Выпускать флагманские смартфоны без поддержки беспроводной зарядки сейчас стало попросту неприлично. Тем не менее заблуждения о них всё ещё остаются. В статье мы расскажем об устройстве беспроводных зарядок, существующих стандартах и перспективах технологии.
Как устроены беспроводные зарядки
Передавать электрическую энергию на расстояние можно разными способами. Но наиболее распространённым и пригодным к массовому использованию считается электромагнитная индукция — по принципу действия беспроводная технология недалеко ушла от простейших трансформаторов. Одна катушка расположена в адаптере — пропускаемый через неё переменный ток высокой частоты возбуждает магнитное поле, которое воздействует на катушку-приёмник смартфона. Там переменный ток преобразуется в постоянный («выпрямляется»), ведь для восполнения ресурса аккумулятора нужен именно он.
Схема работы беспроводной зарядки
Из физических ограничений таких систем стоит выделить два. Первое — взаимное расположение катушки-источника и катушки-приёмника. Для эффективной работы обе должны быть размещены друг напротив дружки. 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 источника напряжения. А какой из них использовать, гаджет решает сам, оценивая положение смартфона.
В дешёвых китайских моделях обычно установлена всего одна катушка, поэтому они требуют точного размещения аппарата. Небрежно бросить его на подставку и пойти по своим делам не получится.
Второе ограничение — расстояние. Чем дальше от источника расположен приёмник, тем больше энергии будет рассеяно впустую. Зона эффективной работы беспроводных зарядок измеряется буквально в миллиметрах, а препятствием для работы может стать даже чрезмерно толстый чехол.
Зарядные устройства с несколькими катушками позволяют смещать смартфон
Стандарты беспроводной зарядки
Первое попавшееся ЗУ 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, PMA и AirFuel.
Беспроводные зарядки Qi. Наиболее распространён на сегодняшний день открытый стандарт Qi, носящий название китайского философского понятия. Его разработкой занимается WPC — консорциум беспроводной энергии, куда входит большинство крупных компаний-разработчиков и производителей электроники. 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».
Стандарт Qi имеет две разновидности: малой и средней мощности. Маломощные ЗУ (до 5 Ватт) могут заряжать любые устройства, а вот средние (до 120 Ватт), по задумке консорциума, подойдут для ноутбуков или беспроводных мониторов. Пока в продаже можно найти зарядки мощностью только до 15 Вт — это уровень технологий быстрой проводной зарядки вроде Qualcomm Quick Charge и Samsung Adaptive Fast Charging. Такая мощность обеспечивает быструю зарядку без провода, но её поддержка также требуется и со стороны смартфона.
Помимо энергии, Qi умеет передавать и информацию со скоростью до 2 Кбит/с. Обмен данными при зарядке происходит практически непрерывно и используется не только для проверки совместимости стандартов, но и для установки различных режимов или прекращения процесса.
Беспроводные зарядки PMA. Стандарт PMA был разработан одноимённым альянсом и практически не отличался от Qi. Разница разве что в использовании частоты переменного тока 277-357 кГц, в то время как Qi работает в диапазоне 100-205 кГц. Европейскому пользователю PMA практически незнаком. Зато он успел зарекомендовать себя в Северной Америке: стандарт поддерживали операторские смартфоны и гаджеты, выпущенные специально для США. В их числе — аппараты компании LG, вплоть до модели G6. Кроме того, смартфоны Samsung (почти вся S-серия и линейка Note), Motorola и ряда других компаний поддерживали и Qi, и PMA одновременно. А сетевые заведения вроде Starbucks встраивали зарядные устройства PMA прямо в столики.
Почему мы пишем об этом стандарте в прошедшем времени? Всё просто: не имея ни заметных отличий, ни преимуществ перед Qi, PMA проиграл конкурентную борьбу. И без того шаткое положение было окончательно подорвано выбором компании Apple в пользу Qi. Это привело к тому, что альянсы PMA и A4WP (стандарт WiPower, так и не получивший какого-либо распространения) объединились в AirFuel, где вскоре представили новую разработку под названием Rezence.
Беспроводные зарядки Air Fuel. Сейчас в Air Fuel входит более 250 компаний — в основном те же, что участвуют в консорциуме WPC. Разрабатываемая в AirFuel технология отличается от Qi достаточно сильно. Схема включения катушек на их резонансной частоте позволяет увеличить дальность передачи энергии со считанных миллиметров до нескольких сантиметров, но снижает КПД до 45%. Для сравнения, у Qi, использующей классический трансформатор, основанный на взаимоиндукции, этот показатель составляет 65%. Стоит отметить, что резонансный режим работы предусмотрен и стандартом Qi, но пока он не получил широкого распространения.
Другая отличительная черта AirFuel — использование Bluetooth для связи между гаджетами и зарядными устройствами. Хотя этот интерфейс сейчас есть даже в чайниках, его необходимость ставит под сомнение удобство технологии.
Пока разработки AirFuel применяются лишь в немногих аксессуарах и устройствах. Например, в ультрабуке-трансформере Dell Latitude 7285. Удастся ли стандарту найти свою нишу или его ждёт судьба PMA — судить рано.
Проприетарные решения. Как правило, их используют в различных аксессуарах. К их числу можно отнести ЗУ для смарт-часов Samsung (Gear S3 и Galaxy Watch), фитнес-трекеров Fossil Q Contro, а также способ зарядки стилуса нового iPad Pro. Пускай часы и трекеры реагируют на некоторые Qi-зарядки, прибегать к этому методу мы не советуем. Ведь неоригинальные подставки часто приводят к сильному нагреву и повреждению гаджетов. Например, известны случаи выхода из строя Gear S3 при попытке зарядить их с помощью ЗУ для смарт-часов предыдущего поколения.
Перспективы
Qi. На достигнутых результатах WPC останавливаться не собирается. Консорциум успел подготовить новую спецификацию стандарта, обеспечивающего мощность до 1 кВт. Этого хватит не только на смартфоны и ноутбуки, но и на беспроводной чайник — в WPC не скрывают планов на кухонную технику.
WiTricity. Пока WPC и AirFuel борются за рынок бытовой техники, американская компания WiTricity всерьёз взялась за электромобили. Идея простая: вы паркуете свою машину, а она начинает заряжаться — ни проводов, ни дополнительных действий. Заявленная мощность — от 3,6 до 11 кВт и выше. Стандартная зарядка для электромобилей Tesla также имеет мощность 11 кВт, так что беспроводная не будет такой медленной, как может показаться на первый взгляд. С точки зрения физики, технология использует резонанс, но с КПД до 93%. Как это удалось — обложенная всевозможными патентами коммерческая тайна. Пока зарядные устройства WiTricity существуют лишь в прототипах, но среди инвесторов компании — Intel, Foxconn и Toyota, что внушает надежду на светлое будущее.
PoWiFi. «А что, если не придумывать специальных зарядных устройств и брать энергию прямо из воздуха?», — подумала команда исследователей из США и не прогадала. Излучаемой беспроводными точками доступа энергии вполне хватает, чтобы запитать датчики или зарядить небольшие аккумуляторы (как, например, в фитнес-браслетах) на расстоянии нескольких метров от роутера. На первый взгляд, сущая ерунда. Но технология укладывается в популярную концепцию интернета вещей и может быть полезной при построении системы умного дома: если есть Wi-Fi, датчикам не потребуются ни провода, ни батарейки. Известно о разработке стало ещё три года назад, но новости о ней появляются редко, и до массового внедрения технологии, увы, далеко.
Есть два основных препятствия для масштабного внедрения технологии. Первое — необходимость поддержки со стороны производителей оборудования. Впрочем, при желании это можно обойти путём установки сторонней прошивки. Второе препятствие более существенно: в США максимальная мощность нелицензируемых передатчиков Wi-Fi ограничена 1 Вт, а это уже на грани практической применимости. В России же ограничение составляет и вовсе жалкие 100 милливатт — без изменения законодательства использовать технологию просто-напросто не получится.
Заключение
Тенденция отказа от лишних проводов будет развиваться. Нам уже не нужно подключать с их помощью акустику, клавиатуры, мыши, принтеры, прочую периферию и даже некоторые мониторы. На очереди — питание: к чему шнуры, если гаджеты заряжаются, просто валяясь на столе? Ну а если к розетке всё-таки придётся подключать маломощные устройства, то это наверняка будет розетка без штепселя Mi Power (не имеет отношения к компании Xiaomi), которая заодно ещё и разветвитель.
Вот что длина пальцев руки говорит о вашем характере