Буквально 10-15 лет назад возможность заряжать мобильные устройства без проводов казалось чем-то из области фантастики. Тем временем всё больше брендов снабжают свою продукцию – смартфоны, фитнес-браслеты, умные часы, наушники и т. д. – опцией бесконтактной зарядки. Несмотря на стремительное распространение технологии, многие люди не знают, как устроена беспроводная зарядка. Предлагаем разобраться, какие физические явления лежат в основе технологии зарядки «по воздуху».
В далёком 1831 году английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое демонстрирует неразрывную связь между электричеством и магнетизмом. Учёный обнаружил, что при прохождении через проводник электрический ток генерирует магнитное поле, которое может воздействовать на другие материальные среды и провоцировать в них возникновение электрического тока. Простыми словами, если вдоль провода, по которому идёт ток, пустить второй провод, то под влиянием магнитного поля первого проводника во втором также появится ток. Спустя десятки лет наблюдений и экспериментов именно явление электромагнитной индукции легло в основу множества устройств, которые в корне перевернули повседневность человечества. Одним из них является электротрансформатор, принцип работы которого лежит в основе бесконтактной зарядки.
Беспроводная зарядка представляет собой индукционную катушку-передатчик – свёрнутую на плате-преобразователе спираль из проводящего материала. Вторая катушка-приёмник находится на аналогичной плате внутри заряжаемого устройства. Набор конденсаторов на обеих обмотках позволяет сопоставить частоту передатчика и принимающего элемента. При подаче переменного тока из сети на катушку-передатчик появляется магнитное поле, генерирующее электрический ток на ответном элементе, который, в свою очередь, преобразует переменный ток в постоянный и заряжает аккумулятор. Помимо наведения электрического тока, беспроводная зарядка с помощью всё того же магнитного поля осуществляет обмен данными. Считанных килобит в секунду достаточно для передачи информации о совместимости устройств, состоянии аккумулятора, необходимом для его зарядки уровне мощности и расположении гаджета на площадке. В зависимости от полученных данных, бесконтактная зарядка определит, например, поддерживает ли смартфон функцию быстрой зарядки, и установит соответствующую мощность.
Сегодня беспроводная зарядка представлена на рынке несколькими стандартами. Самым распространённым является стандарт Qi, который поддерживает индукционную передачу энергии на расстоянии до 4 см. Его используют большинство крупнейших производителей мобильных устройств, включая Huawei, Samsung, LG, Apple, Sony, Nokia и т. д. На втором по популярности месте находится стандарт PMA, главным образом распространённый в Америке. Его поддерживают гораздо меньше мобильных устройств. Ключевое различие между данными стандартами заключается в рабочих частотах: Qi работает в диапазоне 105 – 205 кГц, а PMA использует частоты 277 – 357 кГц. Помимо Qi и PMA, существуют и другие менее распространённые стандарты, например, Open Dots, преимущественно применяемый для беспроводной зарядки автомобилей, или Rezence, создатели которого обещают реализовать возможность передавать энергию на расстояние в несколько метров. Возможность дистанционной бесконтактной зарядки также рассматривают разработчики технологий DCRS, WiTriCity и PoWiFi, которым только предстоит выбраться из инженерных лабораторий и покорить реальный мир.
