Как работает беспроводная зарядка

Если вы поль­зо­ва­лись бес­про­вод­ным заряд­ным устрой­ством, вы зна­е­те: 

  1. Оно ни разу не бес­про­вод­ное. Всё рав­но про­вод от заряд­но­го устрой­ства идёт к розет­ке.
  2. Пра­виль­но поло­жить теле­фон на заряд­ное устрой­ство — та ещё задач­ка.
  3. Теле­фон с обыч­ной про­вод­ной заряд­кой мож­но воткнуть в розет­ку и взять в кро­ват­ку. А на бес­про­вод­ной — тер­пи, пока заря­дит­ся. 

Но если отло­жить все неудоб­ства — конеч­но, выгля­дит вол­шеб­но. Раз­бе­рём­ся, как это устро­е­но с точ­ки зре­ния физи­ки. 

Физика и магнитное поле

Если силь­но упро­стить, то любая бес­про­вод­ная заряд­ка осно­ва­на на эффек­те, кото­рый мы зна­ем из уро­ков физи­ки:

когда по про­во­ду идёт ток, вокруг про­во­да обра­зу­ет­ся маг­нит­ное поле. 

Выгля­дит это при­мер­но так:

Если сильно упростить, то любая беспроводная зарядка основана на эффекте, который мы знаем из уроков физики

Но у маг­нит­но­го поля есть и обрат­ное свой­ство: если его точ­но так же пустить вдоль дру­го­го про­во­да, то в этом про­во­де появит­ся ток:

Как работает беспроводная зарядка: у магнитного поля есть и обратное свойство: если его точно так же пустить вдоль другого провода, то в этом проводе появится ток

Полу­ча­ет­ся, что если мы сфор­ми­ру­ем такое же маг­нит­ное поле вокруг про­во­да, то смо­жем под­клю­чить этот про­вод к бата­рее, что­бы она заря­жа­лась. Это мож­но сде­лать, напри­мер, так:

  1. Поло­жить рядом два про­во­да
  2. Пустить по одно­му ток
  3. Смот­реть, как во вто­ром тоже появ­ля­ет­ся ток

Чем бли­же про­во­да друг к дру­гу — тем луч­ше.

Беспроводная зарядка: чем ближе провода друг к другу — тем лучше

Но что­бы в новом про­во­де тока хва­та­ло для заря­да бата­реи, у нас долж­но быть доста­точ­но силь­ное маг­нит­ное поле. Самый про­стой спо­соб полу­чить поле посиль­нее — скру­тить мно­го вит­ков про­во­да по спи­ра­ли.

Скручиваем провод

Если мы возь­мём длин­ный про­вод и скру­тим его по спи­ра­ли, то у нас полу­чит­ся катуш­ка, маг­нит­ное поле будет силь­нее и будет рас­пре­де­лять­ся так:

Если мы возьмём длинный провод и скрутим его по спирали, то у нас получится катушка

Если мы пустим по этой спи­ра­ли ток, а свер­ху поло­жим такую же спи­раль, то в ней появит­ся такой же ток, толь­ко на 20–25% сла­бее. Поте­ри свя­за­ны с пре­об­ра­зо­ва­ни­ем маг­нит­но­го поля в элек­три­че­ство, поэто­му обыч­но на спи­раль пода­ют ток поболь­ше, что­бы на выхо­де полу­чить нуж­ные зна­че­ния.

Обычно на спираль подают ток побольше, чтобы на выходе получить нужные значения

Для бес­про­вод­ной заряд­ки одну такую спи­раль под­клю­ча­ют через пре­об­ра­зо­ва­тель к розет­ке, а дру­гую встра­и­ва­ют в теле­фон. Когда мы поло­жим такой теле­фон на пло­щад­ку, под кото­рой будет катуш­ка под напря­же­ни­ем, то спи­раль теле­фо­на уло­вит это маг­нит­ное поле, пре­об­ра­зу­ет его в элек­три­че­ство и будет заря­жать бата­рею.

Но не всё так просто

Что­бы бес­про­вод­ная заряд­ка рабо­та­ла эффек­тив­но, катуш­ки заряд­ки и теле­фо­на долж­ны быть как мож­но бли­же друг к дру­гу. Иде­аль­но, если их цен­тры сов­па­дут — тогда поте­ри будут мини­маль­ные. Но мы часто видим, как теле­фо­ны про­сто кла­дут на любое место пло­щад­ки, а заряд­ка всё рав­но идёт как нуж­но. 

Что­бы это было воз­мож­но, про­из­во­ди­те­ли дела­ют несколь­ко кату­шек на пло­щад­ке. Напри­мер, мож­но рас­по­ло­жить несколь­ко кату­шек рядом друг с дру­гом, а свер­ху в про­ме­жут­ки поло­жить ещё несколь­ко. Тогда теле­фон почти все­гда будет лежать над одной из кату­шек и будет заря­жать­ся.

Что­бы заряд­ка пони­ма­ла, какую катуш­ку нуж­но исполь­зо­вать, она по оче­ре­ди даёт ток на каж­дую и таким обра­зом опре­де­ля­ет, к какой катуш­ке теле­фон лежит бли­же все­го.

Ещё заряд­ки отли­ча­ют­ся по мощ­но­сти — напри­мер, есть заряд­ки на 5, 10 и 20 ватт. Что­бы заряд­ка пони­ма­ла, на какую мощ­ность рас­счи­тан ваш теле­фон и вооб­ще под­хо­дил ли эта заряд­ка к теле­фо­ну, она с помо­щью того же маг­нит­но­го поля обме­ни­ва­ет­ся с теле­фо­ном дан­ны­ми. Если всё в поряд­ке — заряд идёт, если нет — то всё отклю­ча­ет­ся или заряд­ка идёт на мини­маль­ной мощ­но­сти.

Стандарты беспроводных зарядок

Qi. Самый попу­ляр­ный стан­дарт, кото­рый под­дер­жи­ва­ют почти все теле­фо­ны. Его минус — нуж­но очень точ­но рас­по­ло­жить теле­фон над катуш­кой, что­бы всё рабо­та­ло как нуж­но. Имен­но для это­го дела­ют несколь­ко кату­шек в заряд­ке. Мак­си­маль­ное рас­сто­я­ние для заря­да — 4 сан­ти­мет­ра, а мак­си­маль­ная мощ­ность — 120 ватт.

PMA. Исполь­зу­ет тот же прин­цип, что и Qi, но рабо­та­ет на дру­гой часто­те тока в катуш­ке. Его под­дер­жи­ва­ют мень­ше теле­фо­нов, но есть и такие моде­ли, кото­рые рабо­та­ют с обо­и­ми стан­дар­та­ми. Ещё PMA-зарядки встра­и­ва­ет Стар­бакс в сто­лы у себя в кофей­нях.

Есть и дру­гие стан­дар­ты для бес­про­вод­ной заряд­ки устройств, но в теле­фо­нах они не при­ме­ня­ют­ся и рас­счи­та­ны на про­мыш­лен­ные устрой­ства, элек­тро­мо­би­ли и осталь­ную тех­ни­ку.

Паранойя

Вызы­ва­ют ли бес­про­вод­ные катуш­ки рак, импо­тен­цию, сла­бо­умие? Не более, чем любая про­вод­ка в вашем доме. Бес­про­вод­ная заряд­ка — это про­сто два мот­ка про­во­ло­ки под напря­же­ни­ем.

Мож­но ли через бес­про­вод­ную заряд­ку счи­тать дан­ные теле­фо­на? Нет, но мож­но — через бес­про­вод­ную тех­но­ло­гию NFC, если ваш теле­фон готов эти­ми дан­ны­ми поде­лить­ся. 

Мож­но ли с помо­щью бес­про­вод­ной заряд­ки раз­маг­ни­тить бан­ков­скую кар­ту? Если кар­та с маг­нит­ной поло­сой и вы поло­жи­те ее меж­ду заряд­ной стан­ци­ей и теле­фо­ном надол­го, то маг­нит­ная поло­са может повре­дить­ся. Кар­та с чипом — нет. 

Мож­но ли при­го­то­вить или разо­греть на бес­про­вод­ной заряд­ке еду? Мож­но, если ваша еда — свёр­ну­тая в спи­раль мед­ная про­во­ло­ка, а у заряд­ной стан­ции будет мощ­ность в 100—200 раз выше, чем у совре­мен­ных. Про­во­ло­ка нагре­ет­ся, её мож­но будет съесть. (Это шут­ка, не ешь­те мед­ную про­во­ло­ку).

Текст и иллю­стра­ции:
Миша Поля­нин

Редак­тор:
Мак­сим Илья­хов

Кор­рек­тор:
Ира Михе­е­ва

Иллю­стра­тор:
Даня Бер­ков­ский

Вёрст­ка:
Маша Дро­но­ва

Достав­ка:
Олег Веш­кур­цев