — самый популярный стандарт беспроводной зарядки, совместимый практически со всеми гаджетами на рынке.
• Мощность беспроводной зарядки обычно не превышает 15 ватт. Всё из-за того, что аккумулятор может сильно нагреваться от воздействия электромагнитной индукции.
• Для безопасной беспроводной зарядки следует выбирать качественные зарядные станции, иначе срок службы аккумулятора может значительно уменьшиться.
• Важно соблюдать рекомендации производителя, описанные в инструкции к зарядной станции. Неправильно использование устройства может привести к возгоранию.