беспроводное зарядное устройство стандарт qi что это
Беспроводная зарядка смартфонов на примере решений стандарта Qi
Технологии беспроводной зарядки электронных устройств разрабатываются производителями уже очень давно. Пожалуй, наиболее знакомым популярным вариантом их реального использования можно считать некоторые модели электрических зубных щеток. В этом случае преимуществом такого решения, кроме удобства зарядки, является отсутствие внешних электрических контактов, которые не очень практичны в условиях ванной комнаты. Также стоит обратить внимание на регулярный сценарий работы этого устройства и отсутствие необходимости заряжать щетку в других местах.
Однако на рынке смартфонов пока не наблюдается широкого распространения аналогичных решений, которые с виду очень удобны. Причин тому, на наш взгляд, несколько. Первые две вполне характерны для большинства новых технологий: увеличение стоимости и малое количество доступных «ответных» частей» — самих беспроводных зарядок. Но более важной причиной является существенное изменение сценария зарядки мобильного устройства. При использовании кабеля вы теряете лишь одно — возможность перемещения смартфона на большое расстояние. Причем в большинстве случаев это не очень существенно (кроме того, можно просто использовать длинный кабель). При этом вы можете продолжать пользоваться телефонными разговорами, интернетом, почтой, мультимедиа и всеми остальными приложениями. С беспроводной зарядкой такого позволить себе нельзя. Она в обязательном порядке требует нахождения смартфона на специальной подставке во время зарядки. Хотя, конечно, можно представить себе вариант с громкой связью или гарнитурой.
Получается, что фактически беспроводные зарядные устройства могут быть интересны только в ограниченном числе сценариев — например, в док-станции для зарядки ночью или при навигации в автомобиле. Для частого повседневного или экстренного использования сегодня они являются не очень удобными. Впрочем, тестируемый уже сейчас вариант зарядных устройств в кафе также может оказаться полезным. За последние несколько лет смартфоны получили яркие экраны высокого разрешения с большой диагональю и мощные многоядерные процессоры, однако время активной работы от одного заряда аккумуляторной батареи практически не изменилось. Если бы они были способны гарантированно протянуть более суток, ситуация была бы другой — пользователю достаточно было бы использовать беспроводное зарядное устройство дома, положив на него смартфон на ночь. Также надо отметить, что для таких популярных устройств, как планшеты, использование беспроводной зарядки менее вероятно. В частности, они требуют более высокой мощности блока питания, чем смартфоны, и кроме того, подставка будет иметь слишком большие размеры. (Кстати, надо отметить, что при тестировании мы встретились с тем, что в некоторых сочетаниях для работы требуется определенное фиксированное положение смартфона на подставке.) Использование беспроводной зарядки с гарнитурами или другими аксессуарами тоже маловероятно, причиной отсутствия таких решений будет невозможность использования достаточно крупных приемных катушек в этих устройствах.
Но надо признать, что в последнее время в этой области намечаются определенные сдвиги. Не у каждого производителя, даже самого крупного, хватит сил на создание действительно универсального решения. Можно считать, что начало стандартизации было положено в 2008 году с созданием Wireless Power Consortium. Разработанный ими вариант под названием Qi сегодня является единственным признанным большим числом игроков рынка решением. Всего, по данным консорциума, на момент написания статьи в нем было представлено почти 200 компаний, а на рынке присутствовало более 350 продуктов с поддержкой данного стандарта. Qi можно встретить в продуктах HTC, LG, Motorola, Nokia, Philips, Samsung и других производителей.
Еще одной организацией в данной области является The Alliance For Wireless Power, образованный в 2012 году. Входящий в его состав Qualcomm в настоящий момент предлагает свою реализацию технологии под названием WiPower.
Стоит также упомянуть созданный в 2012-м году Power Matters Alliance, который также ставит перед собой задачу разработки и продвижения индустриального стандарта беспроводной зарядки. Следом за ним, в октябре этого года была организована рабочая группа IEEE Wireless Power and Charging Systems Working Group.
В настоящий момент на рынке можно найти продукты Duracell Powermat, но они мало распространены и не используются производителями смартфонов, поэтому далее в этом материале мы будем рассматривать решения Qi.
С технической точки зрения беспроводное зарядное устройство использует электромагнитное поле для передачи энергии от одного устройства к другому. Если говорить про текущую реализацию Qi, то здесь в разделе малой мощности установлены следующие характеристики: расстояние порядка 5 мм, максимальная мощность 5 Вт. Напомним, что мощность пять ватт соответствует наиболее распространенным проводным зарядным устройствам с интерфейсом USB и током 1 А. Кроме непосредственно катушек, в процессе участвуют специальные контроллеры, которые следят за подачей и приемом энергии, причем управляющим является блок, установленный в мобильном устройстве.
Ниже мы рассмотрим три решения данного стандарта разных производителей с точки зрения удобства работы, скорости зарядки и совместимости.
Nokia
Для обеспечения возможности беспроводной зарядки своих устройств компания Nokia предлагает два аксессуара: Nokia Wireless Charging Plate (DT-900) и Nokia Wireless Charging Pillow by Fatboy (DT-901). Отличаются они только дизайном: первый представляет собой строгое устройство из пластика, а второй — мягкую и гибкую «подушку». Обе модели представлены в нескольких ярких цветах, соответствующих линейке Nokia Lumia. Остальные характеристики совпадают: поддержка стандарта Qi, внешний блок питания 12 В 0,74 А с кабелем длинной 1,8 м.
В тестировании мы использовали DT-900. Корпус подставки выполнен из пластика, в нашем случае — яркого красного цвета. Размеры его относительно невелики — около 120×60×11 мм.
Верхняя матовая поверхность имеет в центре логотип производителя, вокруг которого идет невысокий бортик из резины. Он позволяет удержать смартфон на зарядном устройстве. Отметим, что крупные размеры панели примерно соответствуют смартфону с диагональю экрана 4,5″. Так что современные крупные устройства будут закрывать ее полностью.
Край и нижняя поверхность сделаны глянцевыми. На одном из коротких закругленных торцов находится вход блока питания, а с противоположной стороны — белый индикатор работы зарядки. На дне панели находится резиновая вставка, препятствующая скольжению.
Комплектный кабель имеет красный цвет, однако сам блок питания белый. Обратить внимание стоит на параметры этого блока — он выдает 12 В 0,75 А, что существенно больше, чем выдают стандартные проводные зарядные устройства. В частности штатный AC-16 рассчитан на 5 В 1 А. Видно, что потери мощности существенны.
В список совместимых аппаратов входят модели от Lumia 720 и выше. Однако встроенный приемник из них имеет только Lumia 920, для остальных потребуется приобретать дополнительную заднюю крышку, которая связывается с аппаратом через расположенные сзади корпуса смартфона контакты. В частности, при работе с Lumia 1020 крышка увеличивает вес на 30 г, а толщину — примерно на 2 мм. Пожалуй, такое решение более интересно, чем встроенный модуль у Lumia 920. По крайней мере, до тех пор, пока подобные технологии не будут использоваться повсеместно.
В работе устройство получилось достаточно удобным. Небольшие размеры свободно позволяют разместить его на столе, тумбочке или полке. Встроенный индикатор светится во время зарядки, которая начинается буквально через пару секунд после установки смартфона на подставку. Отметим, что если использовать крупные смартфоны, этот индикатор может быть не очень хорошо видно. Также стоит обратить внимание на нестандартный блок питания и разъем. Другие рассмотренные в этой статье модели можно «трансформировать» в обычные зарядные устройства и использовать с большинством смартфонов, просто отключив кабель Micro-USB от подставки.
Первое тестирование зарядки мы проводили совместно с Nokia Lumia 920. Проверка показала, что беспроводное зарядное устройство способно работать даже с полностью разряженным устройством, что, несомненно, нужно считать плюсом решения. Что же касается времени полного восстановления заряда, то с DT-900 оно оказалось практически таким же, как и со штатным проводным блоком питания — примерно два с половиной часа. Так что скорость зарядки в данном случае можно считать высокой, но главное, что пользователю будет удобно прогнозировать требуемое время, поскольку оно не зависит от используемого варианта.
Проверка совместимости с Samsung Galaxy S4, снабженным фирменной крышкой для беспроводной зарядки, оказалась успешной. Смартфон смог полностью восстановить заряд примерно за 3 часа 10 минут. При этом также есть возможность начала работы с полностью разряженной батареей.
Отметим, что в арсенале Nokia есть необычная модель внешнего аккумулятора с беспроводной зарядкой — Nokia Portable Wireless Charging Plate (DC-50). Стоимость Nokia DT-900 на момент написания статьи составляла около 2600 рублей. Фирменные крышки с приемными модулями предлагались по 1000-2000 рублей в зависимости от модели.
Samsung
Немного другой подход в комплектации выбрала компания Samsung. В состав ее аксессуара S Charger Kit входит подставка для зарядки и новая крышка для смартфона со встроенными цепями зарядки.
В случае использования с Samsung Galaxy S4 она увеличивает вес аппарата на 20 г, а толщину — примерно на 2 мм. Интересно, что на компонентах указаны токи: на вход требуется 5 В 2 А (столько выдает штатный блок от данного смартфона), а на выходе можно получить только 5 В 0,65 А.
Корпус подставки изготовлен из пластика. Ее размеры составляют около 161×91×12 мм. Для верхней панели использован серый полуглянцевый материал. Ее вогнутая форма помогает удерживать смартфон в нужном положении. В центре виден логотип производителя. Однако если говорить именно про Galaxy S4, то он заметно меньше подставки — пунктирная линия как раз соответствует размерам смартфона.
Основной корпус — белый глянцевый. В центре одного из коротких торцов находится гнездо Micro-USB. В стороне от него, на верхнем ребре, установлен зеленый светодиод, который зажигается в момент установки смартфона на подставку и начала зарядки. Место для индикатора выбрано не очень удачно — удобнее было бы видеть его на противоположной стороне. Впрочем, из-за большого размера подставки это не очень существенно. Бо́льшая часть дна изготовлена из резины, что позволяет подставке крепко держаться на столе.
Время полной зарядки Samsung Galaxy S4 составляет около трех с половиной часов. Проверка работы с использованием блока питания на 1 А показала, что на самом деле требование именно двухамперной модели не оправдано, вполне достаточно будет и менее мощного блока. На продолжительность беспроводной зарядки эта замена влияния не оказывает. Отметим, что и эта конфигурация способна обеспечить восстановление полностью разряженного смартфона.
Напомним, что при использовании комплектного проводного зарядного устройства время восстановления заряда составляет около двух с половиной часов. При этом до 90% скорость зарядки достаточно высокая, но на последнем десятке процентов она снижается.
В отечественных магазинах данный комплект предлагается примерно за 3000 рублей.
PowerQi
Наличие стандарта позволяет выпускать совместимые устройства разным компаниям, а не только производителям смартфонов. В частности, нам удалось найти на тест практически «безымянный» вариант беспроводного зарядного устройства PowerQI T-100.
Подставка изготовлена из белого глянцевого пластика и имеет размеры 150×80×10 мм. Плоская верхняя часть имеет немного скошенные края и на ней отсутствуют какие-либо прорезиненные элементы, так что смартфон удерживается на месте не очень хорошо. На панели серой краской нанесено название компании и модели, а также логотип стандарта беспроводной зарядки. Опирается подставка на четыре резиновые ножки.
Светодиод горит зеленым при наличии внешнего питания, а при установке смартфона для зарядки меняет цвет на голубой. Также отметим подачу звукового сигнала в этот момент, что позволяет быть уверенным в опознании аппарата и начале зарядки.
Блок приемника представляет собой плоскую антенну и небольшую плату с контроллером производства Texas Instruments. Предполагается его установка под штатную крышку смартфона с подключением к присутствующим на корпусе контактным площадкам.
Отметим, что на приемнике указан выходной ток — 600 мА. Для смартфонов, которые не имеют такой возможности, существуют варианты в виде чехлов с подключением через штатный Micro-USB. Интересно, что данная антенна по размеру кажется немного меньшей, чем в штатном аксессуаре Samsung; это может привести к необходимости более точного позиционирования смартфона на передатчике. В нашем тестировании такая ситуация возникла с зарядным устройством Nokia из-за его компактных размеров.
Время зарядки смартфона с фирменной крышкой на подставке PowerQi составляет примерно 3 часа 30 минут, так что с точки зрения передатчиков данные модели получились одинаковыми. Остальные комбинации приемника и передатчика дают аналогичные результаты, в том числе сохраняется возможность восстановления заряда смартфона с полностью разряженной батареей.
Заключение
Интерес к технологиям беспроводной зарядки аккумуляторов смартфонов сегодня проявляют многие компании. Однако никаких революций здесь ожидать не стоит. Игроков на рынке много, договориться между собой у них получается с трудом, кроме того накладывается знакомая проблема «курицы и яйца́». Так что сегодня считать наличие встроенного или опционального модуля беспроводной зарядки обязательным для топовых устройств, пожалуй, не стоит.
В этой статье мы рассмотрели несколько вариантов решений, разработанных согласно стандарту Qi. Они показали хорошую совместимость и оказались в целом вполне работоспособны. Некоторое опасение вызывает только относительно низкая возможная мощность в данной модификации Qi, не позволяющая обеспечить быстрое восстановление заряда современных устройств с батареями высокой емкости. Впрочем, если рассматривать данные решения в качестве ночного зарядного устройства, их будет вполне достаточно для большинства смартфонов. Что же касается активных сценариев работы, например навигации в автомобиле, то здесь вполне возможна ситуация, когда беспроводная док-станция не сможет обеспечить восстановления заряда аккумулятора при одновременной работе ресурсоемких приложений, а будет выступать только в роли дополнительного источника питания, снижая скорость разряда штатной батареи.
В любом случае технологию Qi можно считать уже достаточно зрелой и пригодной для использования не только энтузиастами, но и обычными пользователями, которые находят данный сценарий полезным для себя. Причем совсем не обязательно использовать оригинальные аксессуары — предлагаемые на интернет-площадках по относительно невысокой стоимости решения менее известных компаний тоже могут подойти.
Мир без проводов: обзор технологии беспроводной зарядки
Основы беспроводной зарядки
Qi (произносится как «Ци») зарядка является оптимизированной индуктивной зарядкой, также известной как «беспроводная зарядка», позволяющая вам заряжать ваши устройства без проводов. С помощью индуктивной передачи без использования отдельных зарядных устройств, кабелей или адаптеров заряжаются аккумуляторы только совместимых устройств. Для этого вам необходимо просто поместить ваше совместимое устройство на беспроводную площадку и наблюдать, как оно заряжается.
Что такое Qi зарядка
Это оптимизированная индуктивная зарядка, также известная как «беспроводная зарядка». Она позволяет заряжать ваши устройства без использования проводов. С помощью индукционной передачи могут заряжаться аккумуляторы только совместимых устройств, для которых во время путешествия не понадобится никаких отдельных зарядных устройств, кабелей и адаптеров. Необходимо лишь положить совместимое устройство на беспроводную площадку и ждать, пока телефон зарядится.
В данной технической статье мы подробно рассмотрим, как работает беспроводное зарядное устройства.
Мировой стандарт беспроводной зарядки
Qi является стандартом универсального интерфейса для беспроводной зарядки. Это китайское слово, означающее «поток воздушной энергии» или «поток духовной энергии», произносится как «ци». Этот стандарт был разработан Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC) для передачи индуктивной электроэнергии на расстояние до 4 см, то есть до 1,6 дюйма.
Он был создан в декабре 2008 года Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC). Спецификация маломощного Qi была опубликована WPC в 2009 году. В 2011 году WPC начал расширять спецификацию Qi до средней мощности.
Обзор системы
Система Qi включает в себя:
Давайте посмотрим, как работают эти составляющие для зарядки аккумулятора.
Базовая станция
Она содержит один или несколько передатчиков энергии, которые состоят из передающей катушки, которая генерирует переменное магнитное поле. Базовые станции, как правило, имеют плоскую поверхность, т.е. интерфейсную поверхность, на которую может быть помещено несколько устройств.
Мобильные устройства
Это устройства, которые потребляют индуктивную энергию. Это могут быть смартфоны или планшеты, у которых есть приемная катушка, которая входит в состав приемника энергии. Этот приемник обеспечивает питание аккумулятора. Блоки связи и управления также находятся в приемнике энергии.
Преобразование энергии
Передатчик в базовой станции имеет в своем составе блок преобразования энергии, который преобразует электрическую энергию в беспроводной энергетический сигнал. В то время как приемники в мобильных устройствах состоят из блока захвата энергии, который преобразует беспроводной энергетический сигнал обратно в электрическую энергию.
Связь
Блок связи и управления находится в приемниках энергии, и эта связь всегда сопровождается технологией под названием модуляция.
Как это работает?
Как известно, для передачи энергии между двумя объектами используется электромагнитное поле. Вы, вероятно, помните из школьного курса физики о магнитной индукции. То же физическое явление используется и индуктивной зарядкой.
Как мы уже говорили выше, есть две катушки индуктивности: одна в передатчике, а другая в приемнике. Магнитное поле генерируется с помощью переменного тока в катушке передатчика, а это магнитное поле индуцирует напряжение в катушке приемника. То есть приемник в мобильном устройстве принимает энергию электромагнитного поля и преобразует ее в электрический ток для зарядки аккумулятора.
Производители мобильных устройств, которые работают с этим стандартом, включают в себя: Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, BlackBerry и Sony. Все эти устройства с логотипом Qi совместимы с беспроводными зарядными устройствами.
Методы выравнивания катушек
Есть два способа выравнивания передающей и приемных катушек для передачи энергии:
Управляемое позиционирование Так как катушка передатчика находится в базовой станции, а катушка приемника – в мобильном устройстве, мобильное устройство должно быть помещено на определенное место на поверхности базовой станции. Свободное позиционирование При этом способе не требуется помещать мобильное устройство в определенном месте на поверхности базовой станции. Нет необходимости в непосредственном выравнивании с катушкой. При этом способе для создания магнитного поля и индуктивной зарядки аккумуляторов на месте размещения приемных катушек может использоваться несколько передающих катушек.
Режимы беспроводной зарядки
Все приемники Qi могут заряжаться в двух режимах:
Режим работы определяется передатчиком. Давайте рассмотрим, как работают эти режимы.
Индуктивный режим
Для индуктивной зарядки предусматриваются сильно связанные системы. Для достижения лучших результатов передатчик должен работать на частоте, которая немного отличается от резонансной частоты, т.е. частоты приемника Qi. В этом режиме расстояние между передатчиком и приемником ограничивается несколькими миллиметрами. Эти сильно связанные системы помогают достичь высокую энергетическую эффективность.
Когда катушки имеют одинаковые размеры, и расстояние между ними меньше их диаметров, они, как говорят, сильно связаны (смотрите рисунок ниже). Здесь расстояние между катушками Z меньше диаметра катушек D.
Рисунок 2 – Индуктивный режим
Резонансный режим
Когда система имеет слабосвязанные катушки, зарядка производится в резонансном режиме. Когда расстояние между катушками приемника и передатчика больше диаметров катушек, магнитная связь между катушками уменьшается.
На рисунке изображено: расстояние Z между катушками больше, чем диаметры катушек, а это ослабляет магнитную связь между ними. Следовательно, системы, которые имеют низкую степень связи, должны работать на резонансной частоте приемника и имеют более низкую эффективность передачи энергии.
Рисунок 3 – Резонансный режим
Какой из режимов лучше: индуктивный или резонансный?
Для беспроводной зарядки лучше всего подходят сильно связанные системы из-за более мощной передачи энергии и более низкого тепловыделения. Это является преимуществом для устройств, чувствительных к температуре, например, для смартфонов. Недостатком таких систем является то, что сильно связанные катушки чувствительны к нарушению соосности.
Слабосвязанные системы эффективны при передаче низких мощностей. Такие типы систем лучше всего подходят для приложений, которые имеют сильную электромагнитную индукцию или электродвижущую силу.
Лучший выбор зависит от конкретных потребностей.
Мощность зарядки Qi
Маломощная беспроводная зарядка Qi способна обеспечить на выходе приемника мощность до 5 ватт, тогда как зарядка средней мощности может обеспечивать до 120 ватт. Кроме того, во время процесса зарядки должна быть включена связь между передатчиком и приемником; процесс зарядки не запустится без связи, позволяющей устройствам взаимодействовать.
По сравнению с традиционной зарядкой, беспроводная зарядка считается более медленной, но ее достоинство заключается в том, что она безвредна для человека, так как беспроводные зарядные устройства излучают неионизирующие излучения.
Преимущества и недостатки
Беспроводная зарядка обладает рядом преимуществ и недостатков.