Беспроводная зарядка это удобный аксессуар смартфона, когда вам не нужно беспокоиться о кабелях и о сохранении целостности хрупкого разъёма телефона, через который при зарядке пропускается высокий ток.
Преимущества беспроводной зарядки очевидны:
– Можно просто положить смартфон на зарядное устройство, и он тут же начнёт восполнять энергию.
– Не нужно искать кабель с подходящим коннектором (Lightning, microUSB, USB-C).
– Уменьшается износ кабелей питания, портов и разъёмов.
Но в то же время технология беспроводной зарядки ещё не так совершенна и её используют только на флагманских моделях смартфонов. Однако в то же время интеграция этой технологии в смартфоны среднего и низкого диапазона не получила распространение и эти устройства по-прежнему не поддерживают беспроводную зарядку.
Поэтому возникает вопрос: а является ли главным критерием при выборе нового мобильного телефона наличие беспроводной зарядки?
Далее для разбора сложившейся ситуации мы погрузимся в мир зарядных устройств и подробно опишем, что такое беспроводная зарядка, как она работает, и действительно ли она полезна.
Как работает беспроводная зарядка и как она устроена
Передавать электрическую энергию на расстояние без проводов можно разными способами. Но наиболее распространённым и пригодным к массовому использованию считается электромагнитная индукция — этот принцип действия реализован в простейших трансформаторах. Одна катушка расположена в передатчике зарядного устройства — пропускаемый через неё переменный ток высокой частоты возбуждает магнитное поле, которое воздействует на катушку-приёмник смартфона, где и образуется переменный ток. После этого, принятый переменный ток преобразуется в постоянный, т.е. выпрямляется, так как зарядка аккумуляторной батареи смартфона производится постоянным током.
Эта технология требует выполнения двух важных требований:
Первое требование — строгое расположение катушки-источника напротив катушки-приёмника. Для эффективной работы обе катушки должны быть размещены друг напротив друга. Смещение всего на половину диаметра уже критично: коэффициент связи между катушками уменьшается практически до нуля. Чтобы устранить эту проблему, производители брендовых зарядных устройств используют минимум два-три катушки, расположенных с частичным перекрытием (нахлёстом). А какой из них будет задействован решает сам гаджет, оценивая возникающую силу тока на катушке смартфона.
На дешёвых китайских моделях обычно устанавливают одну катушку, поэтому они требуют точного размещения телефона на зарядной панели.
Второе требование — минимальное расстояние между катушками. Чем дальше от источника расположен приёмник, тем больше энергии будет рассеяно впустую. Зона эффективной работы беспроводных зарядок измеряется в миллиметрах, а препятствием для работы может стать защитный чехол телефона или металлический предмет, например монетка.
Стандарты беспроводной зарядки
Первое попавшееся беспроводное зарядное устройство смартфону не поможет. Оба устройства должны поддерживать одинаковый беспроводной стандарт. И требование это отнюдь не праздное: неподходящее напряжение или частота тока могут оказаться фатальными для гаджета. Поэтому он не начнёт процедуру, пока не установит связь с зарядным устройством, не получит от него соответствующую команду и описание режима.
В массовых гаджетах используются три основных стандарта: Qi и PMA (магнитно-индукционные станции) и AirFuel (магнитно-резонансные станции).
Магнитно-индукционные станции
По принципу магнитной индукции работают беспроводные зарядки Qi и PMA. Эти зарядные устройства передают энергию на расстояние около 10 мм и используют для этого частоту переменного тока 100–357 кГц. Чтобы зарядить смартфон с помощью такой станции, он должен поддерживать конкретный диапазон её частот.
Qi
Беспроводные зарядки Qi. Наиболее распространён на сегодняшний день открытый стандарт Qi, носящий название китайского философского понятия «ЦИ». Его разработкой с 2008 года занимается WPC (по англ. Wireless Power Consortium – «Консорциум беспроводной энергии») куда входит большинство крупных компаний-разработчиков и производителей электроники из Америки, Европы и Азии. Споры о том, как правильно произносить название стандарта, не утихают до сих пор: кто-то предпочитает англо-американское произношение «чи», кто-то — русское «ци», а кто-то — японское «ки».
PMA
Разработкой стандарта PMA с 2012 года по 2015-й занималась организация Power Matters Alliance (PMA) (что по-русски – Альянс «Сила имеет значение»). Этот стандарт в большей мере распространён в США. Использует тот же принцип, что и Qi, но работает на другой частоте тока в катушке.
Сегодня Power Matters Alliance в составе AirFuel Alliance занимается развитием альтернативного типа беспроводной зарядки AirFuel. Но вместе с Qi этот стандарт до сих пор поддерживают смартфоны Samsung, включая последние флагманы Galaxy S10, S10+ и S10e.
Магнитно-резонансные станции
В отличие от станций, работающих на магнитной индукции, в них применяется увеличенная вплоть до 6,78 МГц частота тока. Это позволяет расширить радиус зарядки до 40–50 мм.
В таких беспроводных зарядках также используется набор из двух катушек. Но они могут не находиться друг напротив друга, поэтому зарядные устройства необязательно должны быть выполнены в виде подставок или ковриков.
По принципу магнитного резонанса работают беспроводные зарядки стандартов Rezence и AirFuel.
Rezence
Разработкой Rezence с 2012 года по 2015-й занималась организация Alliance for Wireless Power (A4WP).
За счёт увеличения расстояния зарядки стандарт позиционировали как более удобную альтернативу Qi и PMA. Сейчас A4WP входит в состав AirFuel Alliance и работает над стандартом AirFuel.
Rezence продвигали производители комплектующих Broadcom, Gill Electronics, Integrated Device Technology (IDT), Intel, Qualcomm, Samsung Electronics, Samsung Electro-Mechanics, а также WiTricity.
AirFuel
Этот тип беспроводной зарядки ещё не вышел в массовое производство. Потенциал его распространения пока неясен, но компания Huawei планирует комплектовать беспроводной зарядкой AirFuel все свои смартфоны.
Разработкой стандарта AirFuel, который станет продолжением Rezence, с 2015 года занимается организация AirFuel Alliance.
В теории AirFuel можно спрятать даже под стол или другую поверхность. Через неё станции смогут одновременно работать с несколькими устройствами: смартфонами, наушниками, ноутбуками.
Что нужно знать о мощности беспроводных зарядок
Всё-таки стандарт беспроводной зарядки Qi разрабатывался исходя из безопасности зарядки смартфона по воздуху. Начинку смартфонов предложили защищать изолирующей пластиной, возможные негативные эффекты от перегрева были просчитаны, а мощность — ограничена гарантированно безопасными значениями – 5 Вт в первых устройства этого стандарта, и 15 Вт сейчас.
Что нужно знать, используя беспроводную зарядку
– Низкий КПД и большое время зарядки
КПД (Коэффициент Полезного Действия) проводной зарядки составляет около 97%, то есть потерь энергии практически нет. А вот КПД беспроводных зарядок, в идеале, колеблется на уровне 60–75%. В реальности же на КПД зарядки стандарта Qi очень сильно влияет положение телефона на зарядной станции (т.е. положение индукционных катушек друг относительно друга). Поэтому реальный КПД стандарта Qi варьируется уже от 20% до 53%.
В результате вы впустую тратите не только время, но и электроэнергию, которая рассеивается в виде тепла, не достигая цели.
– Большая часть потерянной энергии преобразуются в тепло, что опасно
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.
Вся дополнительная энергия, которая не поступает в аккумулятор во время беспроводной передачи, теряется и выделяется в виде тепла из-за теплового излучения. Вот почему беспроводное зарядное устройство всегда будет выделять тепла больше, чем проводное зарядное устройство той же мощности. А перегрев, как вы знаете, ещё вредит здоровью аккумулятора.
– Повсеместное внедрение беспроводной зарядки приведёт к ухудшению окружающей среды
Но его применение в настоящих условиях может очень плохо отразиться на сохранении окружающей среды.
На днях я наткнулся на интересную статью Эрика Равенскрафта из OneZero, изучающую беспроводную зарядку, в частности, насколько она неэффективна по сравнению с проводными зарядными устройствами.
“Согласно новым расчетам OneZero и iFixit, – пишет Равенскрафт, – беспроводная зарядка значительно менее эффективна, чем зарядка шнуром, настолько, что широкое внедрение этой технологии может потребовать строительства десятков новых электростанций по всему миру.
При тестировании зарядных устройств зарядка телефона от полностью разряженного до 100% с помощью проводной зарядки занимала в среднем 14,26 Ватт-часов (Втч). Использование же беспроводного зарядного устройства потребовало 21,01 Втч. Получается, что удобство «не подключать кабель» требует более 47% больше энергии! Другими словами, телефон должен работать усерднее, генерировать больше тепла и потреблять больше энергии при беспроводной зарядке, чтобы заполнить батарею того же размера. И на это ушло примерно вдвое больше времени.»
“Мы выяснили, что при 100% эффективности от настенной розетки до батареи потребуется около 73 угольных электростанций, работающих в течение дня, чтобы полностью зарядить 3,5 миллиарда батарей смартфонов”, – сказал технический писатель iFixit Артур Ши в интервью OneZero. Но если люди неправильно размещают свои телефоны и снижают эффективность их зарядки, их число растет: “Если бы эффективность беспроводной зарядки составляла всего 50%, вам пришлось бы удвоить электростанции, чтобы зарядить все батареи”.
Если бы все в мире перешли на беспроводную зарядку, это оказало бы ощутимое влияние на мировую энергосистему.
Подведём итоги: Недостатки беспроводной зарядки
1. Беспроводная зарядка работает медленнее проводной из-за меньшего КПД.
2. Зарядная станция редко идёт в комплекте, обычно её приходится докупать отдельно.
3. Нельзя полноценно использовать смартфон во время зарядки.
4. Если случайно сместить смартфон, лежащий на станции, зарядка может прекратиться.
5. Толстые защитные чехлы и чехлы с металлическими частями могут мешать работе беспроводной зарядки.
6. Беспроводную зарядку не всегда удобно брать с собой.
7. Перевод всех смартфонов на Земле на беспроводную зарядку потребует строительства дополнительных 73 угольных электростанций.
У беспроводной зарядки сегодня больше минусов, чем плюсов. Пока она находится на начальном этапе развития, поэтому нужно чётко понимать, где и когда её уместно использовать.
