Схема беспроводной зарядки для телефона: Беспроводная зарядка своими руками: делаем безопасную

БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА ДЛЯ ТЕЛЕФОНА

   Данная конструкция может использоваться для беспроводной зарядки сотовых телефонов и других мобильных устройств или там, где нужно провести электрический кабель, но из-за каких то факторов это почти не возможно. Такая система позволяет на выходе второй катушки получать ток до 100 миллиампер, однако возможно увеличение выходного тока, если в схеме использовать более мощные полевые транзисторы, в видеоролике применен биполярный отечественный транзистор.

 

   Схема самодельной беспроводной зарядки максимально проста, состоит из одного транзистора, резистора и самих катушек. Катушек две — передающая и приемная. Тем не менее, несмотря на простоту, она почти полностью повторяет схемотехнику промышленных индуктивных зарядных устройств, имеющихся в продаже.

   Питанием служит зарядное устройство для мобильного телефона, с выходным напряжением 6 вольт и током 400 миллиампер. Транзистор при долговременном включении греется, поэтому желательно использовать теплоотвод. Сама схема передающей части комплекта из себя представляет простейший блокинг — генератор. Это позволяет передать ток на расстояние до 5 см, с выходным током порядка 0,1А.

   Для <<умощнения>> схемы нужно повысить мощность генератора, например поднять питание или использовать полевые транзисторы серии IRL3705 или аналогичные. Передающий контур в обеих случаях содержит 24 витка с отводом от середины, провод с диаметром 0,5 — 1мм. Базовый резистор — на 100 Ом с мощностью 1 ватт для полевого транзистора и 0,5 ватт для биполярного.

   Приемная катушка мотается исходя от требований, её нужно мотать экспериментируя с витками. Также следует подобрать диаметр провода второго контура, в зависимости от нужной величины тока. Для зарядки мобильного телефона второй контур должен содержать 20 витков провода с диаметром 0,5 мм, но на выходе контур должен быть дополнен стабилитроном на 6 вольт, выпрямительным диодом и фильтрационным конденсатором.

   Вообще в схеме допустимо использовать буквально любые подходящие по мощности и току биполярные транзисторы прямой или обратной проводимости. Если использован транзистор прямой проводимости, то нужно изменить полярность питания. Основой конструкции могут быть пластиковые коробочки от CD дисков. Автор статьи — АКА.

   Форум по индуктивным зарядным устройствам

   Форум по обсуждению материала БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА ДЛЯ ТЕЛЕФОНА




ПРОСТЕЙШИЙ ГАУСС ГАН

Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.




Как сделать беспроводную зарядку для телефона, смартфона своими руками

Ещё недавно беспроводные устройства казались чем-то из области фантастики, а сегодня они повсюду. Появились даже беспроводные приборы для зарядки телефона. Но пока такие технологии довольно дороги и их поддерживают лишь новые модели мобильных устройств. Но подобное устройство можно изготовить самостоятельно, если как следует разобраться в вопросе.

Основная информация о беспроводных зарядных приборах

Устройство способно передавать заряд по воздуху благодаря электромагнитной индукции. Сам процесс зарядки происходит следующим образом:

  1. База зарядного устройства подключается к электрической сети при помощи проводов. Внутри этой базы находится индукционная катушка.
  2. Модифицированное мобильное устройство, в котором имеется специальный приёмник, размещается на этой базе, что приводит к образованию высокочастотных электромагнитных колебаний.
  3. Устройство получает напряжение благодаря электромагнитному полю. Радиус действия такого зарядного около четырёх сантиметров, так что важно, чтобы телефон был размещён как можно ближе к центру зарядного устройства.
Беспроводное зарядное устройство состоит из базы и приёмника

В некоторых современных телефонах уже есть приёмник для беспроводной зарядки. Такие устройства не придётся модифицировать и делать для них приёмник.

Подготовка к работе

В открытом доступе имеется немало схем и инструкций по изготовлению прибора для беспроводной зарядки. Но перед тем как переходить к ним, изучим, какие материалы вам понадобятся:

  • основная плата для размещения комплектующих — её размер не должен быть большим;
  • кусок пластика и провод не более одного миллиметра диаметром — они понадобятся для изготовления индукционной катушки;
  • конденсатор с ёмкостью накопления от 0,3 до 1 микрофарады;
  • паяльник и материалы для пайки;
  • два UF выпрямителя;
  • транзисторы, способные повысить напряжение до десяти Вольт;
  • два преобразователя электрического тока.

Инструкция по изготовлению

Если вы впервые пытаетесь сделать столь сложное в техническом плане устройство — не стоит пробовать модифицировать дорогой телефон. Лучше вначале потренироваться на более дешёвой модели. Тогда в случае ошибки ваши потери будут не так велики.

Делаем зарядную базу

Для начала стоит собрать базу устройства, которая и будет передавать заряд. Делается это следующим образом:

  1. Сложите провод в два раза и намотайте его на кусок пластика в пять витков. Закрепите каждый из них удобным для вас способом. Можно использовать клей или скотч.
Сделайте катушку из медного провода диаметром около одного миллметра

Отрежьте края провода на сгибе, чтобы получить по два кончика на каждом. Зачистите эти кончики. Подключите конец первой обмотки к началу второй, и, напротив, начало первой к концу второй. Проверьте подключение при помощи мультиметра. Вы собрали индукционную катушку. И затем при помощи паяльника потребуется припаять два транзистора и диоды. Так же паяльником закрепите резисторы на плате с одной стороны. К другой стороне прикрепите диоды. Обе части контура нужно закрепить на устройстве при помощи паяльника. База готова.

База состоит из катушки, которая подключена к плате

Разумеется, для удобства стоит сделать для базы какой-нибудь корпус. Его можно изготовить при помощи обычной пластмассы.

Делаем приёмнки

Приёмник собрать будет гораздо сложнее, к тому же тут придётся работать непосредственно с вашим телефоном. Напомним, если телефон поддерживает функцию беспроводной зарядки, делать приемник не нужно. Выполните следующие шаги:

  1. Вначале необходимо изготовить плоскую катушку. При этом её параметры отличаются — требуется сделать двадцать пять витков, а толщина провода должна быть не более 0,4 миллиметра. Для начала точно так же, как и в прошлый раз, намотайте её на пластмассу. Используйте клей, чтобы закрепить форму катушки.
На приёмник нужна большая катушка, которая имеет как минимум двадцать пять витков

Отделите катушку от основы при помощи ножа. Делать это стоит крайне осторожно, чтобы не повредить сам провод. Закрепите диод. Катушка крепится в верхней части батареи. Стоит использовать конденсатор для нейтрализации скачков в напряжении.

Приёмник крепится сверху батаерии и подключается к разъёму зарядного устройства

Подключать собранный приёмник стоит к разъёму зарядного устройства на вашем телефоне. После этого вы можете закрыть крышку и проверить устройство в работе.

Схема приёмника и передатчика весьма проста
Видео: собираем беспроводное зарядное устройство

Советы, хитрости и предосторожности

Для начала рассмотрим вариант, когда вы не можете установить приёмник на устройстве, потому что гнездо для зарядки батареи повреждено или отсутствует. В этом случае достаточно сделать следующее:

  1. Установите приёмник сверху батареи и зафиксируйте его (например, при помощи скотча).
Установите приёмник на вашу батарею и зафикусируйте его там

При помощи паяльника прикрепите к батарее два маленьких провода. Соблюдайте полярность. Подведите эти провода к приёмнику.

Соблюдаа полярность прикрепите два провода к батарее

Используйте скотч, чтобы нейтрализовать возможность короткого замыкания.

Используйте скотч, чтобы убрать риск короткого замыкания

Проверьте работу устройства. Уровень заряда при таком подключении будет отображаться всегда минимальным, но сам аккумулятор будет работать корректно.

Но при таком подключении стоит быть осторожным и не оставлять телефон без присмотра на ночь. Дело в том, что контроллер заряда на самой батарее может быть ненадёжным. Особенно это касается китайских устройств.

В случае некачественной сборки батарея взорвётся при превышении уровня заряда.

Ещё несколько полезных советов:

  • если вы неуверены в собственных силах, можете договориться с мастером. Они охотно берут подобные заказы, особенно если предоставить им необходимый материал;
  • вы можете и вовсе приобрести всё, что необходимо для беспроводного заряда телефона по интернету — достаточно будет выполнить подключение приёмника к устройству;
  • есть и другие варианты изготовления передатчика. Например, можно сделать катушку из сорока витков. После двадцатого витка делается отводка и провод подключается к резистору. После чего конец катушки так же подключается к нему. Несмотря на простоту этого способа, он ничуть не хуже описанного выше;
После двадцатого витка сделайте отводку провода

все инструкции, так или иначе, сводятся к изготовлению двух катушек — на базе и приёмнике. Поэтому подобные устройства универсальны, и вы можете использовать со своим устройством базу беспроводной зарядки от любой модели.

Разъём для зарядки телефона часто выходит из строя при постоянном подключении зарядного устройства. Беспроводной прибор для зарядки телефона поможет вам с этой ситуацией, да и в целом сделает процесс подзарядки батареи более удобным. И вы вполне можете сделать такой прибор самостоятельно. Но для изготовления такого устройства и модификации телефона всё же нужны некоторые технические навыки, поэтому стоит быть уверенным в своих силах, перед тем как приступать к работе.

Всем привет! Мне нравится писать для людей, о компьютерной сфере — будь то работа в различных программах или развлечение в компьютерных играх. Стараюсь писать только о вещах, с которым знаком лично. Люблю путешествовать и считаю, что только в пути можно по-настоящему познать себя. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Бесконтактное беспроводное зарядное устройство – лучший выбор для смартфона

Бесконтактное зарядное устройство – это мечта для каждого обладателя смартфона. Современные телефоны регулярно нуждаются в зарядке. Постоянно приходиться подключать их с помощью провода к адаптеру. Однако сейчас можно выбрать беспроводную зарядку и забыть обо всех сложностях. Беспроводная зарядка для телефона это уже не мечта, а обычное устройство, которое используют миллионы пользователей. 

Что такое беспроводное зарядное устройство

Многие десятилетия люди мечтают о возможности передачи энергии на расстояние. Это часто можно встретить в фантастических романах 20 века. И вот свершилось. В пользовании появились зарядные устройства, которые заряжают аккумуляторы потребителей на расстоянии. Правда расстояния еще очень малы, всего несколько сантиметров, но это уже уверенный шаг вперед. И не теоретический, а практический.
На данный момент самое широкое распространение получили беспроводные бесконтактные зарядные устройства для смартфонов (БЗУ). Достаточно положить смартфон на зарядное устройство и он начнет заряжаться. Никаких проводов от беспроводной зарядки до смартфона не надо. Все работает на законе взаимоиндукции. Зазвонил телефон, спокойно берешь его в руки не боясь запутаться в проводах, не боясь повредить контакты разъема, а так же не привязан строго к рабочему месту.
Так, что в настоящий момент беспроводные зарядное устройство уже не является мифом. Это адаптеры, которые может приобрести каждый желающий. Расположить зарядку можно на столике у кровати дома или же в автомобиле на приборной панели.
Но стоит отметить, что далеко не все телефоны и смартфоны, выпускаемые различными производителями, способны заряжаться от беспроводных зарядок. Телефоны поддерживающие беспроводную зарядку стали появляться совсем недавно. А какие телефоны поддерживают беспроводную зарядку можно узнать у менеджера салона сотовой связи. Но если ваш телефон не поддерживает эту функцию, то как модернизировать ваш телефон или смартфон для данных видов зарядок я опишу ниже.

Принцип работы

В принцип работы беспроводного зарядного устройства заложены законы, открытые учеными Теслой и Фарадеем. Это так называемые явления индукции и взаимоиндукции. Вспомните школьную физику. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле. Если в магнитное поле внести другой проводник, то в нем индуцируется ЭДС (ЭлектроДвижущая Сила).

На этом принципе работают все трансформаторы. Если на первичную обмотку трансформатора подать переменный ток, то на вторичной обмотке образуется ток, величина которого будет зависеть от числа витков во вторичной обмотке. На этом же принципе и работает беспроводная зарядка. И я постараюсь объяснить, как работает беспроводная зарядка для телефона. Источником электромагнитного излучения становится индукционная катушка, которая находится в зарядном устройстве (выполняет роль первичной обмотки трансформатора). Выглядит как подставка, зарядный стакан или что то аналогичное. Подключается к электросети напрямую или через адаптер. Заряжаемое устройство тоже имеет свою катушку (аналогично вторичной обмотке трансформатора). Если обе катушки расположены на достаточно близком расстоянии друг от друга, то во второй катушке индуцируется переменный ток, далее он выпрямляется в постоянный и через контроллер заряда заряжает аккумулятор гаджета.

Любая бесконтактная зарядка для телефона или другого устройства работает по этому принципу, будь то в доме или автомобиле. Чаще всего мы встречаем устройства стандарта QI.

Стандарты беспроводных зарядных устройств

Qi
Самым распространенным стандартом беспроводной зарядки является Qi. Этот стандарт был разработан консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, сокращенно WPC), и поддерживается многими производителями такими, как Samsung, Nokia, LG и другими. Стандарт Qi читается как Ци, что на китайском языке созвучно в переводе со словом «жизнь».


Принцип работы основан на законе взаимоиндукции, как описано выше. Частота работы БЗУ 100-205 кГц. КПД 75-80%.
PMA
Другой популярный стандарт называется PMA. В его принцип так же заложен закон электромагнитной индукции, Этот стандарт разработан компанией Powermat в 2012 году. Он не такой популярный, как Qi, но и у него есть свои преимущества.

Основные усилия компания направила на разработку более качественного передатчика электромагнитного поля. Да и частота работы зарядного устройства 277-357 кГц.
В основном этот стандарт распространен в США. Но все же стандарт PMA довольно сильно проигрывает Qi.
Rezence (A4WP)
Принцип работы стандарта Rezence основан на законе магнитного резонанса. Это позволяет увеличить передаваемую мощность до 50 Вт, что вполне хватает для зарядки более мощных устройств, и даже нескольких устройств одновременно. А так же можно и увеличивать расстояние от зарядки до заряжаемого гаджета.

Но пока этот стандарт больше теоретический и не получает широкую поддержку.

Где применяются беспроводные зарядки

С момента изобретения беспроводной зарядки, она сразу стала внедряться всевозможными производителями для зарядки аккумуляторов различных устройств.
Одними из первых беспроводные зарядки внедрили производители зубных щеток. Дело в том, что зубные щетки имеют прямое соприкосновение с водой. Тут то как раз и пригодилось изобретение БЗУ. Ведь в этих устройствах нет голых контактов. Зубная щетка и зарядное устройство имеют хорошую герметизацию.


Корпорация Apple тоже не отстает от прогресса. Они внедрили беспроводную зарядку для своих часов Apple Watch.


Но самую большую популярность получили беспроводные зарядки для смартфонов. Какое удобство. Просто положите смартфон на зарядное устройство и процесс зарядки пошел. Никаких проводов. Большую долю смартфонов с такими зарядками выпустил Samsung. Nokia то же выпустили смартфоны с такими зарядками. В 2017 году Apple выпустила смартфон iPhone 8 iPhone X, которые тоже могут заряжаться от БЗУ.
Нередко подобные устройства устанавливаются в общественных местах. В кафе и ресторанах люди привыкли работать с помощью смартфонов, общаться или же развлекаться. Интернет забирает достаточно много энергии батареи.

Чтобы привлечь посетителей и чтобы гости просидели как можно дольше в этих заведениях, владельцы предлагают бесплатный Wi-Fi, но и конечно же, бесконтактные зарядки для смартфонов, которые вмонтированы прямо в столики заведения.

Так же многими производителями выпускается беспроводная автомобильная зарядка для телефона. Принцип беспроводной зарядки очень простой. провод от этой зарядки вставляется в гнездо прикуривателя, сама зарядка устанавливается в удобное место с учетом, что телефон во время движения не упадет с нее.

Преимущества беспроводных зарядок

Есть масса преимуществ в том, чтобы телефон мог заряжаться именно бесконтактным способом. В первую очередь решается основная проблема, а именно переходники. Теперь будет одна универсальная панель сразу для всех аппаратов. Провода не будут изнашиваться и гнезда на мобильнике не станут слишком быстро ломаться. Для заряжающегося айфона это также особенно важно, ведь его ремонт стоит дорого.
Когда выбираем определенный адаптер, нельзя не думать о плюсах бесконтактного:

  • Удобство. Использовать можно в любом месте.
  • Допустима зарядка нескольких телефонов сразу.
  • С течением времени устройств, которые поддерживают данную функцию становиться все больше.
  • Электроэнергии тратиться минимум, хотя КПД этой зарядки и составляет около 80%.
  • Самсунг и некоторые другие компании планируют сразу с телефоном предлагать подобный адаптер.
  • Долговечность. Зарядка способна прослужить много лет.

Производители

Вопросами создания и разработки бесконтактных зарядок для телефонов занялись многие компании. Каждая из них ориентирована на определенные особенности и готова удовлетворить конкретные пожелания пользователей. В первую очередь надо рассмотреть зарядки от производителей смартфонов, в которых включена функция беспроводной зарядки.

  1. Samsung
    Беспроводные зарядные устройства от Samsung прочно заняли свое место в ряду изготовителей БЗУ. По этому беспроводные зарядки для телефона Самсунг встречаются в продаже довольно часто.
  2. LG
    Так же выпускает смартфоны с функцией беспроводной зарядки. Значит и выпускает зарядные устройства для своих гаджетов.
  3. Nokia
    Знаменитый бренд, который связан с выпуском телефонов и смартфонов. По этому этим производителем так же выпускается беспроводная зарядка Нокиа (или зарядка Lumia), способная заряжать смартфоны без проводов. Зарядка Люмиа так же часто встречается в торговых салонах сотовой связи.
  4. Apple
    Эта знаменитая компания на сегодняшний день выпускает БЗУ для своих часов Apple Watch. Зарядка оборудована магнитом и моментально приклеивается к часам именно к тому месту, куда надо подносить часы, прочно удерживаясь с ними.

    В 2017 году выходят смартфоны от Apple, это iPhone 8 и iPhone X, а значит будут зарядки и от этого производителя.
  5. Ну и китайские производители не отстают, а может и бегут вперед планеты всей. Их много и даже очень.
    В принципе БЗУ заменяемы и можно использовать беспроводные зарядные устройства различных производителей, имеющих стандарт Qi. Qi зарядка, на сегодняшний, день является самым распространенным БЗУ.

Как своими руками усовершенствовать смартфон

Как я писал выше, не все смартфоны могут работать с бесконтактными зарядками. Внутри этих смартфонов нет приемной части. Но это не приговор. На сегодняшний день на рынке кроме беспроводных зарядных устройств есть еще в продаже и отдельные приемные устройства.

Выглядят они, как лист картона размером со спичечный коробок. Внутри этой пластинки размещена приемная катушка. Приемная часть бывает двух типов. Первый вариант – приемная часть размещается под крышкой аккумуляторного отсека смартфона и подключается прямо к аккумулятору.

Второй вариант – приемная часть подключается к входному разъему и прикрывается чехлом смартфона.

Да, есть еще один вариант. Выпускаются чехлы смартфона с встроенной приемной частью.

Как выбрать

Специалисты советуют прежде чем решать, какую бесконтактную зарядку для телефона выбрать, определиться, поддерживает ли гаджет данную технологию. Компания Apple специально категорически против подобной практики, ведь они ориентированы на использование оригинальных бесконтактных адаптеров. Однако Samsung и многие другие производители не нуждаются в столь тщательном отборе. Многие гаджеты допускают современное зарядное устройство для телефона разных производителей.

Обзор беспроводных зарядных устройств видео обязательно посмотрите

фото самодельного устройства и сборка своими руками

Давно заказал и получил полуфабрикат беспроводной зарядки, и вот дошли руки оформить в виде законченной конструкции.
Заказана была плата с катушкой, вот в таком виде.

Долгое время лениво перебирал варианты оформления… были варианты
— вставить в верхнюю крышку компа
— вставить в верхнюю часть тумбочки, которая рядом со столом и куда обычно кладу мобилу
— вставить в полку небольшого открытого шкафчика, где обычно лежит мобила когда заряжается
— сделать в отдельном корпусе.

В результате победил последний вариант как более универсальный — коробочка все равно не большая, а положить можно куда угодно 🙂

После этого была осмыслена конструкция.
Решил сделать в виде бутерброда — внутри вставка из оргстекла толщиной чуть больше толщины платы с катушкой. Получилось 4 мм. В этой вставке вырезаются ниши под катушку и плату. Сверху и снизу закрывается все тонкими крышками, также из оргстекла толщиной 1мм. Склеивается всё двусторонним полипропиленовым скотчем он значительно лучше чем обычный белый.
После этого снизу и сверху наклеивается кожа. Снизу «замшей» наружу, чтобы меньше скользило, сверху просто черная, чуть сероватая кожа.
Конструкция очень простая, поэтому подробно рассказывать нечего, думаю по картинкам все будет понятно.
Обработка выполнялась дримелем Proxxon 240E.

от разъема micro USB решил отказаться — так как смысла в нем особого на тот момент, не увидел.
Но вот сейчас я так не думаю 🙂 Дело в том, что если гостю надо будет зарядится, а смарт не имеет беспроводной зарядки, то придется искать проводную зарядку… А если есть разъем, то можно вытащить из беспроводной кабель и вставить в смарт…
Светодиод перетащил на переднюю грань, в качестве светорассеивателя использовал вставку в свое время вытащенную из дохлого CDROM.

Примерка.
Если проводки от катушки укорачиваются, то важно очень тщательно их облудить.

Светодиод крупным планом. Светодиод и кабелек фиксируются термоклеем.


фиксация кабеля USB.
Тут видны два винтика М1.4. Для аналогичных конструкций довольно ходовые винтики.
Купил их на ибее небольшая касса с кучей винтиков
Резьба не нарезалась, винтики просто вкручивались в отверстия 1.2мм

Всё запаяно и проверенно. Подготовлено к приклейке верхней крышки.


приклеены верхняя и нижняя крышки

Результат так сказать.

Примерка 🙂


Померил ток потребляемый зарядкой во время зарядки — в начальный момент ток доходил до 2А, потом, в течении минуты снизился до примерно 1.2А и болтался от этого значения до 1.6-1.7А

Как устроена и работает беспроводная зарядка для телефона

Развитие технических параметров смартфонов, таких как разрешение экрана, количество ядер процессора требуют и увеличение аккумуляторных батарей для питания телефона в течение хотя бы полного дня.

Емкость аккумуляторов увеличить не совсем просто, на сегодня хорошие аккумуляторы имеют емкость больше 4000 мА•ч, а большинство – от 2000 до 4000 мА•ч.

Но при постоянном использовании смартфона этого может не хватить до следующей зарядки.

Отчасти эту проблему может решить беспроводная зарядка для телефона. Развитие таких систем для смартфонов идет уже несколько лет. Эти системы используют не только в области зарядки смартфонов. Например, в быту беспроводную зарядку используют бритвы и зубные щетки.

Беспроводное зарядное устройство телефонов может хорошо послужить в общественных местах таких как вокзалы, кафе, офисы. Есть возможность использовать такую зарядку в автомобиле. То есть там, где вы можете подзарядить свой телефон без поиска свободной розетки сетевого напряжения.

Некоторые модели современных смартфонов уже имеют систему беспроводной зарядки аккумулятора. Но такие возможности зарядки имеют ряд ограничений, которые пока сдерживают их развитие.

Принцип работы беспроводной зарядки

В основу работы беспроводной передачи электрической энергии положен принцип электромагнитной индукции.
При подаче переменного тока на проводящую катушку возникает электромагнитное поле в пространстве.

Если в это переменное электромагнитное поле поместить проводник (провод), то под воздействием меняющегося магнитного поля в нем возникнет электродвижущая сила.

Вот эта электродвижущая сила (ЭДС) и создает во второй катушке (приемнике) электрический ток.

Все это немного сложно, если совсем просто, то благодаря электромагнитной индукции когда поместить рядом две катушки и на одну из них подать переменный электрический ток, то во второй возникнет свой переменный ток. Преобразовав этот переменный ток в постоянное напряжение нужной величины можно зарядить аккумулятор.

Для достижения большей эффективности (КПД) приемник должен располагаться рядом с передатчиком. Иначе большая часть поля расходуется впустую.

  • Использование резонанса (работа на одной частоте) позволяет немного увеличить расстояние между приемным и передающим модулем.
  • Передающее устройство нужно подключать к розетке сетевого напряжения, так что совсем избавиться от проводов не получиться.
  • Связь между катушками осуществляется посредством электромагнитного поля, которое проходит через воздушный зазор, так же может проходить и через пластик, дерево и другие не металлические поверхности.

Логика работы беспроводной зарядки для телефона:

  • Сетевое напряжение преобразуется в высокочастотный переменный ток (АС).
  • Переменный ток (АС) подается на передающую катушку с помощью электронной схемы передатчика. Этот ток индицирует электромагнитное поле в передатчике.
  • Если в пределах заданного расстояния находится приемная катушка, то на нее начинает действовать переменный магнитный поток.
  • Магнитный поток генерирует переменный ток в приемнике.
  • Ток, протекающий в катушке приемника, преобразуется в постоянное напряжение (DC) с помощью электронной схемы. Этим постоянным напряжением и идет подзарядка аккумулятора.

При применении электромагнитной индукции в зарядном устройстве нужно точно располагать катушки приемника и передатчика друг относительно друга. Даже есть рисунок на предающем устройстве, как правильно располагать смартфон. Скорость зарядки будет меньше, чем при использовании проводной зарядки. В одно время может заряжаться только одно устройство.

При использовании резонансной зарядки параметры меняются. Как выше написано, принцип резонанса предполагает настройку передающего контура и приемного на одну частоту. Но есть несколько отличий от метода использования только электромагнитной индукции.

Большая свобода в пространстве: теперь не нужно точно позиционировать телефон на передающем модуле.

Появляется возможность зарядки нескольких устройств. Это возможно при использовании нескольких катушек со своими частотами.

Увеличивается скорость зарядки.

Развитие

Развитием беспроводной зарядки занимаются в мире две большие группы Wireless Power Consortium и AirFuel Alliance (объединение A4WP и PMA), есть еще несколько групп малоизвестных в мире, стремящихся продвигать свои собственные более уникальные технологии.

На сегодня основным стал стандарт, разработанный консорциумом Wireless Power Consortium (WPC). Этот стандарт носит название Qi (на русском произносится как “ци”).

Многие производители смартфонов поддерживают этот стандарт. Так что покупая передатчик Qi нужно что бы и приемник в телефоне так же его поддерживал, а сам передающий модуль может быть и сторонней фирмы.

Стандарт Qi обеспечивает зарядку мощностью до 5 Вт и силой тока 1 или 2 А, при напряжении 5 В. Такие же параметры имеют и проводные зарядки с интерфейсом USB.

Qi так же позволяет приемнику и передатчику обмениваться информацией по своему протоколу. Передатчик запрашивает приемный модуль о поддерживаемых стандартах, уровне зарядки, что позволяет регулировать силу заряда и отключение передающего устройства, если аккумулятор полностью зарядится. Последняя версия Qi имеет КПД около 80% и допускает расстояние между приемником и передатчиком до 45 мм.

На сайте Wireless Power Consortium указано, что сертификацию Qi получили около 1080 устройств.

А вот AirFuel продвигает свой стандарт РМА. Он меньше распространен, но некоторые производители мобильной техники поддерживают и его. А в отдельных устройствах есть поддержка сразу двух стандартов и РМА, и Qi.

Различиями между стандартами Qi и РМА являются частота передачи и протокол соединения.

Вредность и безопасность

Техника беспроводной передачи методом электромагнитной индукции использует ближнее электромагнитное поле на расстояниях около одной шестой длины волны. Энергия ближнего поля сама по себе не является излучающей. Сила электромагнитного поля быстро падает с увеличением расстояния от источника больше 5 см.

Так что существующие беспроводные зарядки для телефонов можно считать безвредными и безопасными для человека.

Достоинства и недостатки

Главные преимущества, которые можно увидеть в конструкции и методе передачи энергии:

  1. Отсутствие проводов, подключаемых к мобильнику. Не расшатывается разъем USB на телефоне, никто случайно не зацепит. Хотя сам передатчик подключается к розетке проводом.
  2. Возможность использовать несколько передатчиков в здании и переходя из комнаты в комнату не нужно носить с собой зарядку. Можно просто перейдя в другую комнату положить смартфон на передатчик и зарядка продолжится.

К недостаткам можно отнести:

  1. Большее время зарядки, чем от штатного блока питания.
  2. Большая стоимость самого устройства беспроводной зарядки по сравнению с обычным зарядным.

Беспроводная зарядка для телефона своими руками

Если нужное устройство не поддерживает стандарт беспроводной зарядки, то можно сделать такую зарядку и своими руками.

Самый простой способ сделать беспроводную зарядку – это купить передатчик и для телефона приобрести специальный чехол или насадку, которые имеют приемный модуль. Такой приемник подключается к смартфону через обычный зарядный разъем.

Беспроводные зарядные устройства для мобильных телефонов в видеообзоре:

Беспроводная зарядка телефонов обновлено: 13 сентября, 2018 автором: PC.ru

Как работает беспроводная зарядка: 5 качеств технологии

В сфере зарядок для электродевайсов «революционные» события – явление нечастое. Одним из последних достижений стала унификация разъемов на Android-смартфонах и кнопочных аппаратах благодаря USB. 

Теперь пришла очередь беспроводных зарядных устройств – тут даже Эппл поднапрягся и выпустил три серии Айфонов с поддержкой этой функции. Но что на деле из себя представляют бесконтактные приборы, каков их принцип работы и сколько правды в интернет-мифах об их вредности? Вся полезная информация – в статье.

Что такое беспроводная зарядка?

Беспроводная зарядка вроде модели Wireless Charging представляет собой панель, передающую энергию гаджету, который на ней лежит. Само же устройство питается от электросети. Существуют также модели, работающие, как павербанк – интегрированный аккумулятор позволяет использовать девайс без привязки к источнику электроэнергии. Такое качество выручит в автомобиле, на природе, экстренной ситуации. Единственное, что требуется от владельца – своевременно заряжать накопитель.

Официальной датой появления устройства считается 2009 год. Отправной точкой стало основание Консорциума беспроводной электромагнитной энергии. До этого компании экспериментировали с модификациями и предлагали зарядники, рассчитанные на конкретные модели телефонов. 

Полезно знать: Как правильно заряжать смартфон. 5 простых советов, которые помогут продлить срок службы батареи

Чтобы навести порядок в сфере и унифицировать приборы, производители гаджетов и сопутствующей электроники решили объединить усилия и разработать базовый стандарт беспроводных станций.

Эталоном стала технология Qi: зарядки, функционирующие на ее основе и соответствующие ее требованиям – универсальны и взаимозаменяемы.

Смартфону, совместимому с Qi, подойдет каждая из них, независимо от бренда.

Принцип работы 

Основой для создания устройств стала электромагнитная индукция, поэтому зарядки этого типа часто называют «индуктивными» или «магнитными». Принцип ее действия заключается в способности электромагнитного излучения передавать ток на небольшом расстоянии без проводов. Для этого требуются две катушки, одна из которых будет проводником, а вторая – выступать в роли приемника. Если расположить их близко друг к другу и пустить на первую ток переменного типа, на второй, приемнике, также сформируется переменный ток. Применять его как источник энергии для телефона можно после трансформации в постоянное напряжение требуемой величины.

Для активных пользователей: ТОП-10 смартфонов с мощным аккумулятором

Работа беспроводной зарядки для iPhone 8 и 8 Plus, так же как и аналогов, зависит от расстояния между проводником и приемником. При отдалении магнитное поле растрачивается зря, и технология работает не так, как ожидается.

Для качественного контакта подходит не только воздушное пространство между элементами. Магнитному полю не помеха пластик, стекло, дерево. Не пропустит его только металл. При этом различные модели приборов обладают определенными параметрами допустимого расстояния и скорости поступления заряда.

Стандарт QI

Принятый Wireless Power Consortium образец Qi прочно утвердился на рынке и массово используется для производства беспроводных зарядок. Название правильно читается, как «Ци». В китайской культуре это слово означает энергию природы, Вселенной.

Чтобы соответствовать стандарту, прибор должен обладать такими характеристиками:

В новых моделях предусмотрен протокол для обмена данными между проводником и приемником. С его помощью проводник получает информацию о подключаемом устройстве, включая уровень заряда и емкость батареи. На основе этих показателей определяется нужная сила тока, а также происходит автоматическое отсоединение зарядки, когда аккумулятор заряжен на 100%.

Что выбрать: Li-pol или li-ion – что лучше: сравнение 2-х видов аккумулятора

Вред от бесконтактной зарядки

Каждое новая технология или прибор, работающие с использованием невидимых глазу физических явлений и процессов, долгое время вызывают у части общества суеверный страх и опасения. Даже микроволновки до сих пор обвиняют в тайном влиянии на здоровье человека, продукты и глобальное потепление. И это при более чем 50-летней истории существования и применения.

Так же происходит и в случае зарядки на расстоянии. Незнание элементарных законов физики – благодатная почва для появления мифов и домыслов о вреде приспособлений для iPhone Х и других моделей. Вот два самых популярных из них с опровержением:

1. Миф: Электромагнитные волны работающего прибора облучают человека и наносят здоровью ущерб. Реальность: Излучение относится к неионизирующему типу, поэтому никоим образом не воздействует на человеческий организм. К тому же электромагнитное поле, которое формируют устройства, не превышает 50 мм. А значит, оно окончательно распадется уже в полуметре от источника.

В тему: Почему смартфон быстро разряжается: 6 причин, советы и решения

2. Миф: Бесконтактное зарядное форсирует износ аккумулятора, уменьшает емкость. Реальность: Батарею портит не собственно использование технологии, а неправильное ее использование.

Частые подзарядки вместо полноценной «заправки» на 80-90%, работа с гаджетом в процессе заряжания ускоряют растрату ресурса накопителя. Обычно емкость начинает падать после 500-го зарядного цикла.

«Подпитка» батареи по нескольку раз в день существенно приближает этот момент.

Перспективы развития

Зарядки беспроводного типа сейчас находятся на этапе активных исследований и поиска альтернативных Qi решений. Главная задача, по мнению производителей и потребителей, заключается в расширении радиуса покрытия, повышения КПД и использования других источников энергии.

Так, американцы тестируют технологию передачи электромагнитной волны от роутера через свободные каналы wi-fi. При этом дистанция между транслятором и приемником во время успешного эксперимента составила 8 метров.

Ключевые особенности беспроводных устройств Samsung и других брендов – польза для USB-портов смартфонов, которые прослужат дольше, и сокращение количества проводов для гаджетов. Кроме того, приборы оптимальны для использования в публичных местах – аэропортах, ресторанах, офисах. 

Взять в путешествие: Какое портативное зарядное устройство купить? 5 советов – как выбрать повербанк

Но цена на хорошие бесконтактные приспособления еще «кусается». Поэтому снижение себестоимости и, соответственно, рыночных расценок – эффективная мотивация выбрать и купить новинку. А доступность товара, как правило, приводит к массовому распространению и популярности аксессуара.

Лучшие аппараты:

МодельСовместимостьВыходной ток, мАВыходное напряжение, В
Wireless Charging Pad         Android, Iphone 8, iPhone 8+, Iphone X   1 до 15
Samsung Galaxy S8 Galaxy S8, Galaxy S8+ 1 до 9
Wireless Charging Android, Iphone 8, iPhone 8+, Iphone X 1 до 7,5

Беспроводное устройство для зарядки iPhone или других смартфонов – современный аксессуар, которым удобно пользоваться в домашних и офисных условиях. USB-вход дольше будет, как новенький, да и смотрится аксессуар стильно и элегантно, в отличие от вечно болтающихся и свисающих из розеток шнуров. 

Чтобы не испортить батарею, придется соблюдать правила и отучиться от привычки снимать с зарядки и юзать телефон, заряженный на 50-55%. Что до манипуляций с гаджетом во время зарядки, так это вредит и в случае со стандартными зарядными блоками. И да, от чехлов из металла нужно либо отказаться совсем, либо снимать каждый раз перед установкой на бесконтактное приспособление.

Как работает беспроводная зарядка для телефона: принцип работы, как пользоваться, как устроена

Беспроводная зарядка для мобильных устройств – относительно новая функция передачи энергии на расстояние, способная избавить владельца гаджета от проблем с запутанными, порванными или сгоревшими проводами.

С каждым годом число поклонников бесконтактных приборов постоянно растёт. К сожалению, не все мобильные устройства могут поддерживать бесконтактную зарядку, но существует испытанный способ обхода такого ограничения.

Ниже будет детально рассмотрено, как работают устройства беспроводной зарядки, особенности конструкции приборов, существующие стандарты, способы передачи энергии, а также преимущества и недостатки новейшей технологии.

Беспроводная зарядка смартфонов

Что это такое

Сначала выясним, что такое беспроводная зарядка. В общем смысле это прибор, работа которого базируется на технологии передачи энергии бесконтактным способом, т. е. без провода, основанной на явлении электромагнитной индукции.

Конструктивно она состоит из приёмника, расположенного на заряжаемом устройстве, и передатчика — зарядной станции. Сейчас используют преимущественно в носимой электронике типа смартфонов и умных часов.

Но ведутся разработки, связанные с передачей большей мощности, например, чтобы заряжать электромобили.

Как устроена беспроводная зарядка

Возможность передачи электрической энергии на расстояние была практически доказана ещё Николой Тесла на Всемирной выставке 1893 года, проходившей в Чикаго. Однако стремительное развитие началось лишь в XXI веке. Толчком к этому послужило массовое распространение аккумуляторных гаджетов.

Катушка внутри зарядной станции

Как отмечалось ранее, работа беспроводных зарядных устройств базируется на принципе передачи электроэнергии с помощью электромагнитной индукции.

Из чего же состоит система? Она содержит катушки приёмника и передатчика: они индуктивно соединены между собой. Катушки плоские намотаны концентричными кольцами — в зарядной станции выполняется обычно проводом.

А в гаджете может быть катушка на ферритовом основании, выполненная печатными проводниками, либо катушка с тонким проводом.

Приёмник беспроводной зарядки в разобранном виде

Когда переменный ток подаётся на первичную катушку, вокруг неё появляется электромагнитное поле. Под его действием в обмотке приёмника индуцируется электродвижущая сила, за счёт которой возникает ток, заряжающий аккумулятор гаджета.

Схема работы беспроводных зарядных устройств

Принцип работы

Чтобы пользоваться бесконтактным зарядным устройством, гаджет должен быть оборудован индукционными катушками. По этой причине такая зарядка не работает со всеми моделями смартфонов и планшетов.

Как было написано выше, система бесконтактной передачи энергии включает две катушки, связанные электромагнитным полем, которое свободно проникает сквозь воздушный зазор. При этом пластиковые, деревянные и другие неметаллические материалы не будут препятствием. Чтобы лучше понимать, как работает беспроводная зарядка для телефона, просмотрите  этапы передачи и преобразования энергии:

  • Входящее сетевое напряжение превращается в высокочастотный переменный ток.
  • Электронная схема передатчика подаёт ток на первичную катушку – индуцируется магнитное поле.
  • В работу включается приёмная катушка. Под действием магнитного поля генерируется переменный ток.
  • Управляющая схема превращает ток в постоянное напряжение, от которого заряжаются аккумуляторы мобильных устройств.

Для эффективной зарядки необходимо точное расположение приёмника и передатчика относительно друг друга. Правильная схема размещения устройств обычно находится в инструкции по эксплуатации или руководстве пользователя.

«Важно! Несмотря на активное развитие технологии беспроводных зарядок, компании не могут добиться высокого КПД устройств. У многих моделей этот показатель не превышает 80 % (а чаще и 60 %), по сравнению с 90-95 % у проводных аналогов.»

Какие есть стандарты беспроводной зарядки

Первенство в разработке бесконтактных зарядок принадлежит компании Wireless Power Consortium (WPC), начавшей работу над стандартом QI ещё в 2008 году.

С корпорацией сотрудничает много известных брендов – Xiaomi, Huawei, LG, Sony, Asus, Motorola и Nokia. Смартфоны Apple, а также модели линейки Galaxy S от Samsung используют стандарт WPC.

Компания постоянно модернизирует выпускаемые продукты – последние модели приёмников, поддерживающие Qi 1.2, демонстрировали эффективную зарядку на расстоянии 45 мм.

Любая установка, работающая по стандарту Qi, представляет собой магнитно-индукционную станцию. Установка передаёт электрическую энергию на расстояние, применяя частоту переменного тока в 100-200 кГц.

Чтобы зарядить гаджет от такого прибора, он должен поддерживать определённый диапазон её частот. Ведущая особенность этих устройств – магнитное поле свободно проходит через неметаллические материалы, включая пластик, стекло и кожу.

Использовать беспроводную зарядку на смартфоне с металлической задней панелью или чехлом не получится.

Беспроводная зарядка QI Fantasy

Рассмотрим другие стандарты, которые внедряют на телефонах и других гаджетах:

  • PMA, разработанный компанией Power Matters Alliance. Был распространён в США. Продвижением продукта занимались телекоммуникационный гигант AT&T и сеть кофеен Starbucks (встраивали устройства для передачи энергии прямо в столики своих заведений). В 2015 г. компания вошла в состав AirFuel Alliance, который производит альтернативные приборы для беспроводного восстановления энергии – магнитно-резонансные станции.
  • Rezence от компании Alliance For Wireless Power (A4WP). До 2015 г. – конкурент QI и PMA, сотрудничавший с корпорациями Intel, Qualcomm, Samsung Electronics. В настоящее время – член альянса AirFuel, который обещает пользователям принципиально новые зарядные станции. Сейчас разработки внедряют в некоторые устройства и аксессуары, число которых сравнительно мало – https://airfuel.org/wireless-power/products/.

С каждым годом число устройств, поддерживающих бесконтактное восстановление энергии, неуклонно растёт. По этой причине становится актуальным вопрос, как точно определить, поддерживает ли телефон беспроводное восстановление заряда? Ответ есть на официальном сайте или в технической документации модели.

Как пользоваться беспроводной зарядкой для телефона

Рассмотрим, как правильно подключиться к беспроводной зарядке типа wireless charger сразу после покупки:

  • Требуется подключить прибор к питающей сети через адаптер или USB-порт компьютера. Устройство будет оповещать звуковым или световым сигналом о готовности к работе.
  • Поместите гаджет в центр платформы, если иное расположение не предусмотрено инструкцией производителя. Если смартфон не отреагировал на это действие, скорее всего, на устройстве необходимо включить функцию беспроводной зарядки.

Оказывается, всё достаточно просто – зарядить под силу даже неподготовленному пользователю.

При покупке нового устройства требуется посмотреть на его мощность. Этот показатель меняется в пределах от 5 до 20 Вт у разных производителей и зависит от назначения прибора.

В процессе работы беспроводной зарядки устройство разогревается сильнее обычного. Чтобы избежать негативных последствий перегрева, требуется обеспечить нормальный приток воздуха к прибору для естественного охлаждения. Не стоит заряжать его в чехле, препятствующему нормальной циркуляции воздуха.

Плюсы и минусы технологии беспроводной зарядки

К ведущим преимуществам рссматриваемых приборов относятся:

  • Отсутствие проводов сохраняет целостность зарядного разъёма.
  • Не потребуется искать соответствующий кабель.
  • Процесс зарядки начинается после установки устройства на платформу.
  • Очень удобно заряжать сразу даже несколько гаджетов, находящихся в разных комнатах: достаточно поместить смартфон на панель — и процесс восстановления энергии продолжится.

Недостатками оказываются медленная скорость зарядки и достаточно высокая цена, по сравнению с классическими проводными приборами. Кроме того, далеко не все модели поддерживают стандарты бесконтактной зарядки, что вынуждает дополнительно приобретать универсальный приёмник.

Универсальный приёмник

У пользователей появляется вопрос, насколько будут безопасны для здоровья устройства бесконтактного восстановления энергии. Дело в том, что электромагнитное излучение относится к неионизирующему типу, поэтому не может нанести вред здоровью. Пока никто не представил доказательств того, что предложенные устройства несут какую-либо угрозу.

У беспроводных технологий большое будущее – ведутся исследования по повышению мощности и увеличению дальности устройств. В перспективе ожидаем установки, чтобы заряжать емкие батареи, наподобие тех, которые устанавливают в электромобилях.

Что такое и как работает беспроводная зарядка — коротко и понятно | Блог АЛЛО

На сегодняшний день есть несколько способов передачи электричества без проводов (то есть по воздуху): это можно делать с помощью лазера, специальных звуковых волн и с помощью электромагнитной индукции. Последний способ смело можно назвать коммерческим, про него мы сегодня и поговорим.

Содержание

Что это такое?

Метод электромагнитной индукции — самый распространённый, данная технология разрабатывается американской компанией Wireless Power Consortium (WPC) уже около восьми лет. Но чаще всего технология именуется Qi.

Типичная Qi-зарядка от китайцев

Как это работает?

Беспроводная зарядка по данной технологии подразумевает наличие в зарядном устройстве и вашем смартфоне или планшете  специальных индукционных катушек. Если совсем уже «по умному», то данная технология основана на принципе магнитного резонанса или индуктивной передачи энергии (IPT). Вся зарядка устройства по технологии Qi проводится в пять шагов, которые приведены ниже:

  1. Напряжение сети преобразуется в высокочастотный переменный ток.
  2. Переменный ток посылается на катушку передатчика по цепи самого передатчика. После этого переменный ток индуцирует изменяющееся во времени магнитное поле в катушке передатчика.
  3. Переменный ток, протекающий внутри катушки передатчика, индуцирует магнитное поле, которое распространяется на катушку приемника (это происходит только в том случае, когда обе катушки расположены на максимально допустимом расстоянии друг от друга).
  4. Магнитное поле генерирует ток в катушке приемника. Процесс, посредством которого энергия передается между катушками передатчика и приемника, также называют резонансной связью.
  5. Ток, который попадет в катушку приемника, преобразуется в постоянный с помощью схемы приемника. После этого ток уже используется для зарядки аккумулятора устройства.

Беспроводная зарядка смартфонов и планшетов

За последние несколько лет число производителей смартфонов, которые предлагают поддержку функции беспроводной зарядки, неуклонно растёт. И даже те бренды, у которых нет таких устройств, предлагают различные специальные чехлы и зарядки, благодаря которым вы сможете заряжать аккумулятор с помощью индукционного метода.

Как я уже говорил выше, ведущим стандартом беспроводной зарядки является Qi, который был разработан компанией WPC. На данный момент (по информации это компании) в мире насчитывается более 900 продуктов, которые поддерживают данный стандарт «из коробки».

Дальше – лучше. Как не крути, а технологии не стоят на месте. С каждым днём на рынке появляется все больше устройств с поддержкой данной технологии.

За беспроводными зарядками будущее

Независимо от устройства или отрасли, удаление физического соединения, которое необходимо для зарядки или питания устройства, обеспечивает ряд преимуществ, хотя некоторые из них очевидны не сразу.

Только представьте, как будет удобно жить вообще без проводов? И это касается не только зарядки аккумуляторов. Чайник без проводов, телевизор без проводов, приставки без проводов. Только для этого придётся установить в своём доме или квартире специальное устройство, которое будет обеспечивать питанием все вышеперечисленные устройства.

Но это всё будущее, на данный момент технологии беспроводной зарядки имеют не только достоинства, но и недостатки.

Недостатки беспроводной зарядки

Как вы уже поняли из принципа работы, такая технология зарядки зависит от магнитного поля. Несмотря на то, что оно может быть достаточно мощным, оно всё же имеет короткий радиус действия. На сегодняшний день индукционная зарядка мобильных устройств не так эффективна, как при наличии физического соединения.

На данный момент размер катушек достаточно большой. Поэтому они занимают много места в корпусе вашего смартфона.

Опасна ли беспроводная зарядка?

Данный вопрос волнует многих, компания WPC даже несколько раз проводила специальные опыты на данную тему. Дабы не углубляться в подробности, постараюсь на данный вопрос ответить максимально просто и понятно.

В индукционном методе зарядки используются электромагнитные волны, которые относятся к неионизирующему спектру, в отличие от рентгеновского излучения. Точно такие же волны используются для передачи сигнала обычного радио, роутеров и даже сотовых вышек. Вы ведь понимаете, что это не опасно?

В любом случае, пока ещё никто не предоставил прямых доказательств того, что беспроводная зарядка стандарта Qi может негативно влиять на здоровье человека, да их и не будет.

Итоги

За беспроводными зарядками будущее. Когда человечество сможет полностью избавиться от физического подключения, изменится не только мир мобильных устройств, но и вся инфраструктура.

А что вы думаете по поводу данной технологии? У вас есть устройства, которые поддерживают беспроводную зарядку?

Как работает беспроводная зарядка

На презентации своих новых смартфонов iPhone 8/8 Plus и iPhone X компания Apple чуть ли не главной фишкой устройств назвала поддержку функции беспроводной зарядки стандарта Qi.

Также был представлен коврик для беспроводной зарядки Air Power, который позволяет одновременно заряжать смартфон, Apple Watch и беспроводные наушники AirPods.

Беспроводная зарядка потихоньку становится стандартной функцией для флагманов А-бренда и не только.

Но так ли революционно решение Apple? Как же все-таки работает беспроводная зарядка на практике? Об этом и пойдет речь в статье.

Принцип работы беспроводной зарядки

Большинство беспроводных зарядных устройств используют магнитную индукцию и магнитный резонанс. Они предлагают разместить гаджет на специальной поверхности для автоматической зарядки, без необходимости подключения кабеля к устройству.

Разумеется, беспроводная зарядка не является действительно беспроводной. Ваш телефон, смарт-часы, планшет не нужно подключать к зарядке, но само беспроводное зарядное устройство все еще должно быть подключено кабелем к адаптеру питания или порту USB.

Как менялось мнение Apple по поводу беспроводной зарядки

Когда Apple представили iPhone 5 без поддержки беспроводной зарядки, то в это же время в смартфонах на конкурирующих платформах Android и Windows модули были встроены во многих флагманских моделях.

Но Фил Шиллер из Apple утверждал, что «создание отдельного зарядного устройства, которое вы должны подключить к розетке, на самом деле, для большинства ситуаций, более сложное».

То есть в Купертино даже не задумывались о беспроводной зарядке, отметая такую возможность на корню.

Пять лет спустя Apple изменила свое мнение. С iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X Apple включает поддержку беспроводной зарядки с использованием открытого стандарта Qi (произносится как «ши», поскольку это китайское слово, которое относится к «жизненной энергии» в живых вещах.).

Беспроводная зарядка стандарта Qi

Беспроводные зарядные устройства в данный момент используют явление магнитной индукции. Проще говоря, они используют магнетизм для передачи энергии. Во-первых, вы помещаете устройство, например смартфон, на беспроводное зарядное устройство.

Ток, поступающий от сетевой розетки, проходит через катушку в беспроводном зарядном модуле, создавая магнитное поле. Магнитное поле создает ток в катушке внутри смартфона. Эта магнитная энергия преобразуется в электрическую энергию, которая затем используется для зарядки аккумулятора.

Устройства должны иметь соответствующее оборудование для поддержки беспроводной зарядки. То есть устройство без необходимой катушки внутри корпуса не может заряжаться без проводов.

В то время, как радиус работы стандарта Qi первоначально был ограничен малым диапазоном действия магнитного поля, теперь он также поддерживает использование явления магнитного резонанса. Работает аналогично, но заряжаемый гаджет может находиться на расстоянии до 45 мм от поверхности беспроводного зарядного устройства, а не касаться его, как было раньше.

Такой способ менее эффективен, чем способ, основанный на магнитной индукции, но есть некоторые преимущества – например, беспроводное зарядное устройство может быть установлено под поверхностью стола, и вы можете разместить гаджет с приемником на столе, чтобы зарядить его.

Он также позволяет размещать несколько устройств на одной зарядной площадке и каждое из них будет заряжаться параллельно.

Немного об энергопотреблении системы. Когда зарядка гаджетов не производится, зарядное устройство Qi не потребляет большое количество электроэнергии.

Специальный модуль с малым энергопотреблением отслеживает этот момент и отключает подачу тока на катушку, но когда он обнаруживает, что гаджет, требующий зарядки, помещен на площадку зарядного устройства, то увеличивает выходную мощность магнитного поля.

Конкуренты стандарта Qi

Беспроводная зарядка становится все более распространенной и тщательнее стандартизируется. И на этот раз Apple не создала свой собственный беспроводной стандарт. Вместо этого он решил поддержать существующий стандарт Qi, который также поддерживает многие сторонние устройства.

Однако Qi, которым управляет консорциум Wireless Power, самый распространенный на данный момент, но он не одинок.

На втором месте – Power Matters Alliance, или стандарт PMA. Он использует магнитную индукцию, как и Qi. Однако эти два стандарта несовместимы.

Новые iPhone и другие продукты Apple не могут заряжаться с помощью беспроводного зарядного устройства PMA.

Но некоторые устройства на рынке совместимы с обеими стандартами.

Современные смартфоны Samsung, такие как Galaxy Note8, Galaxy S8 и Galaxy S7, фактически, поддерживают как Qi, так и PMA, поэтому могут заряжаться от любых зарядных устройств.

Компания Starbucks (мировая сеть кафе) делала ранее ставку именно на PMA, но теперь есть вариант, что она может переосмыслить ситуацию, так как  iPhone поддерживает только Qi.

В Apple уверены, что в ближайшее время многие аэропорты, отели и другие общественные места также будут делать ставку на Qi. То есть скорее всего появятся и устройства от других производителей, поддерживающие беспроводную зарядку этого стандарта. Как показывает практика, вероятно так на самом деле и будет.

Alliance for Wireless Power (A4WP)

Есть и третий конкурент у стандарта Qi. Это Alliance for Wireless Power (A4WP), который использует в своей работе технологию Rezence.

Суть принципа работы стандарта – в использовании эффекта магнитного резонанса, который позволит расширить область зарядки для нескольких устройств.

Вы можете размещать несколько гаджетов на одном зарядном устройстве, перемещать их и даже заряжать их через объект, например книгу. Для работы технологии Rezence потребуется Bluetooth-соединение с устройством.

 Новый стартап Pi разрабатывает беспроводную зарядку, которая будет работать в радиусе 30 см

AirFuel Alliance

Понимая, что стандарт Qi наиболее популярный на рынке, конкуренты решили объединиться. Так появилось новое образование AirFuel Alliance, которое с 2015 года занимается продвижением своих технологий беспроводной зарядки.

В консорциум вошли 195 компаний. Самое интересное, что AirFuel Alliance заручился поддержкой компании Intel, что говорит о том, что там всё всерьез и надолго.

Ну что же, конкуренция всегда хороша для пользователей, ведь она является двигателем прогресса.

С какими устройствами можно использовать беспроводную зарядку сегодня?

Уверен, что такой вопрос задают себе многие пользователи. Ведь всем хочется попробовать, как всё-таки работает беспроводная зарядка, и так ли это удобно, как говорят разработчики.

У меня довольно большой опыт использования беспроводной зарядки. Вы удивитесь, но уже почти 5 лет. Моя старая добрая Nokia Lumia 820 поддерживает беспроводную зарядку. Еще в декабре 2012 года при покупке смартфона я получил в комплекте и дополнительный аксессуар, который дает возможность использовать беспроводную зарядку данного смартфона.

Правда, для того, чтобы Nokia Lumia 820 могла заряжаться без проводов, необходимо было купить специальную заднюю крышку. Из личного опыта могу сказать, что использовать беспроводную зарядку очень удобно и практично.

Положил смартфон на специальную поверхность, и он начнет получать энергию для зарядки аккумулятора. Стоит заметить, что есть и неприятные стороны в использовании беспроводной зарядки от Nokia.

Начнем с того, что при этом корпус смартфона довольно ощутимо греется, а сам процесс зарядки происходит намного медленнее, чем при зарядке через кабель.

К сожалению, история смартфонов от Microsoft, похоже, закончилась. Но у вас все же есть возможность попробовать беспроводную зарядку.

Как устроена и работает беспроводная зарядка для телефона

Мобильная техника плотно вошла в нашу повседневную жизнь, и появление беспроводных зарядных устройств вполне закономерно. Ведь электронные потребительские приборы (такие как смартфоны, например) должны в идеале работать длительно и безотказно, при этом не очень удобно каждый раз втыкать вилку в розетку, а штекер — в гаджет, когда нужно его подзарядить.

Комплект беспроводных интерфейсов (Wi-Fi, Bluetooth и т.д.) давно стал привычным атрибутом многих портативных устройств, так почему бы не включить в этот набор интерфейс для беспроводной зарядки? И современные технологии позволили это реализовать.

Конечно, при беспроводной подзарядке заряжаемое мобильное устройство должно находиться на расстоянии не менее 4 см от зарядника, но согласитесь, это удобнее, чем провод, тянущийся от вилки.

Иногда во время подзарядки возникает необходимость принять звонок, отойти от зарядника, затем вернуть смартфон на место вблизи передатчика зарядного устройства.

Это проще, чем каждый раз перетыкать штекер.

А в некоторых сферах, например в медицине, технология беспроводной зарядки аккумуляторов просто необходима (приборы экстренной помощи, светильники на аккумуляторах и т.д.).

Не даром за последние годы такие ведущие производители электроники как Intel, Samsung, NXP, Texas Instruments и многие другие, — активно взялись разрабатывать оборудование и микросхемы для беспроводных зарядных устройств.

Принципиально технология беспроводной зарядки основана на передаче электроэнергии электромагнитной индукцией. В ближней зоне индукции реактивное взаимодействие передатчика и приемника наибольшее. Так, для частоты в 10 МГц ближняя зона простирается на 4,7 метра.

Благодаря явлению электромагнитной индукции, в замкнутом контуре приемника возбуждается индукционный ток, при этом источником переменного магнитного потока (индуктором) служит контур передатчика.

Система включает в себя пару катушек индуктивности — катушку приемника и катушку передатчика, которые индуктивно связаны между собой. Переменный ток первичной катушки (передатчика) образует магнитное поле, которое пронизывает витки вторичной катушки (приемника), и индуцирует на ней ЭДС.

Напряжение с приемной катушки и используется для зарядки аккумулятора мобильного устройства. И чем ближе приемник к передатчику, тем больше энергии приемник получает. На больших расстояниях индуктивная связь мизерна, и система становится неэффективной. Коэффициент связи катушек k имеет большое значение.

Взаимная индуктивность контуров, соответствие резонансных частот, добротность катушек приемника и передатчика — все это влияет на качество беспроводной передачи электроэнергии от передатчика к заряжаемому устройству. На резонансной частоте, при высокой добротности обоих контуров, при высоком коэффициенте связи катушек КПД системы получается наибольшим. Это очевидно из теории антенн.

Ассоциация потребителей электроники классифицирует технологии беспроводных зарядных устройств по величине коэффициента связи контуров.

При значении коэффициента связи до 0,1 система называется слабосвязанной, а если коэффициент приближается к 1, то это сильносвязанная система.

Сильносвязанные системы называются магнитно-индуктивными, а слабосвязанные — магнитно-резонансными. Эти два типа систем кардинально отличаются между собой.

Магнитно-резонансная технология менее критична ко взаимному расположению катушек, и с одним передатчиком может работать сразу несколько приемников, то есть одно зарядное устройство может заряжать одновременно несколько девайсов. Но здесь критично расстояние.

Для достижения лучшей эффективности выбирается резонансная частота наилучшим образом взаимодействующая с сопротивлением нагрузки. Эффективная же добротность магнитно-индуктивных систем значительно ниже.

При точном согласовании в магнитно-резонансной технологии передача энергии происходит с наивысшем КПД.

Важно, что в процессе работы системы любого типа необходимо точно контролировать текущие параметры, чтобы эффективность передачи энергии не снижалась.

Согласно спецификациям WPC 1.1 частота резонанса должна быть из диапазона от 100 до 205 кГц, а в спецификациях PMA – от 277 до 357 кГц, при добротности от 30 до 50. По спецификациям A4WP частота фиксирована, и согласование импедансов приемника и передатчиков должно быть строгим. Для магнитно-резонансных систем добротность может достигать 100.

Что касается КПД, то даже 97 процентный КПД проводных зарядников еще не достигнут. Тем не менее преимущество магнитно-резонансных систем зарядки налицо: катушка передатчика может быть размером в 12 раз больше катушки приемника, при этом приемников можно разместить несколько, и заряжать одновременно, скажем, три смартфона.

  • Здесь смотрите про другие интересные электротехнические новинки:
  • Открытия и изобретения, новинки электротехники
  • Андрей Повный, автор сайта Электрик Инфо

Беспроводная зарядка своими руками | Радиолюбительские схемы

Бывают ситуации, когда мобильный телефон, планшет, фотоаппарат или другой гаджет внезапно отключился, а в доме отсутствует электричество или человек находится на природе. Что делать в этом случае? Ответ простой – создать беспроводную зарядку из подручных средств.

Принцип работы зарядки, какие телефоны можно зарядить?

Суть работы такого устройства очень простая: катушка из медной проволоки передает электрический ток в результате контакта с приемником. Если подключить ее к любому источнику питания, то образуется магнитное поле. При расположении двух катушек рядом друг с другом, а одну подключить к источнику питания, то вторая получит напряжение и энергию для телефона. Такой эффект можно получить, если две катушки не будут соприкасаться. Такое оригинальное устройство можно адаптировать под любой кнопочный телефон или фотоаппарат, смартфон или планшет, однако перед зарядкой смартфонов его нужно несколько раз протестировать, чтобы избежать ошибок и поломок электроники.

Что нужно для сборки беспроводной зарядки?

Чтобы собрать беспроводную зарядку необходимо иметь под рукой самые простые материалы, а именно: медную проволоку и диод.

Для изготовления корпуса зарядки подойдет обычная пластиковая коробка, например, бокс от дисков. Еще необходимы транзисторы, подойдут любые, но желательно полевые, так как они ускоряют процесс заряда. Основные инструменты для работы – это ножницы и клей.

Схема сборки, на что обратить особое внимание, тестирование устройства

Создать такое простое беспроводное устройство сможет каждый. Рабочий процесс состоит из двух этапов: изготовление приемника и передатчика. Первый устанавливается в телефон, а вторая часть является отдельной.

Устройство передатчика

Вначале подготавливают оправу передатчика, которая должна быть в диаметре 7-10 см. Далее на нее наматывают не меньше 40 витков тонкой медной проволоки с диаметром 0,5 см.

Также очень важно сделать отвод из 20 кругов, для чего провод скручивают, делают из него отвод, а потом продолжают обмотку. К отводу и катушке подключают транзистор любого номинала. Для этого применяется устройство прямой проводимости, но перед подключением следует поменять полярность. Готовое устройство, способное передавать электричество, устанавливают в любую пластиковую коробку.

Устройство приемника

Это устройство имеет плоскую форму и состоит из 25 витков самой тонкой проволоки. Для его создания необходима проволока с диаметром не более 0,4 мм. Постепенно приемник укрепляют клеем. Далее контур отделяется от пластмассовой основы, для чего используется нож. Подключается приемник через диод, желательно найти кремниевый высокочастотный приемник, который крепят к верхней части аккумулятора. Чтобы стабилизировать напряжение, необходим конденсатор. Соединяем его с разъемом зарядки. Затем закрываем заднюю крышку телефона. Все зарядка готова.

Чтобы воспользоваться такой оригинальной зарядкой, мобильный телефон необходимо положить на передатчик. В это время важно следить за тем, как реагирует датчик на экране смартфона. Существуют и другие схемы зарядки, где используется резистор и усилитель напряжения, однако такие беспроводные устройства могут сделать только опытные мастера. Человек, не обладающим опытом, может привести в негодность свой телефон. Важно перед зарядкой самодельным устройством провести его тестирование на старых кнопочных аппаратах, чтобы избежать поломок нового смартфона. Например, для начала можно сделать такую катушку для старого Нокиа, который давно не заряжался, но имеет вполне хорошую батарею.

Похожие радиосхемы и статьи:

Беспроводные зарядки: виды и принцип действия

Как работает беспроводная зарядка

Принцип работы такой схемы беспроводной зарядки достаточно прост. Роль зарядного устройства играет передающий контур, само устройство состоит из двух контуров — передатчика и приемника.

Приемный контур (плоская катушка) находится в самом телефоне, передатчик сделан в виде небольшой подставки, внутрь которого запрятана передающая катушка.

Cхема беспроводной зарядки

Электричество передается из одного контура в другой методом индукции, возникший во втором контуре ток сначала выпрямляется и подается на аккумулятор. В качестве выпрямителя можно использовать буквально любой маломощный диод шоттки.

Сборку беспроводной зарядки своими руками начнем с передатчика.

Передатчик

Схема передатчика проста и понятна. Обычная схема блокинг-генератора на одном транзисторе. Оправа для намотки передающей катушки — на ваше усмотрение. Желательно взять оправу с диаметром 7-10 см. На оправу мотаем 40 витков медной проволоки с диаметром 0,5мм. Обмотка имеет отвод от середины. Сначала аккуратно мотаем 20 витков, затем провод скручиваем, делаем отвод и в том же направлении мотаем остальные 20 витков. С катушкой все понятно? Пошли дальше.

Транзистор  абсолютно любой, я пробовал и полевые и биполярные, с полевыми чуть быстрее заряжается. Можно использовать полевые ключи серии IRFZ44/48, IRL3705, IRF3205 (указываю только те, которые использовал сам), но можно ставить буквально любые. Из биполярных можно использовать отечественные: КТ819, 805, 817, 815, 829. Выбор не критичен. Можно также использовать и транзисторы прямой проводимости, но в этом случае придется поменять полярность питания.

Номинал базового резистора не критичен (22 Ом-830 Ом).

Приемник

Приемный контур — мотал целых полчаса. Катушка плоская, состоит из 25 витков провода 0,3-0,4мм. Контур удобно мотать на небольшом куске пластмассы, витки постепенно нужно укрепить при помощи суперклея, работа достаточно грязная и долгая. После намотки отделяем контур от пластмассового стенда, на который он был намотан. Это удобно делать при помощи монтажного ножа или лезвием.

Далее контур был подключен к аккумулятору через диод SS14, последний является высокочастотным кремниевым диодом в СМД исполнении.

В моем случае, не работал разъем зарядки на телефоне, поэтому зарядку подключил напрямую к аккумулятору. Такое решение неудобно тем, что датчик не будет показывать, что телефон заряжается. С телефоном все завершено, теперь нужно поставить заднюю крышку.

Время зарядки напрямую зависит от мощности источника питания, в моем случае было использовано заводское зарядное устройство подопытного телефона. Устройство обеспечивает выходное напряжение в 5Вольт, при токе в 350мА.

Такая беспроводная зарядка для телефона работает безотказно, при таком раскладе компонентов мобильник полностью заряжается за 7 часов, долго, но зато заряжается. Ускорить время зарядки можно только умощнением схемы — использовать более мощный блок питания и намотать контура более толстым проводом.

Что такое беспроводная зарядка?

В большинстве современных беспроводных систем зарядки используется метод, называемый индукционной передачи мощности. В основном, это использует электрические катушки в одном устройстве для генерации тока внутри другого устройства.

Хотя эта технология может показаться инновацией в эпоху информации но ее истоки лежат в индустриальную эпоху. В 1894 году пара французских ученых разработала индукционную систему питания для электромобиля. Однако с популярностью двигателей внутреннего сгорания эта технология была быстро забыта.

Начиная с 1970-х годов, она начала привлекать к себе больше внимания. Различные ученые предложили новое, инновационное использование для передачи энергии индукции. Например, было несколько попыток использования транспортных средств с индукционным приводом, но они отошли на второй план, не оказав реального влияния на рынок.

Затем, в начале 90-х годов, зарядное устройство с индуктивным питанием, наконец, совершило прорыв. Но это не было использовано для телефонов. Это использовалось для электрических зубных щеток Oral-B. С тех пор несколько компаний стали партнерами в разработке единого стандарта и в 2008 году был основан Wireless Power Consortium (WPC). В 2010 году они определили стандарт Qi, который используется для большинства зарядных устройств для мобильных телефонов.

В течение следующих нескольких лет телефонные компании начали поддерживать этот стандарт. Первой была Nokia с выпуском Nokia 920 в 2012 году. Samsung последовал за ней в 2014 году, а Apple наконец-то вышла на рынок в 2016 году. Поскольку все крупные производители теперь используют стандарт Qi, на этом мы сосредоточимся.

Как выглядит и ее устройство

Выглядеть БЗУ может по-разному. Чаще всего она представляет собой небольшое плоское устройство, на которое нужно горизонтально класть гаджет. Обычно она имеет форму прямоугольника или круга. Также существуют модели в виде подставки. Такое решение позволяет использовать гаджет даже во время зарядки, не наклоняясь к нему под неестественным углом.

Беспроводная зарядка устроена довольно просто. Она включает всего три основных компонента: ресивер, трансмиттер и электронную схему. Первые два представляют собой специальные катушки, через которые проходит ток. Причем одна из них установлена в гаджете, аккумулятор которого требуется зарядить.

Что такое двусторонняя беспроводная зарядка?

Двусторонняя беспроводная зарядка, иногда называемая двусторонней зарядкой, позволяет одному устройству заряжать второе устройство. Он работает аналогично сквозной зарядке для банка питания.

Если это звучит немного расплывчато, давайте разберемся с примером. Предположим, у вас есть только одно беспроводное зарядное устройство, но вам нужно зарядить смартфон, а также набор беспроводных наушников. Вы можете положить свой телефон в зарядное устройство и установить наушники в верхней части телефона, и оба будут заряжаться.

Последние телефоны Samsung поддерживают эту функцию в течение нескольких месяцев с помощью функции «Wireless PowerShare». IPhone следующего поколения также будет поддерживать двустороннюю беспроводную зарядку.

Быстрая беспроводная зарядка

Почему-то принято называть быстрой беспроводной зарядкой устройства с мощностью выше 5W. Я с этим не согласен, так как уже начинают продавать устройства на 15W, а прототипы выдают уже 20W — 60W (но об этом потом). Поэтому чисто маркетинговая добавка «быстрая» совсем потеряет свой смысл и какие-либо критерии. Я бы называл их просто по максимально выдаваемой мощности (напр. беспроводная зарядка 10W).Нужно понимать, что есть несколько типов зарядки. Разные модели телефонов поддерживают разные стандарты.Зарядку 5W поддерживают все телефоны со встроенным модулем зарядки. Также такую мощность можно получить используя приемник беспроводной зарядки (с этой пластиной телефон без беспроводной зарядки можно заряжать на ней).Зарядку 7,5W сейчас поддерживают модели iPhone (все новее 8 модели).Зарядку 10W поддерживают флагманы Samsung (от S7 и от Note 5), Huawei Mate 20 Pro.Если зарядка выдает только 10W, то 7,5W для iPhone она может невыдавать. И наоборот. В случаях неправильного подбора беспроводной зарядки и модели телефона зарядка будет идти с мощностью 5W.

Как появилась беспроводная зарядка

У людей появился важнейший беспроводной гаджет под названием смартфон, который стал и средством общения, и фотоаппаратом, и даже переносным банком. Его все равно периодически приходится заряжать с использованием проводов. Однако, не так давно стали популярны беспроводные зарядки, которые восстанавливают энергию смартфона без подключения к электросети через шнур.

Само понимание возможности создания беспроводной зарядки появилось в далеком 1820 году. Тогда известный физик Андре-Мари Ампер доказал, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. А уже через год другой ученый Майкл Фарадей открыл закон индукции, по которому сейчас работает большинство беспроводных зарядок.

Тем не менее, впервые передать энергию на расстоянии смог лишь Никола Тесла в 1893 году. Но даже тогда никто не мог подумать, что беспроводной принцип зарядки можно использовать прямо сейчас. Поэтому практическое применение технологии заставило себя ждать почти целый век.

Первое же применение беспроводной передачи энергии для портативной техники произошло в 2009 году. Тогда консорциум Wireless Power Consortium продемонстрировал миру стандарт беспроводного питания малых токов, который получил название Qi. А в 2015 году было и вовсе доказано, что электричество можно передавать по Wi-Fi. Но справедливости ради необходимо отметить, что подобная технология сейчас используется крайне редко.

Наиболее популярные модели беспроводных зарядок

Не каждый имеет возможность самостоятельно создать зарядное устройство. На сегодняшний день это не является проблемой, так как в продаже имеется множество модификаций подобных аксессуаров, выпускаемых под разными брендами.

Обзор характеристик наиболее популярных моделей беспроводных зарядок:

  • прибор Samsung PG920 разработан специально для таких моделей смартфонов, как S6 Edge и Galaxy S6. Имеется также совместимость гаджета с прочими устройствами. Он отличается быстрой зарядкой. Батарея может восполнить емкость до 100% в течение 2 часов;
  • RAVPower Wireless Charging Pad – это зарядка, являющаяся беспроводной в полном смысле этого слова. Она оснащена мощной батареей на 5 тыс. мА/ч. Такой ресурс достаточен для восполнения емкости аккумулятора нескольких девайсов, имеющих поддержку Qi-стандарта;
  • Woodpuck FAST Edition Bamboo Qi Wireless Charging Pad – это модель девайса, которая отличается быстротой заряда аккумулятора. Её корпус выполнен из нескольких материалов, одним из которых является бамбук. Прибор не имеет светодиодов, оповещающих о процессе заряда. Их заменяет звуковой сигнал. Благодаря своей уникальности, изделие стоит не дешево. Его цена колеблется в пределах $40. В этой ценовой категории это лучшая зарядка, поддерживающая Qi-стандарт;
  • Wireless Charger PowerPort Qi Wireless Charging Pad от компании Anker – это надежное беспроводное устройство, имеющее стильный дизайн. Оно оснащено температурным датчиком, защищающим механизм от перегревания в процессе зарядки. Еще одним преимуществом модели является предохранение от перезарядки аккумуляторной батареи. В таком случае происходит экономия электроэнергии, а приспособление переключается в «спящий» режим. Стоимость аксессуара равна примерно $17;

  • QI Wireless Charger от компании Aukey, выпускающей множество аксессуаров для мобильных устройств, входит в перечень наиболее востребованных беспроводных девайсов. Стоимость этой модели доступна для широкого круга потребителей. Отличительной её чертой стал материал корпуса, защищающий от скольжения;
  • Tylt Vu отличается от аналогов возможностью взаимодействия со смартфоном в почти вертикальном положении. Это позволяет пользоваться устройством, не прерывая при этом процесса «подпитки». Аксессуар выполнен в форме подставки, на которой может разместиться не только смартфон, но и планшет. Высокая цена гаджета оправдана его современным дизайном и удобством использования;
  • Qi Wireless Charging Station – это еще один прибор от компании Samsung. Он стоит недорого. Цена колеблется в пределах $12. Процесс зарядки с помощью такого аксессуара длится не так быстро, как, например, в предыдущей модели. Однако компания производитель обладает огромным опытом в выпуске различных устройств, поэтому присутствует доверие к качеству представленной модели;
  • Nokia DT-903 – модель, отличающаяся своим минимализмом. Она имеет стильную подсветку, а в сочетании со смартфонами линейки Lumia выполняет дополнительные функции. Например, модель DT-903 оснащена датчиком пропущенных звонков и СМС.

Как работает беспроводная зарядка для телефона

Работа станции для подзарядки без проводов заключается в том, что она пропускает ток через магнитную катушку, сделанную из меди. Ток достаточно быстро меняет свое направление из-за того, что он колеблется. В связи с этим создается локальное магнитное поле, часто меняющее полярность. Сила магнитного поля зависит от силы тока: чем сильнее ток, тем сильнее поле.

Внутри устройства, которое принимает заряд, находится такая же катушка. Когда эти два устройства находятся рядом друг с другом, магнитное поле начинает индуцировать электрический ток внутри катушки. Ток через выпрямитель, обеспечивающий требования батареи, передается и начинает работать, заряжая гаджет.

Магнитно-индукционные станции

Такие беспроводные станции передают энергию на расстоянии 1 см, используя ток силой 100-357 кГц. У магнитно-индукционных станций есть одна особенность: не получится зарядить устройство, которое сделано из металла, так как магнитное поле не сможет пройти.

Использование такого устройства возможно только на устройствах, задняя панель которых изготовлена из стекла или пластика, также стоит снимать чехол, чтобы он не мешал процессу.

Магнитно-резонансные станции

Этот стандарт беспроводной станции работает на расстоянии 4-5 см и передает ток с частотой до 6,78 МГц. В данном случае используют две катушки, которые находятся не напротив друг друга. По такому принципу работают гаджеты, имеющие стандарт Rezence или AIrFuel.

  • Rezence. Этот тип разрабатывается с 2012 года. Благодаря увеличению расстояния зарядки его считают более удобным, в сравнении с магнитно-индукционными станциями.
  • AirFuel. Данное устройство можно спрятать под любую поверхность и работать одновременно с разными устройствами. Однако, оно еще не вышло в массовое производство.

Для чего нужна беспроводная зарядка?

Чтобы предстоящие пара абзацев не были похожи на рассуждения “кэпа”, вместо очередного расхваливанивания преимуществ технологии, я приведу просто пример тех, кому подойдет беспроводная зарядка.

Лучшим вариантом она будет для того, кто целый день сидит на работе и пользуется смартфоном не так часто. Все это время смартфон лежит на площадке и заряжается. Когда понадобится пойти на обед или ответить на звонок, смартфон будет полностью заряжен. 
Именно по этой причине такой способ не подойдет тем, кто постоянно играет на смартфоне. Игры сажают аккумулятор быстро, а зарядка идет долго. Заряжать смартфон в течение часа для того, чтобы поиграть 10 минут, не захочет никто.

Поэтому, определитесь насколько беспроводная зарядка гармонирует с вашими страхами всего неизведанного, и насколько она соответствует вашим потребностям, после чего принимайте решение о покупке. В целом, вещь стоящая. Все, кого я знаю, включая меня, сдались, и теперь заряжают свои смартфоны без провода.

Развитие

Развитием беспроводной зарядки занимаются в мире две большие группы Wireless Power Consortium и AirFuel Alliance (объединение A4WP и PMA), есть еще несколько групп малоизвестных в мире, стремящихся продвигать свои собственные более уникальные технологии.

На сегодня основным стал стандарт, разработанный консорциумом Wireless Power Consortium (WPC). Этот стандарт носит название Qi (на русском произносится как “ци”).

Многие производители смартфонов поддерживают этот стандарт. Так что покупая передатчик Qi нужно что бы и приемник в телефоне так же его поддерживал, а сам передающий модуль может быть и сторонней фирмы.

Стандарт Qi обеспечивает зарядку мощностью до 5 Вт и силой тока 1 или 2 А, при напряжении 5 В. Такие же параметры имеют и проводные зарядки с интерфейсом USB.

Qi так же позволяет приемнику и передатчику обмениваться информацией по своему протоколу. Передатчик запрашивает приемный модуль о поддерживаемых стандартах, уровне зарядки, что позволяет регулировать силу заряда и отключение передающего устройства, если аккумулятор полностью зарядится. Последняя версия Qi имеет КПД около 80% и допускает расстояние между приемником и передатчиком до 45 мм.

На сайте Wireless Power Consortium указано, что сертификацию Qi получили около 1080 устройств.

А вот AirFuel продвигает свой стандарт РМА. Он меньше распространен, но некоторые производители мобильной техники поддерживают и его. А в отдельных устройствах есть поддержка сразу двух стандартов и РМА, и Qi.

Различиями между стандартами Qi и РМА являются частота передачи и протокол соединения.

Вредность и безопасность

Техника беспроводной передачи методом электромагнитной индукции использует ближнее электромагнитное поле на расстояниях около одной шестой длины волны. Энергия ближнего поля сама по себе не является излучающей. Сила электромагнитного поля быстро падает с увеличением расстояния от источника больше 5 см.

Так что существующие беспроводные зарядки для телефонов можно считать безвредными и безопасными для человека.

Достоинства и недостатки

Главные преимущества, которые можно увидеть в конструкции и методе передачи энергии:

  1. Отсутствие проводов, подключаемых к мобильнику. Не расшатывается разъем USB на телефоне, никто случайно не зацепит. Хотя сам передатчик подключается к розетке проводом.
  2. Возможность использовать несколько передатчиков в здании и переходя из комнаты в комнату не нужно носить с собой зарядку. Можно просто перейдя в другую комнату положить смартфон на передатчик и зарядка продолжится.

К недостаткам можно отнести:

  1. Большее время зарядки, чем от штатного блока питания.
  2. Большая стоимость самого устройства беспроводной зарядки по сравнению с обычным зарядным.

Беспроводная зарядка для телефона своими руками

Если нужное устройство не поддерживает стандарт беспроводной зарядки, то можно сделать такую зарядку и своими руками.

Самый простой способ сделать беспроводную зарядку – это купить передатчик и для телефона приобрести специальный чехол или насадку, которые имеют приемный модуль. Такой приемник подключается к смартфону через обычный зарядный разъем.

Беспроводные зарядные устройства для мобильных телефонов в видеообзоре:

Как добавить функцию беспроводной зарядки к любому телефону с помощью адаптера

Чтобы использовать полный функционал беспроводных зарядных устройств, к счастью сегодня не обязательно покупать дорогой смартфон с функцией Qi (зарядки без проводов). Наши друзья из Поднебесной изобрели большое множество специальных адаптеров для обычных телефонов, которые можно купить совсем за небольшую плату, например, на AliExpress.

Как правило адаптер представляет из себя плоскую катушку с контроллером которая подключается к разъёму устройства и приклеивается к задней крышке смартфона, затем прячется под чехлом.

Также для большинства моделей смартфонов таких как redmi note 8, Samsung a 50 и других моделей в том числе для айфона есть уже готовые чехлы со встроенной индукционной катушкой.

Что нужно сделать чтобы установить такой адаптер?

Наберите запрос «устройство Qi» на AliExpress и выберите подходящее по разъёму и мощности. Есть разновидности разьемов: Type-С, microUSB, Lightning для iPhone. Мощность 5W и 10W.

Важно! Обратите внимание на разъем microUSB он может быть перевернут на вашем телефоне. Внимательно осмотрите разъем на своем смартфоне и определитесь какой вам подойдет чтобы правильно подвернуть модуль на заднюю крышку. Остальные разъемы подключатся любой стороной.

Остальные разъемы подключатся любой стороной.

Также такие адаптеры продают в магазинах сотовой связи, куда можно прийти установить адаптер и сразу проверить на работоспособность. Подключите к разъёму, подверните под чехол и положите на зарядный адаптер, все автоматически заработает. Если вы хотите чехол, то ищите сразу его на свою модель телефона, как правило все по умолчанию уже настроено и разъем подходит без проблем.

Факторы вредности и опасности

Действие ЭМП на живые организмы также зависит от частоты его колебаний. В общем оно с частотой монотонно возрастает прим. до 120-150 МГц, а затем наблюдаются всплески и провалы. В одном из них, приходящемся на видимый свет, мы приспособились жить в ходе эволюции; в одном из других около 2900 МГц работают микроволновки. Но микроволновый провал биоактивности ЭМП неглубокий, иначе оно не поглотится продуктами, лишь бы технически было возможно и не очень сложно заэкранировать печь от излучения ЭМП наружу. Поэтому, если вы соберетесь самостоятельно делать ремонт микроволновки, нужно точно знать, как она устроена, работает, что там можно, что допустимо делать и чего нельзя, чтобы СВЧ не просифонило наружу, и знать, как определить в домашних условиях, не сифонит ли микроволновая печь. Но вернемся к теме.

С частотой растет также ППЭ ЭМП, поэтому нормы его уровня привязаны к ППЭ. Кроме того, индивидуальная чувствительность к ППЭ ЭМП колеблется в очень широких пределах, прим. в 1000 раз. В странах с откровенно-жлобским трудовым и социальным законодательством приняты допустимые уровни ППЭ до чудовищных величин вплоть до 1 (Вт*с)/кв. м. Подход в данном случае: при найме ты был предупрежден? Допмедстраховку тебе оплачивают? Повышенную за вредность пенсию через 10 (15, 20) лет гарантируют? Остальное – проблемы индейцев.

В ППЭ такого уровня человек непосредственно ощущает действие ЭМП: тяжесть в голове, нежное тепло, идущее из глубины тела. Нежное, но чрезвычайно опасное: это свидетельство начавшегося плазмолиза клеток, отчего они могут претерпеть злокачественное перерождение. «Аппарат на полшестого» еще на самое страшное последствие «подхвата зайчика» ППЭ ЭМП.

В СССР действовала другая крайность – 1 (мкВт*с)/кв. м, т.е. в миллион раз меньше. Воздействие такого ППЭ на самого чувствительного субъекта не скажется ни немедленно, ни в отдаленной перспективе. Каждый гражданин, точнее, подданный, «совдепии» фактически был собственностью государства, но оно же и гарантировало ему жизнь, здоровье и безопасность. По крайней мере, формально.

Рыночной экономике такая перестраховка окажется непосильной, да в теперешнем засоренном эфире и технически вряд ли осуществимой. Поэтому общепринятая норма уровня ППЭ ЭМП на сегодня промежуточная – 1 (мВт*с)/кв. м. Такой ППЭ, влияющий постоянно и долго, непременно даст отдаленные последствия, но регулярное нахождение в нем не более определенного времени в сутки среднему человеку безвредно и безопасно. Чрезмерно чувствительные отсеиваются медосвидетельствованием при найме, а последствия случайных отклонений уже возможно компенсировать, не перенапрягая соцфонды. Тоже, конечно, жлобский подход, рак на пенсии лечить вместо отдыха удовольствие не великое, но хотя бы в пределах разумного. Поэтому мы будем считать беспроводную зарядку потенциально опасной, если она в радиусе прикосновения (ок. 0,5 м) создает ППЭ ЭМП 1 (мВт*с)/кв. м и более.

Расчет безопасности

Поверим рекламе и купим «супер-пупер» зарядку с питанием от USB (потребляемая мощность – 1,75 Вт), действующую в радиусе 20 см (0,2 м). КПД блогинг-генератора (см. далее) такой мощности на полевом транзисторе ок. 0,8; в эфир без гаджета, лежащего на площадке, уйдет 1,4 Вт. Площадь сферы радиусом 0,2 м – 0,0335 кв. м. ППЭ на ней составит 2,8/0,0335 =41,8 (Вт*с)/кв. м(!). Величина ППЭ обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. На каком же в данном случае она упадет до допустимой 1 (мВт*с)/кв. м? Расчет элементарен: берем корень квадратный из отношения реальной ППЭ к допустимой, и умножаем результат на начальный радиус 0,2 м, т.е. делим на 5; получим… 20,4 м! Вот чего стоят уверения производителей в безопасности изделий. Заодно с силой Ци.

Оговорка выше насчет гаджета на площадке не случайна. В таком случае заряд на частотах, длины волн которых много больше зазора между излучателем и аппаратом, будет индукционным, если приемник для него пригоден. Приемная катушка гаджета как индукционный приемник пригодна однозначно. Зазор в 3 см (см. выше) даст частоту 10 ГГц, которую генератор точно не способен выработать; реально зазор еще меньше. Так что предварительный вывод подтвержден: наша зарядка должна быть только и только индукционной. ППЭ ЭМП в зазоре между индуктором и аппаратом тогда будет еще в разы больше, но это уже не опасно, т.к. ЭМП само собой стянется к приемной катушке, диаметр которой ок. 5 см. На расстоянии от нее втрое большем (точнее, в e раз, e=2,718281828…) наличие ЭМП может быть зафиксировано уже только чувствительным детектором, но расчетом «на пальцах» тут не обойдешься, для вывода нужно использовать средства математической физики.

Принцип работы беспроводной зарядки для гаджетов

Практически каждый второй владелец смартфона считает, что беспроводная зарядка способна передавать электроэнергию на любое расстояние. Но это ошибочное мнение.

Чтобы разобраться с принципом работы такого устройства для мобильных телефонов, нужно детальнее изучить имеющуюся информацию. Можно сделать вывод, что зарядка без проводов основывается на магнитно-индукционном способе передачи электричества от одного устройства к другому.

Кроме того, современные ученые и исследователи утверждают, что электроэнергию можно передавать при помощи лазера, звуковых волн, других физических явлений. Но пока что на деле такие инновационные технологии дальше активных разработок не пошли.

Единственное, чем могут похвастаться современные ученые, так это то, что уже упомянутая электромагнитная индукция используется не только в беспроводных зарядках для мобильников, но и в других коммерческих и технологических целях.

Также стоит знать, что любая высокотехнологическая сфера имеет свои строго установленные стандарты (Qi), которые обязательно учитываются при разработке нового или усовершенствовании устаревшего устройства. То есть данные стандарты направлены на сохранение функциональности современных устройств.

Многие производители мобильных телефонов применяют такие (Qi) стандарты для производства гаджетов, рассчитанных на зарядку аккумулятора без применения электропроводов.

В связи с этим обладатель такого мобильного аппарата, находящийся в аэропорту, железнодорожном вокзале или другом многолюдном месте экономически развитой страны, сможет зарядить свой мобильник без проводов и розеток.

Так как в таких местах установлены и успешно функционируют специальные зарядные базы, которые позволяют всем желающим производить беспроводную зарядку своих гаджетов.

Принцип работы беспроводной зарядки для смартфонов основывается на обеспечении электрического контакта между излучающим и получающим агрегатами, которые, в свою очередь, оснащены специальными катушками индукции. В данном случае стоит учитывать, что обычный мобильный телефон старого образца не получится подзарядить от беспроводной зарядной станции, так как он не оснащен индукционной катушкой.

Дистанционная зарядка устройств осуществляется следующим образом:

  1. Зарядная станция, подключенная к электрической сети при помощи индукционных катушек начинает создавать магнитное поле.
  2. Когда гаджет, поддерживающий (Qi) стандарты, попадает в такое магнитное поле, он начинает динамично потреблять издаваемые зарядкой электромагнитные волны.
  3. Дальше встроенная индукционная катушка преобразовывает потребленные электроволны в электрическую энергию, которая и обеспечивает зарядку аккумулятора.

Пользователям беспроводной зарядки необходимо знать правила пользования данного устройства. Главное —выдержать нужное расстояние, которое не должно превышать пяти сантиметров от станции до мобильника. Многие считают, что если телефон водрузить в непосредственной близости с зарядной станцией, то его аккумулятор зарядится быстрее и качественнее.

Однако это мнение ошибочное, так как коэффициент полезного действия такого беспроводного устройства в лучшем случае будет составлять не больше восьмидесяти процентов. Поэтому пользователям, которые желают получить максимум полезных результатов от производимых действий, рекомендуется использовать проводную зарядку, имеющую значительно больший коэффициент.

Кроме того, традиционная стационарная зарядка гораздо быстрее заряжает батарею, чем альтернативное устройство на основе индукционных катушек. Согласно проведенным экспериментам, было установлено, что для полной зарядки одного и того же аккумулятора беспроводной станции понадобится на шестьдесят минут больше времени, чем обычному проводному зарядному устройству.

https://youtube.com/watch?v=klVPcKutTWE

Главная проблема индуктивной зарядки – управление температурой

Поскольку зарядное устройство и смартфон полностью соприкасаются друг с другом, выделяемое станцией тепло передается за счет простой теплопроводности и конвекции.

Смартфон практически всегда находится сверху и при этом нарушает циркуляцию воздуха вокруг зарядного устройства. Это мешает нормальному оттоку тепла.

Решить проблему невозможно из-за малого радиуса действия беспроводной зарядки. Оптимальный эффект достигается при непосредственной близости приемника и передатчика. С удалением катушек друг от друга эффективность передачи энергии снижается в разы.

Идеальное расположение катушек (a), неровное расположение катушек (b).

Добавляет головной боли разработчикам неровное расположение передающей и принимающей катушек. Для компенсации неровно расположенных катушек управляющий блок зарядного устройства начинает увеличивать мощность передатчика, что приводит к еще большему выделению тепла.

Зарядка iPhone при помощи кабеля (a), зарядка на беспроводной станции с ровным расположениям катушек (b), зарядка с неровным расположениям катушек (с).

Вот простой эксперимент, при котором производились непрерывные замеры температуры устройства во время зарядки разными способами.

В первом случае (a) смартфон заряжался через кабель, во втором (b) на беспроводной зарядке с точно выровненными катушками, а в третьем (с) на беспроводной зарядке со смещенными катушками.

Нагрев смартфона во время зарядки при помощи кабеля.

При этом первый смартфон (a) заряжался около 140 минут и его средняя температура не превышала 27 градусов.

Нагрев смартфона во время зарядки на беспроводной станции при ровном расположении катушек.

Второй смартфон (b) во время зарядки нагревался в среднем до 30.5 градусов и такой нагрев длился около 55 минут.

Нагрев смартфона во время зарядки на беспроводной станции при неровном расположении катушек.

Третий смартфон (с) тоже нагревался в среднем до 30.5 градусов, но нагрев начинался гораздо раньше, а общее время, когда гаджет оставался горячим, составило 125 минут.

Чтобы рассмотреть различия во втором и третьем случае были произведены замеры мощности QI-станций. Во втором случае (b) зарядное устройство потребляло стабильно 9.5 Вт около 40 минут, а затем мощность плавно снижалась до 4 Вт, пока смартфон не зарядился полностью.

В третьем случае (с) потребляемая зарядным устройством мощность повышалась до 11 Вт, а общее время работы на пиковой мощности составило около 105 минут.

При этом в обоих случаях наблюдалось падение мощности при нагреве до 32 градусов, что является своеобразной пиковой отметкой для зарядных устройств.

Схема беспроводного зарядного устройства для мобильного телефона — самодельные схемы

Беспроводное зарядное устройство для мобильного телефона — это устройство, которое заряжает совместимый мобильный телефон или мобильный телефон, расположенный рядом с ним, посредством высокочастотной беспроводной передачи тока без какого-либо физического контакта.

В этом посте мы узнаем, как построить схему беспроводного зарядного устройства для мобильного телефона, чтобы облегчить зарядку беспроводного мобильного телефона без использования обычного зарядного устройства.

Цель

В этом случае мобильный телефон должен быть установлен с модулем схемы приемника внутри и подключен к контактам разъема для зарядки для реализации процесса беспроводной зарядки.Как только это будет сделано, мобильный телефон просто нужно держать над беспроводным зарядным устройством, чтобы инициировать предполагаемую беспроводную зарядку.

В одном из наших предыдущих постов мы узнали об аналогичной концепции, объясняющей зарядку литий-ионной батареи в беспроводном режиме, здесь мы также используем аналогичную технику, но пытаемся реализовать то же самое, не извлекая батарею из мобильного телефона.

Кроме того, в нашем предыдущем посте мы всесторонне изучили основы беспроводной зарядки, мы воспользуемся представленными там инструкциями и попробуем разработать предлагаемую схему беспроводной зарядки для мобильного телефона.

Мы начнем со схемы передатчика мощности, которая является базовым блоком и должна быть подключена к сети и для передачи энергии на модуль сотового телефона.

Технические характеристики катушки передатчика (Tx):

Схема передатчика для этого беспроводного зарядного устройства для мобильного телефона является ключевым этапом и должна быть построена точно, и она должна быть структурирована в соответствии с популярной компоновкой катушки Теслы в виде блина, как показано ниже:

ДИАМЕТР КАТУШКИ ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 18 CMS

Изготовление печатной платы вышеприведенной катушки блина.

Вдохновленный вышеизложенной теорией, меньший макет той же катушки может быть выгравирован на печатной плате, как показано на следующей схеме, и подключен как указано:

Размеры: 10 дюймов на 10 дюймов, больший размер может обеспечить более быструю зарядку и лучший выход по току

На рисунке выше показана конструкция эмиттера или радиатора, также вспомните принципиальную схему из нашего предыдущего поста, в приведенной выше конструкции используется точно такая же схема, хотя здесь мы делаем это через печатную плату путем травления обмотки. макет над ним.

Внимательное наблюдение показывает, что приведенная выше схема имеет пару параллельных витых медных дорожек, идущих по спирали и образующих две половины катушки передатчика, где центральный отвод получен с помощью соединенной красной перемычки на концах катушки.

Компоновка позволяет сделать конструкцию компактной и эффективной для необходимых операций.

Расположение гусениц может быть квадратным или овальным с одной стороны и квадратным с другой, чтобы сделать устройство еще более изящным.

Остальная часть довольно проста и соответствует нашей предыдущей схеме, где включен транзистор 2N2222 для создания необходимых высокочастотных колебаний и распространения.

Схема работает от источника 12В/1,5А, количество витков (катушек) может быть выбрано приблизительно в соответствии с величиной питающего напряжения, то есть около 15-20 витков на каждую половину катушки передатчика. Более высокие витки приведут к более низкому току и повышенному излучению напряжения, и наоборот

При включении можно ожидать, что схема будет генерировать сильный магнитный поток вокруг гусеничной катушки, эквивалентный входной мощности.

Теперь необходимо поглотить излучаемую мощность, используя идентичную схему для выполнения беспроводной передачи энергии и предполагаемой зарядки сотового телефона.

Для этого нам нужен коллектор мощности или схема приемника для сбора излучаемой мощности, это может быть разработано, как описано в следующем разделе:

Размер: 3 дюйма на 3 дюйма или в соответствии с местом для размещения внутри вашего мобильного телефона

Как видно из приведенной выше конструкции приемника, можно увидеть идентичное расположение катушки, за исключением того, что здесь две концентрические спирали соединены параллельно для добавления тока, в отличие от схемы передатчика, которая включает последовательное соединение из-за ограничения центрального отвода. для дизайна.

Конструкция должна быть достаточно маленькой, чтобы поместиться внутри стандартного сотового телефона, чуть ниже задней крышки, а выход, который заканчивается через диод, может быть подключен либо напрямую к аккумулятору, либо через контакты зарядного гнезда (внутри).

После того, как вышеперечисленные схемы будут построены, схема передатчика может быть подключена к указанному входу постоянного тока, а модуль приемника размещен прямо над платой передатчика, в центре.

На выходе схемы приемника можно включить светодиод с резистором 1 кОм, чтобы получить мгновенную индикацию процесса беспроводной передачи энергии.

После подтверждения операции выход приемника можно подключить к разъему сотового телефона для проверки реакции эффекта беспроводной зарядки.

Однако перед этим вы можете проверить выход на мобильный телефон от модуля беспроводного приемника… оно должно быть от 5 до 6 В, если больше, черный провод можно просто сдвинуть и припаять несколько витков вверх. пока не будет достигнуто нужное напряжение.

После того, как все подтверждения завершены, модуль может быть размещен внутри мобильного телефона, и соединения должны быть выполнены надлежащим образом.

Наконец, надеюсь, если все сделано правильно, сборка может позволить вам держать мобильный телефон непосредственно над настроенным передатчиком и обеспечить успешную беспроводную зарядку мобильного телефона.

Создание практического прототипа

Вышеупомянутая концепция беспроводной передачи энергии была успешно опробована и протестирована с некоторыми изменениями г-ном Нароттамом Гуптой, который является активным подписчиком этого блога.

Модифицированная схема беспроводного зарядного устройства для мобильного телефона и изображения прототипа можно увидеть ниже:

Схема беспроводного зарядного устройства для мобильного телефона

Беспроводная схема передачи энергии | Беспроводное зарядное устройство для мобильных устройств

Современные технологии упрощают нашу жизнь.С появлением мобильных телефонов жизнь быстро изменилась. Это мечта радиотехники. Мобильные телефоны объединили наземные телефонные системы. В эти дни было введено много достижений в мобильных телефонах.

Эти усовершенствования предоставляют множество услуг, таких как текстовые сообщения, Интернет и т. д. Но, несмотря на множество достижений в технологии, мы по-прежнему полагаемся на проводные зарядные устройства. Каждый телефон будет иметь собственное зарядное устройство. Таким образом, зарядные устройства для аккумуляторов необходимо носить с собой повсюду, чтобы обеспечить резервный аккумулятор.Теперь просто подумайте о зарядном устройстве, которое автоматически заряжает ваш мобильный телефон. Когда вы сидите за чаем и кладете свой мобильный на стол, он просто заряжает ваш мобильный. В этой статье объясняется простая схема беспроводного зарядного устройства, которое заряжает ваш мобильный телефон, если его поместить рядом с передатчиком. Эту схему можно использовать в качестве схемы беспроводной передачи энергии, схемы беспроводного зарядного устройства для мобильных устройств, схемы беспроводного зарядного устройства аккумулятора и т. д.

Также получите представление о том, как разработать схему мобильного зарядного устройства USB?

Принцип цепи беспроводного зарядного устройства:

Эта схема в основном работает по принципу взаимной индуктивности.Мощность передается от передатчика к приемнику по беспроводной связи на основе принципа «индуктивной связи».

Индуктивность — это свойство проводника, при котором ток, протекающий по проводнику, индуцирует в нем или в другом соседнем проводнике напряжение или электродвижущую силу. Есть два типа индуктивности. 1) собственная индуктивность, 2) взаимная индуктивность.

«Взаимная индуктивность» — явление, при котором, когда проводник с током помещается рядом с другим проводником, в этом проводнике индуцируется напряжение.Это связано с тем, что при протекании тока в проводнике в нем индуцируется магнитный поток. Этот индуцированный магнитный поток соединяется с другим проводником, и этот поток индуцирует напряжение во втором проводнике. Таким образом, два проводника называются индуктивно связанными.

Цепь беспроводной передачи питания Схема: Схема цепи беспроводного мобильного зарядного устройства
Цепь беспроводного мобильного зарядного устройства D esign:   Схема беспроводного зарядного устройства

очень проста и удобна.Для этих цепей требуются только резисторы, конденсаторы, диоды, регулятор напряжения, медные катушки и трансформатор.

В нашем беспроводном зарядном устройстве мы используем две цепи. Первая схема представляет собой схему передатчика, используемую для беспроводного получения напряжения. Цепь передатчика состоит из источника постоянного тока, схемы генератора и катушки передатчика. Схема генератора состоит из двух n-канальных МОП-транзисторов IRF 540, диодов 4148. Когда питание постоянного тока подается на генератор, ток начинает течь через две катушки L1, L2 и вывод стока транзистора.При этом на выводах затворов транзисторов появляется некоторое напряжение. Один из транзисторов находится во включенном состоянии, а другой в выключенном состоянии. При этом напряжение на стоке транзистора, находящегося в закрытом состоянии, повышается и падает через колебательную цепь, состоящую из конденсаторов 6,8 нф и передающей катушки 0,674. Таким образом, рабочая частота определяется по формуле F=1/[2π√(LC)].

Во второй цепи, то есть цепи приемника, состоит из катушки приемника, цепи выпрямителя и регулятора.Когда приемная катушка расположена на расстоянии вблизи индуктора, в катушке индуцируется мощность переменного тока. Это выпрямляется схемой выпрямителя и регулируется до 5 В постоянного тока с помощью регулятора 7805. Схема выпрямителя состоит из диода 1н4007 и конденсатора 6,8нф. Выход регулятора подключен к аккумулятору.

ПРИМЕЧАНИЕ. Также получите представление о схеме проекта индикатора уровня заряда батареи и ее работе

Как управлять этой беспроводной схемой передачи энергии?
  • Сначала подключите цепь, как показано на принципиальной схеме.
  • Включите питание.
  • Подсоедините зарядное устройство к выходу схемы.
  • Поместите приемную катушку рядом с передающей катушкой.
  • Вы можете наблюдать за зарядкой аккумулятора.
Цепь беспроводного зарядного устройства Преимущества:
  • Исключено использование отдельного зарядного устройства.
  • Телефон можно заряжать в любом месте и в любое время.
  • Не требует провода для зарядки.
  • Проще, чем подключить к кабелю питания.  
Цепь беспроводной передачи энергии Приложения:
  • Беспроводные зарядные устройства можно использовать для зарядки мобильных телефонов, аккумуляторов фотокамер, Bluetooth-гарнитур и т. д.
  • Его также можно использовать в таких приложениях, как зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, с небольшими изменениями. Перейдите к сообщению «Простая схема зарядного устройства автомобильного аккумулятора» для получения дополнительной информации.
  • Также может использоваться в медицинских устройствах.
Ограничения цепи:  
  • Мощность несколько растрачивается из-за взаимной индукции.
  • Работает только на очень коротких дистанциях. Если вы хотите использовать его на больших расстояниях, количество витков катушки индуктивности должно быть большим.

[Также читайте: Цепь регулируемого таймера с релейным выходом ]

Объяснение беспроводной зарядки: что это такое и как это работает?

Беспроводная зарядка существует с конца 19 века, когда пионер электричества Никола Тесла продемонстрировал магнитно-резонансную связь — способность передавать электричество по воздуху путем создания магнитного поля между двумя цепями, передатчиком и приемником.

Но около 100 лет это была технология без многих практических применений, за исключением, пожалуй, нескольких моделей электрических зубных щеток.

Сегодня используется почти полдюжины технологий беспроводной зарядки, и все они предназначены для перерезания кабелей от смартфонов и ноутбуков до кухонной техники и автомобилей.

Беспроводная зарядка проникает в здравоохранение, автомобилестроение и обрабатывающую промышленность, поскольку она обещает повышенную мобильность и достижения, которые могут позволить крошечным устройствам Интернета вещей (IoT) получать питание на расстоянии нескольких футов от зарядного устройства.

Оссия

Плата беспроводной зарядки, используемая для радиочастотной технологии Ossia Cota, которая может передавать энергию на расстояние более 15 футов.

Самые популярные беспроводные технологии, используемые в настоящее время, основаны на электромагнитном поле между двумя медными катушками, что значительно ограничивает расстояние между устройством и зарядной панелью. Этот тип зарядки Apple внедрила в iPhone 8 и iPhone X.

Как работает беспроводная зарядка

Вообще говоря, по словам Дэвида Грина, руководителя исследований IHS Markit, существует три типа беспроводной зарядки.Существуют зарядные площадки, в которых используется сильносвязанная электромагнитная индукционная или безызлучательная зарядка; зарядные чаши или зарядные устройства сквозного типа, в которых используется слабосвязанная или радиационная электромагнитно-резонансная зарядка, способная передавать заряд на несколько сантиметров; и несвязанная радиочастотная (RF) беспроводная зарядка, которая обеспечивает возможность непрерывной зарядки на расстоянии многих футов.

И сильносвязанная индуктивная, и слабосвязанная резонансная зарядка работают по одному и тому же принципу физики: изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует ток в замкнутом контуре провода.

Икеа

Линейка беспроводных зарядных устройств Ikea, в которую входит подставка, способная одновременно заряжать три устройства (в центре).

Это работает следующим образом: рамочная магнитная антенна (медная катушка) используется для создания колеблющегося магнитного поля, которое может создавать ток в одной или нескольких приемных антеннах. Если добавить соответствующую емкость, чтобы контуры резонировали на одной частоте, величина индуцированного тока в приемниках увеличивается. Это резонансная индуктивная зарядка или магнитный резонанс; он обеспечивает передачу энергии на большие расстояния между передатчиком и приемником и повышает эффективность.Размер катушки также влияет на расстояние передачи мощности. Чем больше катушка или чем больше катушек, тем большее расстояние может пройти заряд.

Например, в случае беспроводных зарядных устройств для смартфонов диаметр медных катушек составляет всего несколько дюймов, что сильно ограничивает расстояние, на которое может эффективно передаваться энергия.

Но чем больше катушки, тем больше энергии можно передавать по беспроводной сети. Это тактика WiTricity, компании, основанной в результате исследований в Массачусетском технологическом институте десять лет назад, которая помогла первопроходцам.Он лицензирует слабосвязанную резонансную технологию для всего, от автомобилей и ветряных турбин до робототехники.

В 2007 году профессор физики Массачусетского технологического института Марин Солячич доказал, что может передавать электричество на расстояние двух метров; в то время эффективность передачи мощности на таком расстоянии составляла всего 40%, то есть 60% мощности терялось при перемещении. Позже в том же году Солячич запустил WiTricity для коммерциализации технологии, и с тех пор ее эффективность передачи энергии значительно возросла.

В автомобильной зарядной системе WiTricity большие медные катушки диаметром более 25 сантиметров для приемников обеспечивают эффективную передачу энергии на расстояние до 25 сантиметров. По словам технического директора WiTricity Морриса Кеслера, использование резонанса позволяет передавать высокие уровни мощности (до 11 кВт) и высокую эффективность (более 92% от начала до конца). WiTricity также добавляет конденсаторы в проводящую петлю, что увеличивает количество энергии, которая может быть собрана и использована для зарядки аккумулятора.

Система предназначена не только для автомобилей: в прошлом году японский производитель робототехники Daihen Corp. начал поставки беспроводной системы передачи энергии на основе технологии WiTricity для транспортных средств с автоматическим управлением (AGV). AGV, оснащенные беспроводной системой зарядки Daihen D-Broad, могут просто подъехать к месту зарядки, чтобы включить питание, а затем продолжить выполнение своих складских обязанностей.

Несмотря на то, что зарядка на расстоянии имеет большой потенциал, публичное лицо беспроводной зарядки до сих пор оставалось за зарядными площадками.

IHS Markit

«С точки зрения прогресса и промышленной готовности, зарядные подставки поставляются в больших количествах с 2015 года; зарядные чаши/через поверхность действительно только запускаются в этом году; и зарядка через комнату, вероятно, все еще, по крайней мере, год от коммерческой реальности больших объемов — хотя новые продукты Energous показывают, что этот метод работает на очень коротком расстоянии прямо сейчас, например, на пару сантиметров», — сказал Грин.

В 2016 году было отгружено чуть более 200 миллионов устройств с поддержкой беспроводной зарядки, причем почти все они используют ту или иную форму индуктивной конструкции (подставка для зарядки).

В сентябре Apple, наконец, выбрала сторону после многолетнего отставания от других производителей мобильных телефонов, приняв стандарт WPC Qi, который Samsung и другие производители Android-смартфонов используют уже как минимум два года.

Первый класс беспроводных зарядных устройств для мобильных устройств появился около шести лет назад; они использовали тесно связанную или индуктивную зарядку, которая требует от пользователей точного размещения смартфона на подставке для его зарядки.

«На мой взгляд, установка его точно на зарядку не сэкономит вам много усилий при простом подключении», — сказал Бенджамин Фрис, главный аналитик Navigant Research.

В то время как первопроходцы и технические специалисты купились на индуктивную зарядку, другие этого не сделали, сказал Фрис.

Белкин/IDG

Беспроводная зарядная панель Belkin BoosUp аналогична другим тем, что она содержит зарядку медного передатчика, набор микросхем для управления питанием, подаваемым на устройство, и технологию обнаружения посторонних предметов, которая гарантирует, что объекты, которые не должны получать заряд, не получат.

В сентябре 2012 года Nokia 920 стал первым коммерчески доступным смартфоном со встроенными возможностями беспроводной зарядки на основе спецификации Qi.

Борьба за стандарты беспроводной зарядки

В течение нескольких лет существовало три конкурирующих группы стандартов беспроводной зарядки, сосредоточенных на характеристиках индуктивной и резонансной зарядки: Alliance for Wireless Power (A4WP), Power Matters Alliance (PMA) и Wireless Power Consortium. (ВПК). Список из 296 членов последнего включает Apple, Google, Verizon и настоящих производителей электроники.

WPC создала самый популярный из стандартов беспроводной зарядки — Qi (произносится как «чи»), — который обеспечивает индуктивную зарядку или зарядку с помощью планшета, а также зарядку на короткие расстояния (1.5 см или менее) электромагнитно-резонансная индуктивная зарядка. Стандарт Qi используется Apple.

Яблоко

Apple Watch, выпущенные в 2015 году, используют индуктивный кабель для беспроводной зарядки, который по-прежнему требует, чтобы устройство было привязано к кабелю.

PMA и его спецификация индуктивной зарядки Powermat добились успеха, опробовав свою технологию беспроводной зарядки в кафе и аэропортах. Например, Starbucks начала выпускать подставки для беспроводной зарядки в 2014 году.

Из-за конкурирующих стандартов поддержка мобильных устройств оставалась фрагментарной, и большинству мобильных устройств требовался адаптивный чехол для обеспечения беспроводной зарядки.

В 2015 году A4WP и PMA решили объединиться, чтобы сформировать альянс AirFuel, в который сейчас входят 110 членов, включая Dell, Duracell, Samsung и Qualcomm.

ПМА/Старбакс

В 2014 году Starbucks объявила о развертывании беспроводной зарядки на основе спецификации Powermat для своих клиентов в США почти в 8000 кофеен.

Как часть альянса AirFuel, Duracell Powermat утверждает, что у нее есть более 1500 зарядных станций в США.S., а благодаря партнерству с Powermat PowerKiss — 1000 зарядных станций в европейских аэропортах, отелях и кафе. AirFuel также анонсировала беспроводную зарядку в некоторых ресторанах McDonald’s. Это, по словам Фриса, является одним из способов, благодаря которому беспроводная зарядка может получить более широкое распространение.

AirFuel фокусируется на электромагнитно-резонансной, а RF

AirFuel фокусируется на двух технологиях зарядки: электромагнитно-резонансной и радиочастотной, что дает возможность перемещаться в пространстве и при этом заряжать мобильное устройство.

«Мы увидели четкие рыночные индикаторы того, что резонансные и радиочастотные технологии — это то, что нужно. Обе технологии предлагают явные преимущества с точки зрения пространственной свободы, простоты использования и простоты установки — важные факторы в создании рыночной стоимости и удовлетворенности клиентов, — заявил представитель AirFuel Шарен Сантоски. «И мы считаем, что резонанс — это лучшая технология, позволяющая в ближайшем будущем обеспечить широкое развертывание общественной инфраструктуры».

В результате, по словам Сантоски, все большее число кафе, ресторанов и аэропортов развернули беспроводные зарядные станции на основе резонанса.«Тайвань вкладывает большие средства, как и Китай», — сказал Сантоски.

Компания AirFuel недавно объявила о проекте с метро аэропорта Таоюань, в рамках которого в поездах и на станциях будет установлена ​​зарядка Resonant. А производитель мебели Order Furniture создал новую линейку резонансной мебели.

«Если он будет у вас в каждом ресторане и кафе, люди с большей вероятностью воспользуются им и приобретут планшет для зарядки дома», — сказал Фрис.

Большинство этих проектов все еще являются пилотными программами, сказал Фрис, добавив, что потребители и предприятия с меньшей вероятностью захотят сильно связанную зарядку и с большей вероятностью выберут слабосвязанную резонансную зарядку. просто положить телефон, планшет или ноутбук на рабочий стол и зарядить его.

WiTricity и беспроводная зарядка в транспортных средствах

В июле Dell выпустила ноутбук Latitude с резонансной беспроводной зарядкой от WiTricity, компании из Уотертауна, штат Массачусетс, которая лицензирует технологию, первоначально разработанную в Массачусетском технологическом институте (MIT). Беспроводное зарядное устройство Dell обеспечивает мощность зарядки до 30 Вт, поэтому ноутбук Latitude будет заряжаться с той же скоростью, что и при подключении к сетевой розетке.

WiTricity

Новый ноутбук Dell Latitude 7285 2-в-1 и подставка для беспроводной зарядки.

Но основное внимание WiTricity уделяет автомобильной промышленности. По словам генерального директора WiTricity Алекса Грузена, компания, входящая в альянс AirFuel, ожидает, что ряд производителей электромобилей объявят о беспроводной зарядке своих автомобилей.

Электромагнитно-резонансная технология компании позволяет передавать энергию на расстояние до девяти дюймов от зарядной площадки. Это позволит заряжать электромобили, просто припарковав их на большой зарядной площадке.

Например, Mercedes-Benz в этом году выпустит подключаемые гибридные седаны S550e с возможностью использования технологии WiTricity; S550e можно просто припарковать над площадкой, и они начнут заряжаться еще эффективнее, чем если бы они были подключены к сети.

Консорциум беспроводной связи

Почти 50 моделей автомобилей теперь предлагают беспроводную зарядку на основе Qi в салоне.

Приложение для электромобилей специально разработано для электромагнитно-резонансной зарядки, сказал Кеслер. Это связано с тем, что транспортному средству не нужен зарядный кабель, а беспроводная зарядная панель подает электричество более эффективно, чем кабель. (Проводные системы зарядки используют электронику для преобразования переменного тока в постоянный и регулирования потока энергии, что снижает эффективность примерно до 86%, сказал Кеслер.)

«Наша беспроводная зарядка может быть эффективной на 93% от начала до конца — от стены до того, что доставляется к аккумулятору», — сказал Кеслер.

Беспроводная зарядка на расстоянии

В этом месяце Apple удивила некоторых отраслевых наблюдателей, купив PowerByProxi, новозеландскую компанию, разрабатывающую технологию резонансной зарядки со слабой связью, которая также основана на спецификации Qi.

PowerbyProxi была основана в 2007 году предпринимателем Фади Мишрики как дочерняя компания Оклендского университета.PowerByProxi продемонстрировала зарядные коробки и чаши, в которые можно поместить и заряжать несколько устройств одновременно.

Компания из Окленда начала продавать крупномасштабные системы для строительства, телекоммуникаций, обороны и сельского хозяйства. Одним из таких продуктов является беспроводная система управления ветряными турбинами.

PowerByProxi, член Руководящего комитета WPC, также уменьшила свою технологию и поместила ее в перезаряжаемые батареи типа AA, избавив от необходимости встраивать технологию непосредственно в устройства.Беспроводная технология занимает около 10% высоты батареи AA.

Apple может использовать технологию PowerByProxi, чтобы расширить область применения беспроводной зарядки не только для смартфонов, используя ее, например, для зарядки пультов дистанционного управления телевизором, компьютерной периферии или любого количества устройств, для которых требуются батареи.

В то время как наиболее заметное использование технологии беспроводной зарядки было в подставках для зарядки мобильных устройств, технология также проникает во все, от складских роботов до крошечных устройств IoT, которые в противном случае должны были бы подключаться или питаться от сменных батарей.

Создайте собственное индукционное зарядное устройство


Как заядлый любитель, я хотел бы иметь удобный способ подзарядки моих проектов с батарейным питанием без необходимости связывать порты USB на моем компьютере. Заимствуя концепцию беспроводных зарядных устройств на рынке, я решил создать свою собственную. Так что, если вам нравится идея беспроводной замены вашего USB-порта, откройте ящик с излишками деталей и давайте начнем процесс индукции.

Как работает индуктивная связь?

Википедия определяет Resonant Inductive Couplin g как «беспроводную передачу энергии в ближнем поле между двумя катушками, настроенными на резонанс на одной частоте».

Формула для расчета резонансной частоты:

ƒ r = 1/(2*pi*√(LC))

Вы можете использовать измеритель для определения индуктивности, но не для распределенной емкости, которая накапливается между обмотками. Вы можете использовать следующую формулу для определения собственной емкости или межобмоточной емкости :

С = .3/ л ) ]

Где
C = собственная емкость в пикофарадах
R = радиус катушки в дюймах
L = длина катушки в дюймах

Катушка-прототип для этого проекта была намотана с использованием лишнего провода, оставшегося от предыдущего проекта. Размер катушки был основан на размере, который характерен для большинства моих проектов среднего размера. Катушка представляла собой плоскую однослойную спиральную катушку, созданную из эмалированной магнитной проволоки 26 AWG, которая имела внутренний диаметр 1 дюйм и внешний диаметр 2 дюйма.5”.

Катушка была намотана 44 витками и имела индуктивность 152 мкГн при паразитной емкости 1 мкФ. Используя только что приведенную формулу резонансной частоты, я обнаружил, что катушка будет резонировать на частоте 12,9 кГц. Если вы хотите использовать собственную конструкцию катушки, вам нужно будет найти для нее резонансную частоту.

Существуют онлайн-сайты, которые служат калькуляторами, которые могут значительно облегчить работу; есть один такой калькулятор, расположенный по адресу www.1728.org/resfreq.htm , который может вычислить частоту, емкость или индуктивность, если у вас есть две из трех переменных.Вы можете начать с катушек, используемых в этом проекте, прежде чем пытаться использовать катушки собственной конструкции.

Система беспроводной зарядки должна содержать следующие элементы схемы:

  • Генератор любого типа, способный воспроизводить резонансную частоту.
  • Мощный транзистор, служащий усилителем для управления первичной катушкой.
  • Набор катушек, которые служат первичным передатчиком и вторичным для приемника.
  • Двухполупериодный выпрямитель для преобразования входящего переменного тока в постоянный.
  • Регулятор напряжения для создания полезного напряжения для зарядки разряженных аккумуляторов.
  • Схема для управления процессом зарядки литий-ионных или никель-металлогидридных аккумуляторов.

Схема, показанная в Рис. 1 , представляет собой пример системы с контрольными точками для устранения возможных проблем, а также размещение счетчика, необходимое для расчета энергоэффективности.

РИСУНОК 1. Схема индуктивного зарядного устройства с контрольными точками.


Строительство цепи

Прежде чем вы сможете полностью проверить работу цепей передатчика и приемника, вам нужно будет собрать набор катушек.

Создание катушек

Если вы собираетесь создавать собственные катушки, попробуйте поэкспериментировать с проводами разного диаметра, геометрией и размерами катушек. Ниже приводится описание метода проектирования катушки, который является кульминацией и квинтэссенцией многих лун усилий по применению одного метода.

Конструкция катушки может быть самой сложной частью этого проекта. Предлагаемые катушки для этого проекта представляют собой плоские блинчики, напоминающие старую первичную катушку Теслы. Их практически невозможно изготовить без специальной техники. Я испробовал множество способов создания этих катушек; метод, который я здесь обсуждаю, обеспечивает наиболее последовательные результаты.

Вам понадобится два акриловых блока на катушку. Блоки должны быть такой толщины, чтобы их было трудно деформировать.Я считаю, что акрил толщиной около 1/4 дюйма довольно жесткий при нагрузке. Вы можете найти сборные блоки в большинстве хорошо укомплектованных магазинов для рукоделия; они обычно используются для изготовления штамповочных инструментов. Я нашел те, которые использовал в магазине Michaels craft Supply, но их можно заказать в разных местах в Интернете.

Единственная проблема со сборными блоками — отсутствие разнообразия размеров. Блоки, которые я использовал, имеют квадратную форму 2,5 дюйма, что прекрасно работает, учитывая размеры схем, которые я хотел бы сделать перезаряжаемыми без проводов.Для катушки передатчика и приемника вам потребуются два набора конфигураций блоков, показанных на рис. 2 .

РИСУНОК 2. Намоточные приспособления для катушек передатчика и приемника.


Вырежьте диск диаметром 1 дюйм из любого майларового материала. Толщина диска должна быть такой же толщины, как и ваша проволока. У меня был эмалированный магнитный провод 26 AWG из предыдущего проекта, но подойдет любой провод (в разумных пределах). Просверлите отверстие диаметром 3/16 дюйма в центре двух акриловых блоков и в центре майларового диска диаметром 1 дюйм.Чтобы сделать U-образные вырезы, просверлите отверстие диаметром 1/4 дюйма, охватывающее часть диска диаметром 1 дюйм, как показано на рисунке. С помощью отрезного круга дремель или ножовки обрежьте блок от краев до отверстия 1/4 дюйма, чтобы он соответствовал форме Рисунок 2 .

Используя крепежный винт, убедитесь, что детали можно собрать (снова см. Рисунок 2 ). Вставьте один конец провода, как показано, оставив примерно 6 дюймов, и намотайте катушку, как показано на рисунке 3 ; сохраняйте небольшое натяжение проволоки при намотке.

РИСУНОК 3. Намотка катушки передатчика.


Наматывайте катушку, пока она не достигнет края блока. Обрежьте проволоку, оставив шесть дюймов на этом конце. Прикрепите конец провода к одному из блоков, чтобы катушка не разматывалась. С помощью небольшой кисточки или зубочистки нанесите вазелин на пересечение вырезов в пластиковом блоке с катушкой, как показано на Рисунок 4 .

РИСУНОК 4. Нанесение клея на готовую замораживанием конструкцию катушки.


Нанесите суперклей между краями U-образных вырезов с помощью кисточки для нанесения клея, также показанной на рис. 4 . Вазелин предотвратит прилипание клея к краям вырезов пластиковых блоков.

Когда клей высохнет, разберите приспособление, и у вас останется катушка, приклеенная к блоку. Это будет служить катушкой передатчика в зарядной базе.

Приемная катушка изготавливается почти так же, за исключением того, что вы будете использовать вырезанные акриловые блоки сверху и снизу, как показано на рис. 5 .Смажьте вазелином все четыре точки пересечения катушки с акриловым блоком и приклейте катушку так же, как катушку передатчика. После высыхания разберите приспособление, как показано на Рисунок 5 , и у вас останется только плоская блинная катушка. Оставьте диск в центре катушки.

РИСУНОК 5. Способ создания приемной катушки.


Возможно, вы захотите приклеить больше площади катушки после ее отделения, чтобы сделать ее более стабильной. Эта катушка будет установлена ​​на плате приемника вместе с выпрямляющими частями и электроникой, регулирующей напряжение.

Когда закончите, у вас должна получиться катушка передатчика, приклеенная к верхней части одного из ваших акриловых блоков (см. Рисунок 6 ). Катушку приемника не следует прикреплять ни к одному из акриловых блоков, а майларовый диск диаметром 1 дюйм должен оставаться в центре катушки для облегчения монтажа на плату приемника. Обе катушки должны измерять сопротивление примерно в один Ом.

РИСУНОК 6. Свежеобмотанные катушки передатчика и приемника.


После того, как вы закончите с катушками, мы начнем с разделения схемы ( Рисунок 1 ) на конструкцию отдельных цепей передатчика и приемника. Я рекомендую создавать обе схемы на отдельных макетных платах, прежде чем передавать ваш проект на окончательную печатную плату.

Создание схемы передатчика

Для передатчика требуется источник питания 12 В, способный выдавать один ампер. PICAXE работает от 2,4 В до 5 В, и для создания напряжения в этом диапазоне потребуется регулятор напряжения.Используйте стабилизатор на 3,3 В или 5 В, например LM2950 или LM7805. В качестве генератора резонансной частоты используется микроконтроллер PICAXE 08M2. Выход 08M2 подается на затвор силового МОП-транзистора, который управляет катушкой непосредственно со своего стока. Снабберный конденсатор со стороны стока МОП-транзистора на землю включен для предотвращения повреждения МОП-транзистора от индуктивной отдачи во время переходов при выключении. Обратная ЭДС может быть довольно значительной (в 10 раз больше входного напряжения) даже при использовании трансформаторов с воздушным сердечником.

Лучшим конденсатором здесь является конденсатор класса MKP, который часто используется при генерации сильноточных импульсов, но металлизированный пленочный конденсатор (MPF) с более высоким напряжением будет достаточным. Амперметр должен быть размещен, как показано на схеме, для измерения входного тока, потребляемого схемой, для расчета эффективности.

PICAXE необходимо запрограммировать для генерации резонансной частоты. Для этого добавьте на макетную плату два резистора, как показано на рис. 1 .Подключите кабель программирования к аудиоразъему и загрузите следующие строки кода для генерации выходного сигнала 12 кГц с рабочим циклом 50 %:

ОСНОВНОЙ КОД ДЛЯ СОЗДАНИЯ 12 кГц

setfreq m8             ‘REM устанавливает рабочую скорость на 8 МГц
do                     ‘REM начало цикла
pauseus 1200           ‘REM создает паузу длительностью 1200 мкс
pwmout c.2, 153, 308   ‘REM генерирует выходной сигнал частотой 12 кГц
‘@ 50% рабочий цикл
pauseus 1200           ‘REM создает паузу длительностью 1200 мкс
цикл                   ‘REM Конец цикла

Код для получения любой частоты с заданным рабочим циклом может быть сгенерирован с помощью мастера компилятора pwmout и вызывается из меню программы.В схеме прототипа я поместил светодиод «PWR ON» сбоку платформы с акриловой катушкой 1/4 дюйма. Это создает интересный эффект, когда схема включена.

Создание схемы приемника

После подачи энергии на вторичную обмотку выпрямитель преобразует входящий переменный ток в постоянный. Выходное напряжение может не соответствовать нормальному коэффициенту трансформации и быть выше входного напряжения. Это происходит из-за звона на исходящей волне, которая затухает на вторичной обмотке, вызывая рост напряжения.Это не проблема, если только оно не превышает входной предел 35 В большинства регуляторов.

Между выводами вторичной обмотки следует установить снабберный конденсатор емкостью 0,1 мкФ для блокировки индуктивной отдачи. Смело используйте в конструкции либо дискретные диоды, либо корпусный мостовой выпрямитель. Убедитесь, что реализуемые вами устройства выдерживают ток в один ампер при напряжении 50В. Выход постоянного тока регулируется до 5 В с помощью LDO-регулятора, такого как LM78L05. Очень важно использовать регулятор версии LDO для обеспечения источника постоянного тока и постоянного напряжения, как на выходе USB.

Для измерения выходной мощности приемной цепи поместите резистивное короткое замыкание на регулируемый выход 5 В, который можно включить с помощью ползункового переключателя SPST, как показано на рис. 1 . С помощью мультиметра измерьте падение напряжения на резисторе. Используя закон Ома, вы можете рассчитать выходную мощность по формуле I = E / R. Используйте значение сопротивления с основанием 10, чтобы упростить расчеты. Обязательно используйте резистор подходящей мощности для фиктивной нагрузки. Для создания значений тока, близких к одному амперу, вам понадобится резистор мощностью 5 Вт.

Проверка вашей схемы

При макетировании определенных силовых транзисторов может потребоваться присоединение проводов меньшего диаметра к выводам для подключения к макетной плате. Вам также понадобится способ перехватить провод (+) от вашего источника питания, чтобы подключить амперметр.

Подключите катушки к макетной плате и прикрепите счетчики, как показано на рис. 1 . Поместите катушку приемника поверх катушки передатчика, разделив их одним из акриловых блоков, чтобы он действовал как изолятор.Подайте питание на цепь передатчика и запишите показания обоих счетчиков. Замкните SW1, чтобы закоротить фиктивную нагрузку на выходе регулятора.

Вы должны заметить увеличение значения входного тока из-за отражения короткого замыкания обратно на первичную обмотку. Возможно, вам придется охладить силовой транзистор. Если на резонансе становится чрезмерно жарко, нужно проверить свою работу. Сначала попробуйте рекомендации, приведенные в разделе «Устранение неполадок».

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ
FDH055N15A — N-Channel Power Trench MOSFET 150 В, 167 А, 5.9 мВт
ДИАМЕТР КАТУШКИ = 2,5 | АПЕРАТУРА = 1” | РАЗНОС = 0,25 дюйма
ЧАСТОТА = 12,9 кГц РАБОЧИЙ ЦИКЛ = 50 %
Входное напряжение = 12 В Выходное напряжение 5,06 В (31 В нерегулируемое)
Падение напряжения на короткозамкнутой нагрузке 10 Ом = 0,710 В (I = E / R) 710 мА
Вход = 900 мА   Выход = 710 мА   Эффективность = 710 мА / 900 мА * 100 = 78%

Добавить ресивер для подзарядки в свои проекты очень просто. Ниже приведен пример проекта с питанием от батареи, который я переоборудовал для беспроводной зарядки.Я взял существующий проект, представляющий собой игру Pong со светодиодной матрицей 8 x 8, которая питается от источника литий-полимерного аккумулятора. Игра имеет размер 3” x 2” с батарейным питанием на обратной стороне платы. Я установил катушку приемника на доске того же размера, что и игра, оставив достаточно места для электроники в приемнике.

Я хотел, чтобы плата приемника была как можно тоньше, чтобы не добавлять глубины существующему проекту. Рисунок 7 — это фотография зарядного приемника, прикрепленного к этому проекту, который я хочу заряжать без проводов.

РИСУНОК 7. Зарядка устройства на базе передатчика.


Вся плата приемника увеличивает глубину проекта всего на 1/4 дюйма. Диспетчер заряда батареи с одной микросхемой, показанный на рис. 8 , подключен к выходу стабилизатора 5 В. Для этого чипа (производства Maxim Integrated) требуется всего несколько внешних компонентов, и он будет управлять зарядкой одноячеечной литиевой батареи. MAX1811 имеет светодиод, который показывает, когда зарядка завершена.

РИСУНОК 8. MAX1811 Менеджер зарядки литий-ионных аккумуляторов.


Номинальный срок службы этого устройства составляет около 400 зарядок. Я даже использую его для зарядки своих суперконденсаторов.

Поиск и устранение неисправностей

Эта схема намеренно спроектирована так, чтобы быть простой, поэтому устранение неполадок должно быть соответственно простым. Ниже приведены напряжения, которые должны присутствовать в различных контрольных точках, показанных на схеме из Рисунок 1 .

  1. В КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКЕ B должно быть 5 В (если не 5 В, проверьте напряжение питания 12 В).
  2. В ТЕСТ ТОЧКЕ A должно быть приблизительно 2,5 В (проверьте источник питания 08M2 или код).
  3. В КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКЕ C должно быть не менее 6 В (проверьте выпрямитель или переменный ток на катушке). Проверьте регулятор, подключив питание 12 В к входной клемме.
  4. В КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКЕ D должно быть 5 В (проверьте соединения регулятора).
  5. В ТОЧКЕ ПРОВЕРКИ E должно быть напряжение 12 В переменного тока или больше (проверьте подключение катушки, если точки проверки в листингах 1 и 2 в порядке).
  6. Значение переменного тока должно быть в ТЕСТОВОЙ ТОЧКЕ F (проверьте соединение вторичной обмотки, если контрольная точка в листинге 5 в порядке).

Возможные улучшения

Вам нужно придумать способ определить, что на зарядную базу был помещен какой-либо предмет, чтобы передатчик не работал постоянно. Самый изящный способ сделать это — спроектировать схему измерения тока, которая срабатывает при подаче нагрузки.

В настоящее время я использую встроенные ИК-команды с 08M2 и использую ИК-схему в качестве системы обнаружения приближения.

При использовании 08M2 в приемнике может потребоваться двусторонняя связь между передатчиком и приемником. Вы также можете сделать большую площадь зарядной поверхности.

Простым способом добиться этого было бы подключение катушек передатчика параллельно. Если вы делаете печатные платы, вы можете создать вытравленную катушку для приемника, которую можно масштабировать в соответствии с приложением.

При использовании компонентов для поверхностного монтажа приемник может занимать площадь, близкую к размеру кредитной карты.

Заключение

Независимо от того, строите ли вы этот проект только для изучения индукции или действительно применяете его для подзарядки, он гарантированно будет сложным как для начинающих строителей, так и для опытных. НВ


Список деталей

ПУНКТ КОЛ-ВО ОПИСАНИЕ ИСТОЧНИК/ДЕТАЛИ №
Все устройства для поверхностного монтажа имеют номер 805. Все номера деталей указаны с цифровым ключом, если не указано иное.
Q2 1 FDH055N15A N-Ch FET (любой) ФДХ055Н15А-НД
J1 1 Аудиоразъем 1/8 дюйма (любой) 2168131
Р1 1 Резистор 22 кОм 1/4 Вт КФ14ДЖТ22К0КТ-НД
Р2 1 Резистор 10 кОм 1/4 Вт S10KQCT-ND
Р3 1 Резистор 220 Ом 1/4 Вт КФ14ДЖТ220РКТ-НД
Р4 1 Резистор 330 Ом 1/4 Вт А105936КТ-НД
РДЛ 1 10 Ом 5 ​​Вт АЛСР5ДЖ-10-НД
С1 1 0.Снабберный конденсатор MPF 1 мкФ ЭФ2105-НД
С3, С6 2 Байпасный конденсатор 0,1 мкФ 1493-3401-НД
С2, 5, 7, 8 3 10 мкФ Электролитический 50 В P997-НД
С4 1 Майларовый демпфирующий конденсатор 0,1 мкФ 495-2435-НД
D1 1 Зеленый светодиод 3 мм 751-1101-НД
BR1 1 Мостовой выпрямитель ДФ005М-Э3/45ГИ-НД
ВР1, 2 2 Регулятор LM78L05 или LM2940-N ЛМ2940Т-5.0-НД
SW1 1 Ползунковый переключатель SPST СКН9924-НД
Л1, Л2 1 Вспомогательный магнитный провод RadioShack # 278-1345
IC1 1 08M2 ПИКАКСИ Микро SparkFun COM-10803
Дополнительные детали
ИК2 1 Batt Manager (см. текст) МАКС1811ЭСА+-НД
Д2 1 Зеленый светодиод 3 мм 751-1101-НД
Р8 1 Резистор 220 Ом 1/4 Вт КФ14ДЖТ220РКТ-НД
Печатная плата 1 4.3 x 6,8-дюймовая макетная плата поколения Jameco # 206587

РАЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Четыре акриловых блока 2,5″ x 2,5″ x 1/4″ из магазина товаров для рукоделия.
Резьбовые стойки для сборки базы передатчика (RadioShack).
Суперклей с аппликатором-кистью.
Вазелин

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ КОНТРОЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ВОМ со шкалой 10 А
Осциллограф (дополнительно)


Введение в беспроводную зарядку аккумуляторов

Беспроводная зарядка позволяет отказаться от кабеля, который обычно требуется для зарядки мобильных телефонов, беспроводных устройств и т. д.С помощью беспроводного зарядного устройства аккумулятор внутри любого устройства с батарейным питанием можно зарядить, просто поместив устройство рядом с беспроводным передатчиком мощности или специальной зарядной станцией. В результате корпус прибора можно сделать полностью герметичным, даже водонепроницаемым. Помимо присущего удобства, беспроводная зарядка также может значительно повысить надежность, поскольку разъем для зарядки на боковой стороне устройства может быть легко поврежден механически или просто кем-то, кто случайно подключил не тот адаптер.В основе беспроводной зарядки лежит хорошо известный закон Фарадея о наведенном напряжении, обычно используемый в двигателях и трансформаторах.

Применение беспроводной зарядки аккумуляторов

  • Смартфоны, портативные медиаплееры, цифровые камеры, планшеты и носимые устройства: Потребители требуют простых в использовании решений, большей свободы позиционирования и более короткого времени зарядки. Для этих приложений обычно требуется мощность от 2 до 15 Вт. Предпочтение отдается совместимости с несколькими стандартами.Беспроводная зарядка может сосуществовать с NFC (коммуникация ближнего поля) и Bluetooth, что позволяет создавать очень креативные решения. Например, сопряженные телефоны могут заряжать друг друга, если их поставить спиной к спине, после того как они договорятся о соответствующем хосте и клиенте.
     
  • Аксессуары: Гарнитуры, беспроводные динамики, мыши, клавиатуры и многие другие устройства могут использовать беспроводную передачу энергии. Подключение зарядных кабелей к крошечным разъемам постоянно сжимающихся устройств является препятствием для надежной конструкции.Например, Bluetooth-гарнитуры должны быть защищены от пота, чтобы выжить в тренажерном зале. Только беспроводная зарядка может дать такую ​​возможность.
     
  • Зарядный терминал общего доступа: Размещение зарядных панелей (передатчиков) в открытом доступе требует, чтобы системы были безопасными и надежными. Но интеллектуальные системы зарядки могут выходить далеко за рамки автономных решений для зарядки. При желании они могут обеспечить быстрое подключение к сети и создать оплачиваемые зарядные станции. Многие кофейни, киоски в аэропортах и ​​отели поддерживают эти сценарии.Производители мебели также встраивают незаметные беспроводные передатчики энергии в свои торцевые и боковые столики.
     
  • Компьютерные системы: Ноутбуки, портативные компьютеры, ультракниги и планшетные ПК — все кандидаты на беспроводную зарядку в качестве хостов или клиентов. Возможности безграничны.
     
  • Автомобильное применение в салоне: Беспроводное зарядное устройство идеально подходит для зарядки мобильных телефонов и брелоков, размещая их либо на приборной панели, либо на центральной консоли автомобиля, без неудобных проводов, идущих к гнезду прикуривателя.Более того, поскольку Bluetooth и Wi-Fi требуют аутентификации для подключения телефонов к автомобильной электронике, сочетание NFC с беспроводной зарядкой может позволить пользователю не только заряжать телефон, но и автоматически подключать его к автомобильным сетям Wi-Fi и Bluetooth, не проходя через любой конкретный процесс установки.
     
  • Электромобили: Умные зарядные станции для электромобилей (электромобилей) также появляются, но требуют гораздо большей мощности. Стандарты находятся в стадии разработки.
     
  • Разное: Беспроводные зарядные устройства проникают во все, что содержит батарею. Сюда входят игровые и телевизионные пульты, беспроводные электроинструменты, беспроводные пылесосы, дозаторы мыла, слуховые аппараты и даже кардиостимуляторы. Беспроводные зарядные устройства также способны заряжать суперконденсаторы (суперконденсаторы) или любые устройства, которые традиционно питаются от низковольтного силового кабеля.
     

Стандарты беспроводной зарядки для беспроводной передачи энергии

За последние несколько лет появилось три основных конкурирующих стандарта беспроводной зарядки, включая Qi, PMA и Airfuel TM , как описано ниже.Все три по существу основаны на законе Фарадея о наведенном напряжении и используют катушки индуктивности для беспроводной передачи энергии, но предназначены для работы на разных частотах с разными схемами управления. Таким образом, каждый стандарт беспроводной мощности предлагает уникальные технологические преимущества с различными уровнями отраслевой поддержки и доли рынка.

В традиционной китайской культуре Ци (произносится как «чи») часто переводится как «природная энергия», «жизненная сила» или «энергетический поток». Это также название отраслевого стандарта, созданного консорциумом Wireless Power Consortium (WPC).Qi в настоящее время поддерживает беспроводную передачу мощности до 5 Вт на расстояние до 5 мм, но быстро расширяется для передачи до 15 Вт, а затем до 120 Вт на гораздо большие расстояния.

Основной целью создания любого отраслевого стандарта является совместимость. Например, любой приемник с логотипом Qi можно разместить на любой панели передатчика с логотипом Qi. Возможно, даже на планшете, основанном на другом стандарте, при условии, что чип беспроводного приемника поддерживает совместимость с несколькими стандартами.Скоро в дальних поездках больше не будет необходимости носить фирменные зарядные устройства.

В то время как стандарт Qi работает примерно в диапазоне частот 100–200 кГц, стандарт PMA (Power Matters Alliance) обеспечивает мощность до 5 Вт на почти вдвое большей частоте. Стандарты PMA и Qi на самом деле очень похожи, поскольку основаны на принципах «магнитной индукции» («MI»). Они используют довольно разные методы связи между беспроводным приемником энергии и передатчиком.

Недавно PMA достигла соглашения с A4WP о создании объединенного стандарта (теперь Airfuel Alliance).Это основано на немного другом принципе, называемом «MR», что означает магнитный резонанс. Ранние версии стандарта допускали подачу мощности 3,5 Вт и 6,5 Вт, но недавно она была увеличена до 50 Вт. Хотя MR также основан на основном законе индукции, он состоит из гораздо более слабо связанного, но более точно настроенного приемника. и катушки передатчика с очень высокой добротностью, чтобы обеспечить резонансную передачу на частоте около 7 МГц. Таким образом, Airfuel предлагает большую пространственную гибкость в отношении физического размещения передатчика и приемника.

Основные компоненты беспроводной системы зарядки аккумуляторов

  1. Беспроводной зарядный передатчик питается от входной шины постоянного тока от 5 В до 19 В, обычно получаемой от порта USB или адаптера переменного/постоянного тока.
     
  2. Мост на переключаемых транзисторах с двумя или четырьмя полевыми транзисторами приводит в действие катушку и последовательный конденсатор. Резонансная частота задается внутри с помощью последовательно включенного конденсатора.
     
  3. Передатчик имеет катушку для передачи энергии за счет электромагнитной индукции.Некоторые передатчики поддерживают массивы с несколькими катушками, управляемые отдельными мостами, которые автоматически выбираются для подачи наибольшей связанной мощности в беспроводной приемник энергии.
     
  4. Наведенная мощность подается на беспроводной приемник энергии, который имеет аналогичную катушку для сбора поступающей энергии.
     
  5. Приемник выпрямляет питание с помощью диодных выпрямителей, обычно изготовленных из полевых транзисторов для повышения эффективности. Он также фильтрует мощность с помощью керамических выходных конденсаторов, а затем подает ее на аккумулятор, который необходимо зарядить, либо через линейный каскад, либо через импульсный регулятор.
     
  6. Аккумулятор внутри портативного устройства получает питание и заряжается. Приемник может дать команду передатчику отрегулировать зарядный ток или напряжение, а также полностью прекратить передачу мощности, когда указан конец заряда.
     

Основные вопросы проектирования

Беспроводное электричество, безусловно, является сложной областью, и именно в этом Renesas преуспевает. При интеграции системы беспроводной зарядки в устройство необходимо сначала решить, какой стандарт беспроводной связи наиболее подходит для приложения.В некоторых случаях Renesas предлагает двухрежимные решения для обеспечения максимальной совместимости и удобства.

Выбор катушки определяется стандартами. Все основные поставщики магнитных катушек предоставляют одни и те же стандартные катушки (согласно определению). Затем инженер обычно выбирает катушки в зависимости от применения, в зависимости от входного постоянного напряжения и выходных требований. Тем не менее, подходящая геометрия и тип катушки обычно точно такие же, как и в оценочном наборе конкретного приемника или передатчика.

Обычно внутри приемника требуется всего несколько миллиметров пространства для размещения катушки и соответствующей электроники. Некоторое экранирование может быть необходимо для предотвращения шума и электромагнитных помех внутри устройства. Датчик уровня топлива обычно не встроен в беспроводные зарядные устройства, поэтому эта функция может нуждаться в отдельной поддержке

Еще одно соображение при интеграции заключается в том, что питание не может передаваться через металлический корпус, поскольку металл эффективно экранирует приемник от передатчика.Поэтому разработчику систем необходимо иметь относительно плоский пластиковый интерфейс на корпусе приемника, чтобы катушки беспроводной зарядки были обращены друг к другу. Кроме того, пластиковая стенка не может быть толще пары миллиметров, так как это также может повлиять на передачу энергии.

Наконец, некоторые инженеры осознают необходимость точного обнаружения постороннего металлического предмета, если он присутствует на пути передачи энергии, чтобы избежать перегрева. Чтобы удовлетворить эту потребность, все решения Renesas оснащены надежной схемой обнаружения и контроля посторонних предметов, что делает решения совместимыми со всеми основными правилами техники безопасности.

Renesas — лидер отрасли в области беспроводных зарядных устройств

Компания Renesas заняла лидирующие позиции в области беспроводной зарядки благодаря сотрудничеству с тремя ключевыми группами стандартов — WPC, PMA и Alliance for Wireless Power. Эти отношения позволяют компании тесно сотрудничать с другими ведущими новаторами для разработки решений, решающих проблемы беспроводной подачи энергии.

В результате Renesas предлагает ряд совместимых с WPC, PMA и WPC/PMA (двухрежимных) микросхем беспроводных приемников энергии.Двухрежимные приемники компании обеспечивают мощность 5 Вт при напряжении 5 В либо с понижающим импульсным регулятором постоянного тока, либо со следящим LDO (стабилизатором с малым падением напряжения).

Renesas также предлагает несколько преобразователей, совместимых с WPC, с различными требованиями к входному напряжению от 19 В до 12 В или работающими от адаптера 5 В или портов USB 2 А. Все продукты для беспроводной зарядки поддерживаются мощными программными инструментами и руководствами по проектированию, помогающими в процессе проектирования.

Узнайте больше о решениях Renesas Wireless Power Solutions

Беспроводная зарядка — подвал

Электрическое Поле Мечты

Концепция беспроводной зарядки восходит к Николе Тесле.Здесь Джефф исследует основы и принципы современной зарядки устройств без проводов, а также знакомится с технологией.

Никола Тесла является признанным изобретателем бесщеточного асинхронного двигателя переменного тока, радио, люминесцентного освещения, системы зажигания конденсаторного разряда для автомобильных двигателей и многого другого. Его мощность переменного тока (вместе с Вестингаузом) превзошла мощность постоянного тока Томаса Эдисона в заявке на электрификацию Америки. Передача постоянного тока ограничена милями из-за его относительно низкого напряжения, и его линия передачи проигрывает.Благодаря появлению трансформатора можно манипулировать переменным током, обеспечивая более высокое напряжение и более эффективную передачу энергии. Сегодняшние исследования в области сверхпроводящего кабеля могут поставить под сомнение эти концепции, но об этом в другой раз.

Тесла хотел предложить метод передачи электроэнергии без проводов. Объект Wardenclyffe Tower на проливе Лонг-Айленд должен был использоваться как для радиовещания, так и для передачи беспроводной энергии. Тесла даже считал свои исследования в области передачи энергии более важными, чем ее использование в качестве метода связи.К сожалению, Николе так и не удалось воплотить свое видение в жизнь.
Мы считаем Гульельмо Маркони отцом радио за его разработку закона Маркони и системы радиотелеграфа. Он смог получить патент на радио, используя некоторые из собственных идей Теслы. Интересно отметить, что после смерти Теслы в 1946 году Верховный суд США признал патент Маркони недействительным, поскольку Тесла предвосхитил фундаментальную радиосхему. Опять же, не направление этой статьи.
Вполне вероятно, что работа Николы по передаче энергии в дальней зоне не была плодотворной из-за потерь при распространении (закон обратных квадратов). Даже сегодняшние работы по формированию луча в дальней зоне весьма успешны. Трансформеры успешны, потому что они работают в ближнем поле. Непосредственная близость между первичной и вторичной катушками и хорошо спроектированный путь магнитной энергии приводят к низким потерям энергии в трансформаторах.

Современная беспроводная зарядка
Современные системы беспроводной зарядки для наших портативных устройств основаны на работе трансформатора.Тем не менее, первичная и вторичная катушки не находятся в физическом контакте, но все же передают энергию. В настоящее время существует две основные методологии: индуктивная (сильная) связь (ближнее поле) и резонансно-индуктивная (слабая) связь (среднее поле). Резонансный контур позволяет передавать эквивалентную мощность на несколько большее расстояние.

Рисунок 1
Устройство считается ближнепольным (тесно связанным), когда расстояние между катушками меньше диаметра катушек.Расстояние до устройства среднего поля превышает диаметр катушек и зависит от резонанса для улучшения передачи мощности.

Усилия в области беспроводной связи постоянно меняются, и по крайней мере три организации борются за свои позиции: Консорциум беспроводной связи (WPC, индукция), Alliance for Wireless Power (A4WP, резонанс) и Альянс Power Matters Alliance (PMA, индукция). Интересно, что после того, как WPC объявила о своих планах расширить свои спецификации, включив в них резонансные технологии, A4WP и PMA объединились в AirFuel Alliance и теперь охватывают обе технологии.

Помимо индукционного типа, самые большие различия между технологиями заключаются в управлении связью. Управление процессом зарядки требует связи между передатчиками и приемниками. Индукционная технология использует внутриполосную модуляцию радиочастотного сигнала для отправки и приема сообщений. Технология резонансной индукции использует Bluetooth для внеполосной связи. Это делает пару передатчик/приемник проще, но усложняет Bluetooth. Поскольку многие принимающие устройства уже имеют Bluetooth, это может быть спорным.

Стандарт Ци
WPC ввел термин Ци для своего стандарта. Если вы ищете в Интернете беспроводную зарядку, этот термин появляется повсюду. Это не означает, что стандарт AirFuel недоступен — похоже, это разница в рекламных стратегиях. AirFuel вложила средства в то, чтобы их приемники были встроены в устройства, а их передатчики были установлены в общественных местах. И хотя приемники Qi также входят в состав устройств, их передатчики, похоже, нацелены на человека.Это означает легкий доступ как к передатчикам, так и к приемникам Qi.
Спецификации версии 1.2.2 для стандарта Qi можно получить на веб-сайте WPC. Текущая версия (1.2.3) сейчас доступна только участникам, но вскоре должна стать общедоступной. Два документа, которые я получил, были «Эталонные проекты» и «Определения интерфейса» для спецификаций класса мощности 0.

Power Class 0 предназначен для беспроводной передачи до 5 Вт энергии за счет магнитной индукции. Это достигается путем подачи фиксированного радиочастотного сигнала — обычно в диапазоне 140 кГц — на индуктивную нагрузку (первичную обмотку трансформатора).Это очень похоже на обеспечение управления двигателем с использованием полумоста или полного моста с (передающей) катушкой в ​​качестве нагрузки вместо двигателя.
Возвращаясь к рисунку 1, в приемнике используется аналогичная катушка (вторичная обмотка трансформатора). Эта катушка обеспечивает схему выпрямления напряжением/током, необходимым для питания приемника. Приемник может изменять свою нагрузку, которая модулирует нагрузку на передающую катушку. В передатчике изменение тока первичной обмотки может указывать на то, что нагрузка вторичной обмотки находится в допустимом диапазоне.Первоначально передатчики остаются относительно неактивными, за исключением периодического «пинга» для поиска приемника. Обычный пинг происходит каждые
500 мс и длится около 70 мс (фото 1). Оказавшись в пределах досягаемости, приемник получает вторичный ток и может самостоятельно питаться. В течение последних 50 мс эхо-запроса приемник имеет возможность обмениваться данными, модулируя свою нагрузку на частоте 2 кГц (фото 2). В настоящее время есть 16 сообщений, которые он может выбрать для отправки.

Фото 1
На этом снимке экрана осциллографа показаны «пинговые» передачи беспроводного передатчика без приемника в радиусе действия.

Фото 2
Здесь мы видим, как приемник отправляет пакет, модулируя его нагрузку во время радиочастотной передачи передатчика.

Каждое сообщение состоит из четырех частей: преамбулы, заголовка, сообщения и контрольной суммы. Преамбула состоит из от 11 до 25 «1» битов пробуждения. Заголовок представляет собой 1-байтовое значение команды. Длина сообщения фиксирована для каждой команды, в настоящее время от 1 до 8 байт. Контрольная сумма представляет собой 1-байтовую сумму байтов заголовка и сообщения. Все байты в заголовке, сообщении и контрольной сумме имеют 11-битный асинхронный формат, состоящий из стартового бита (0), битов данных (например, команда, сначала младший бит), нечетного бита четности (OP) и стопового бита (1).Каждый бит передается с использованием двухфазного кодирования. Каждый бит начинается с изменения состояния синхронно с его тактовой частотой 2 кГц. Значение бита равно «0», если его логическое состояние не меняется в течение тактового периода 2 кГц. Если состояние изменяется в течение этого периода, то бит равен «1».

Приемник контролирует передатчик. Он инициирует связь для отправки информации и запроса передачи энергии. На фото 2 вы можете увидеть пакет ошибок управления с заголовком = 0x03 и данными = 0x00. Значение данных со знаком указывает на любую разницу между запрошенным и полученным текущим уровнем.

Пока приемник отвечает (ха!), передатчик может подтверждать запросы одним из трех ответов: ACK (принять), NAK (отклонить) или ND (недействительно). Ответы не имеют пакета как такового, а представляют собой просто модулированный шаблон с частотной манипуляцией (FSK), состоящий из 0 с, 1 с или чередующихся 0 с и 1 с. Приемник может запросить глубину модуляции FSK из списка вариантов от +/- 30 до 282 нс. Глубина определяется как разница в нс между 1/Fop (рабочая частота) и 1/Fmod (частота модуляции).Формат снова представляет собой двухфазное кодирование, синхронизированное с радиочастотой. Все биты начинаются с изменения частоты модуляции. Бит «1» обозначается изменением частоты после 256 циклов, в то время как бит «0» не изменяется до начала следующего битового времени. Таким образом, приемнику легко демодулировать ответы.

Итак, связь представляет собой обратное АМ-рассеяние от приемника и ЧМ на базе РЧ от передатчика. Настоящая спецификация определяет три пакета, которые могут быть отправлены передатчиком в дополнение к ACK, NAK и ND.Они носят информационный характер и форматируются так же, как пакеты получателя, за исключением преамбулы.

Управление системой
С точки зрения передатчика, он имеет 4 основных состояния: эхо-запрос, идентификация, передача питания и выбор. Передатчик бездействует, пока находится в состоянии ping. Без какой-либо связи с приемником передатчик никогда не будет делать ничего, кроме пинга. Как только связь начинается, приемник пытается идентифицировать себя и настроиться, после чего передатчик может начать передачу энергии.Передатчик продолжит отслеживать свою обратную связь и при необходимости изменит состояние. Например, если связь потеряна, он должен отменить состояние передачи питания и начать эхо-запрос. Способность обнаруживать посторонние предметы (FOD) требуется для любой системы, мощность которой может превышать 5 Вт. Этот параметр добавляет 3 дополнительных состояния к основным 4 состояниям: согласование, калибровка и повторное согласование. При использовании FOD состояние согласования требуется для завершения идентификации, настройки и калибровки.Калибровка позволяет передатчику точно настроить его способность к FOD. В состоянии передачи мощности приемник может захотеть настроить свою конфигурацию. Пока никакие запросы не нарушают рабочие параметры, состояние передачи мощности может продолжаться. В противном случае состояние выбора перенаправит дальнейшие действия. Вы можете увидеть, как это работает, на диаграмме состояний на рисунке 2.

Рисунок 2
Это общая диаграмма состояния стандарта Qi для беспроводных зарядных устройств. Обратите внимание на два потенциальных пути в зависимости от того, поддерживается ли обнаружение посторонних предметов (требуется для мощности более 5 Вт).

С точки зрения приемника он мог находиться в обесточенном (нерабочем) состоянии до входа в поле передатчика. Оказавшись в пределах досягаемости, короткого сигнала от передатчика достаточно, чтобы зарядить его емкостное питание и начать программирование приложения. Его первым делом является поиск легального пинга, чтобы он мог правильно рассчитать время своего первого запроса через 40 мс после начала пинга. Первый пакет представляет собой измерение мощности сигнала, некоторое указание передаваемой энергии. Этого достаточно для того, чтобы передатчик вошел в состояние идентификации и конфигурации, продлив свою синхронизацию РЧ и отыскав дополнительные пакеты от приемника.Теперь приемник должен идентифицировать себя — версию, производителя и принимает ли он расширения FOD. Пакет конфигурации будет передавать свои требования, а также дополнительные пакеты, которые он должен ожидать. Передатчик обрабатывает все эти данные и определяет, на основе способности приемника принимать расширения FOD, будет ли он переходить непосредственно в состояние передачи мощности или войдет в состояние согласования.

Пакеты должны иметь период молчания не менее 7 мс между каждым.Значения, отправленные в конфигурационном пакете, обозначают официальный договор о мощности между передатчиком и приемником. Когда приемник не принимает расширения FOD, передатчик будет соблюдать этот контракт, как только он войдет в состояние передачи мощности. Если расширения FOD включены, он переходит в состояние согласования, пытаясь изменить контракт и предоставить более высокую мощность. Ответ передатчика сообщает приемнику, когда запрос на изменение параметра приемлем. Таким образом, и приемник, и передатчик согласовывают контракт на мощность, который они будут использовать, когда переговоры будут закрыты.

После завершения переговоров выполняется вход в состояние калибровки. Калибровка состоит из нескольких пакетов, содержащих принятые значения мощности, измеренные приемником, когда он включает и отключает свою нагрузку (требования максимальной и минимальной мощности). Это дает передатчику некоторые реальные значения использования, чтобы он мог лучше определять FOD.
В состоянии передачи мощности (PT) приемник должен отправлять пакет ошибки управления каждые 250 мс, который передатчик использует для определения своих рабочих (PID) параметров.При этом полученные пакеты мощности отправляются каждые 1500 мс. Без этой обратной связи преобразователь выйдет из состояния PT. Другие пакеты также могут влиять на состояние PT, особенно пакет конечной мощности. Это может быть связано с полной зарядкой или другой проблемой безопасности, и передатчик выходит из состояния PT. В этот момент приемник может прекратить связь, и пока передатчик начнет пинговать, приемник может отдыхать на неопределенный срок.

Sense, Configure, Charge
Я обнаружил, что приемники Qi с разъемами micro USB позволяют легко добавить беспроводную зарядку к вашему телефону или планшету.Один из них помещается в моем телефоне Motorola с небольшим выступом разъема снаружи. Моему Amazon Fire не так повезло. Он должен был остаться снаружи (Фото 3).

Фото 3
Показанный слева Amazon Fire потребовал, чтобы я добавил приемник Qi снаружи. Она покрыта очень большим пластырем. Справа внутри моего телефона Motorola было место. Единственная подсказка — минимально навязчивый разъем micro USB ресивера.

Adafruit имеет в наличии модуль, который не имеет разъема и не заключен в оболочку (Фото 4).На этой фотографии видно, что для ресивера требуется очень мало внешних компонентов. Здесь используется Texas Instruments bq51013B, который стоит менее 4 долларов. Одним из преимуществ выбора этого устройства является версия без BGA, которая подходит для домашних мастеров, которые хотят вручную припаять устройство к печатной плате.

Фото 4
Вы можете видеть, как мало компонентов требуется для показанного здесь беспроводного приемника Adafruit Qi на беспроводном передатчике. Вольтметр показывает выходное напряжение 4,98 В.

Я предлагаю вам использовать многожильные гибкие провода при подключении к нему, потому что жесткий провод может вызвать чрезмерную нагрузку на гибкие схемы.Я хочу использовать этот беспроводной зарядный приемник для зарядки некоторых из моих роботов. Для этого робот должен проехать над передатчиком. Затем приемник перезаряжал бортовую батарею или батареи. Я решил использовать литий-ионные аккумуляторы, потому что они имеют высокое отношение мощности к весу. Они также имеют относительно плоскую кривую разряда. К сожалению, одной 3,7-вольтовой литий-ионной батареи недостаточно для питания большинства двигателей. Поэтому необходимо использовать несколько ячеек.

Когда несколько элементов соединены последовательно, зарядка становится проблемой, поскольку для предотвращения дисбаланса заряда элементы следует заряжать с помощью сбалансированного зарядного устройства.Зарядка ячеек последовательно как группа не может предотвратить чрезмерную/недостаточную зарядку отдельных ячеек. Это означает один из двух подходов: использовать одну ячейку и использовать повышающий преобразователь мощности для получения необходимого напряжения или использовать более сложное сбалансированное зарядное устройство с несколькими ячейками и повышающим преобразователем между беспроводным приемником и входом зарядного устройства.
Обдумав плюсы и минусы каждого метода, я решил использовать модульный подход, рассматривая каждую батарею как отдельный объект. Самой простой микросхемой зарядки, которую я смог найти, была STMicroelectronics STC4054.Это устройство TSOT23-5L (5-pin), которому требуется только один внешний компонент для установки скорости зарядки. Это важно, потому что некоторые зарядные устройства допускают очень высокие токи, и я буду распределять ток между всеми зарядными устройствами через один беспроводной приемник. Хотя они могут выдерживать 1 А, если я хочу сказать, заряжая четыре литий-ионных аккумулятора последовательно, мне нужно ограничить каждую цепь зарядки до 250 мА (250 X 4 = 1000), иначе я рискую перегрузить беспроводной приемник и все закроется.

STC4054 имеет зарядное напряжение 4.2 В, используя максимальный ток, который вы устанавливаете с помощью резистора, который вы выбираете на выводе PROG, на землю, используя следующую формулу:

переставляя получаем…

Минимальное напряжение VCC 4,25 В достаточно для поддержания полного цикла зарядки. Вот разбивка всего цикла зарядки: Если напряжение батареи ниже 2,9 В, она будет подзаряжаться на уровне 1/10 от IBAT. Как только оно достигает 2,9 В, он переходит в режим зарядки постоянным током на IBAT.Как только оно достигает 4,2 В, он переключается в режим постоянного напряжения, чтобы предотвратить перезарядку. Цикл заканчивается, когда ток падает ниже 1/10 от IBAT. Если напряжение батареи упадет ниже 4,05 В, начнется цикл зарядки для поддержания емкости батареи на уровне выше 80%.

STC4054 имеет тепловую защиту за счет снижения зарядного тока, если температура приближается к 120°C. Выводы корпуса являются основными проводниками тепла от кристалла, поэтому достаточное количество медных участков на печатной плате поможет с отводом тепла.Устройство будет работать при максимальном токе 800 мА, но рассчитано на 500 мА при 50°C. Можно рассчитывать на стабильность без дополнительной компенсации, если только у вас нет длинных проводов к аккумулятору. При необходимости к разъему BAT можно добавить конденсатор емкостью от 1 мкФ до 4,7 мкФ.

Вывод CHRG представляет собой выход с открытым коллектором, который можно контролировать, чтобы указать, когда микросхема находится в состоянии зарядки. Он потянет светодиод, если вы хотите визуальный индикатор состояния. Эта микросхема обойдется вам примерно в 1,50 доллара. Если на микросхему не подается напряжение, она перейдет в режим пониженного энергопотребления, потребляя от батареи всего 17 мкА.

Теперь эта схема обеспечивает зарядку одной батареи, и у нас может быть до четырех последовательно соединенных батарей. Проблема заключается в последовательной части, потому что только первая может иметь ссылку на землю. Поскольку беспроводной приемник рассчитан на выходное напряжение 5 В, его легко подключить к первой цепи зарядки. Мы могли бы попробовать пофантазировать с помощью повышающего преобразователя, чтобы получить выходное напряжение 20 В для питания четырех зарядных устройств с их последовательными входами, но с этим связана всякая плохая карма.К счастью, есть довольно недорогое решение: используйте изолированные модули преобразователя постоянного тока. Все входы преобразователя подключены параллельно к выходу беспроводных зарядных устройств. Каждый из выходов преобразователя может быть привязан к отдельной цепи зарядки. Так как выходы каждого из преобразователей изолированы от своих входов, нет привязки к земле (минус выхода беспроводного приемника). Это означает, что их можно использовать для зарядки аккумуляторов, соединенных последовательно.

Схема, представленная на рис. 3, представляет собой четыре схемы переключения, каждая из которых (потенциально) использует собственный изолированный преобразователь 5 В постоянного тока в 5 В постоянного тока.Они доступны в SIP-пакетах мощностью от 1 Вт до 3 Вт и стоят от 3 до 10 долларов каждый. Доступны модули с высоким током (более 3 Вт), но стиль упаковки меняется на DIP. Их входы параллельны разъему, предназначенному для подключения к приемнику беспроводной зарядки. Существует множество перемычек, используемых для выбора способа подключения выходов каждой схемы зарядки к выходным разъемам. Каждое зарядное устройство может заряжать один литий-ионный аккумулятор с помощью стандартного двухконтактного разъема 1S1P (один последовательный элемент, один параллельный элемент).Или вы можете соединить их последовательно, используя стандартные разъемы для 2S1P, 3S1P и 4S1P (последовательные ячейки).

Рисунок 3
На этой схеме показаны четыре схемы зарядки литий-ионных элементов с использованием STC4054. Вход для каждой ИС может поступать от дополнительного изолированного источника при использовании преобразователя постоянного тока от RECOM. Если каждая из зарядных цепей изолирована, их можно применять для отдельных литий-ионных аккумуляторов последовательно.

Обратите внимание, что многоэлементные литий-ионные аккумуляторы обычно поставляются с двумя разъемами — один для использования, а другой для зарядки.Разъем для зарядки содержит провод для каждого соединения батареи, чтобы обеспечить сбалансированную зарядку элементов (фото 5). Аккумуляторы со сбалансированной зарядкой обычно содержат разъем JST HX для зарядки. Силовые контакты — отдельная история. Они могут быть в стиле JST HSNG, разъемом Дина или другими специальными типами.

Фото 5
Кажется, существует некоторая стандартизация сбалансированных зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов. Им требуется общий плюс 1 провод для каждой ячейки, чтобы каждую ячейку можно было контролировать и заряжать независимо.Это означает, что любой аккумуляторный блок с более чем одной ячейкой требует отдельных разъемов для зарядки и разрядки.

Маленькие роботы и летучие мыши
Вы найдете множество небольших баз роботов, использующих батарейки АА с UNO или какой-либо другой микроплатформой в качестве контроллера. Нет ничего плохого в этих недорогих платформах для образовательных целей. Со свежим комплектом батарей у вас обычно будет предсказуемое поведение. Однако в довольно скором времени дела пойдут наперекосяк.Нагрузка двигателя начинает влиять на контроллер, когда напряжение батареи падает. Даже при 6 В, с регулятором с малым падением напряжения, работа контроллера и любых датчиков быстро станет непредсказуемой. Это может быть действительно разочаровывающим временем для новичка, так как он ищет в своем коде логическую ошибку, которая может привести к наблюдаемому неуместному действию, хотя на самом деле может быть ничего плохого!

Вы можете сэкономить много душевных страданий, если просто добавите дополнительную батарею (или две), чтобы поднять напряжение до 7.5 В или даже лучше 9 В. Я видел, как дети быстро теряли интерес или совсем сдавались просто потому, что не понимали, что происходит. Я нашел лучшее решение — заменить АА парой литий-ионных элементов типа 18650 на 3,7 В. Модель 18650 выглядит как батарея типа АА увеличенного размера и имеет аналогичные держатели для батарей (фото 6). Вы можете ожидать около 2000 мА-часов от элементов AA. Литий-ионные аккумуляторы 18650 содержат примерно в три раза больше энергии, и их можно извлечь и перезарядить за несколько часов. Здесь также можно использовать плоские литий-ионные аккумуляторы, но они не такие «универсальные», как одиночные аккумуляторы 18650.

Фото 6
Замена четырех элементов AA двумя литий-ионными элементами 18650 может избавить вас от головной боли, когда неожиданное поведение связано с разрядкой батареи. Элементы AA (4 x 1,5 В) не оставляют большого запаса при использовании стабилизатора на 5 В. Мало того, что кривая разряда относительно плоская для литий-ионных элементов (2 x 3,7 В), что предотвращает падение в регулировании, но и 18650 накапливает в 3 раза больше энергии.

Рекомендуется вынимать батареи из любого оборудования, которое не будет использоваться в течение длительного периода времени.Сегодня многие устройства, например, с функцией автоматического отключения, имеют паразитные цепи, которые продолжают потреблять мизерные токи, даже когда они «выключены». Они будут продолжать разряжать ваши батареи, пока они не станут непригодными для использования. Несмотря на то, что литий-ионные элементы имеют защитную схему, которая предотвращает их разрядку ниже безопасного уровня — примерно 2,75 В на элемент — эта внутренняя схема является паразитной и действует как крошечная нагрузка. В то время как саморазряд составляет всего несколько процентов в месяц, как только напряжение элемента падает ниже критического напряжения, эта схема может не позволить ему перезарядиться.Поэтому всегда храните аккумулятор в «заряженном» состоянии.

Беспроводная зарядка сегодня
Беспроводная зарядка только зарождается. Современные зарядные устройства для телефонов обычно имеют мощность менее 5 Вт. Но ведется работа над оборудованием с более высокими характеристиками. Правильно, что эти маломощные устройства имеют такие встроенные средства защиты для предотвращения нежелательных катастроф. Мы знаем из не слишком далекого прошлого, что наряду с материалами с более высокой удельной мощностью возникает опасность катастрофы, если не будут приняты надлежащие меры безопасности.Общественное просвещение может ограничить неправомерное использование и/или злоупотребление литиевой технологией, как это было в случае с безопасным обращением и использованием бензина.

Для того, чтобы электромобиль стал полезным, нам потребуется в довольно короткие сроки восполнить заряд его определяющей запас хода батареи. Это требует экстремальных изменений инфраструктуры. Вы можете сказать по размеру разъемов и кабеля, необходимых для этого процесса, что это высокая мощность. Святым Граалем является то, что это должно происходить автоматически и без проводов. От простой площадки, встроенной в землю, где вы паркуете свой автомобиль, до дорожной инфраструктуры, которая передает энергию вашему автомобилю во время вождения.Беспроводная передача энергии никуда не делась. Никола Тесла должен быть спокоен, зная, что его работа начинает приносить плоды.

Дополнительные материалы от автора доступны по адресу: www.circuitcellar.com/article-materials

РЕСУРСЫ

Адафрут | www.adafruit.com
РЕКОМ | www.recom-power.com
STMicrolectronics | www.st.com
Texas Instruments | www.ti.com

ОПУБЛИКОВАН В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • МАЙ 2018 Г., № 334 — Загрузить выпуск в формате PDF

Спонсор этой статьи

Джефф Бачиочи (произносится как BAH-key-AH-key) пишет для Circuit Cellar с 1988 года.Его опыт включает в себя дизайн и производство продукции. Вы можете связаться с ним по адресу: [email protected] или по адресу: www.imaginethatnow.com.

Схема беспроводного мобильного зарядного устройства

Беспроводная мобильная зарядка

— одна из самых популярных тем в области электроники, поэтому мы также решили построить принципиальную схему беспроводного мобильного зарядного устройства с использованием различных общедоступных компонентов.Опубликованная здесь схема беспроводного мобильного зарядного устройства обеспечивает ток 271 мА при напряжении 5,2 В, что позволяет заряжать мобильный телефон, а также может использоваться для управления маломощными нагрузками, такими как светодиоды 1 и светодиоды 2 , как показано на рисунке 2.

Принцип работы беспроводного мобильного зарядного устройства Схема

В беспроводном мобильном зарядном устройстве

используется принцип индуктивной связи. В этом принципе две настроенные схемы LC обмениваются данными на одной и той же настроенной частоте, т. Е. Настроенная частота передатчика должна быть равна настроенной частоте приемника.Здесь нам пришлось использовать LC, настроенный для создания и передачи магнитного поля, которое принимается другим настроенным LC контуром.

Описание цепи беспроводного мобильного зарядного устройства Схема цепи

Для простоты и лучшего описания мы разделили принципиальную схему беспроводного мобильного зарядного устройства на разделы, т. е. раздел схемы передатчика и приемника

.

Цепь передатчика для беспроводного мобильного зарядного устройства Схема цепи: –

Схема передатчика схемы беспроводного мобильного зарядного устройства показана на рис. 1 и построена на основе таймера IC 555, универсального NPN-транзистора BC547, N-канального полевого МОП-транзистора IRF540N, настроенной схемы LC и 5-вольтового последовательного стабилизатора напряжения 7805. .

Давайте сначала поговорим о том, что такое настроенная схема? В приведенной выше схеме мы использовали настроенный коллекторный генератор (L 1 с C 1 и C 2 ). Настроенный коллекторный генератор использует параллельную LC-цепь в коллекторной цепи в качестве нагрузки, и эта цепь определяет частоту колебаний. Выходное напряжение, развиваемое в настроенной цепи, индуктивно связано с базовой цепью.

Таймер IC 555 здесь используется для генерации импульсов, поэтому он устроен в режиме нестабильного мультивибратора.Выход IC 555 (вывод 3) подключен к базе универсального транзистора T 1 , который используется для управления МОП-транзистором T 2 . МОП-транзистор T 2 используется для переключения LC-контурной схемы, которая дополнительно передает колеблющееся магнитное поле.

Регулятор напряжения серии

IC 2 используется для обеспечения рабочего напряжения всей цепи (+5 В) от +12 В, как показано на рисунке 1.

Схема приемника для беспроводного мобильного зарядного устройства: – Схема приемника , показанная на рис. 2, построена на основе настроенной схемы LC (L 2 с C 7 и C 8 ), регулятора тока (понижающий и повышающий) ИС MC34063, диод Шоттки (1N5819) и несколько пассивных компонентов.Магнитное поле передаваемых колебаний детектируется LC, настроенным на катушку индуктивности L 2 с конденсаторами C 7 и C 8 , которые затем преобразуются в постоянное напряжение с помощью мостового выпрямителя BR 1 и фильтруются конденсаторами C 9 и С 10 .

Постоянное напряжение без пульсаций теперь подается на понижающую/повышающую микросхему, настроенную на режим понижающего регулятора. Выходное напряжение дополнительно фильтруется с помощью LC-фильтра и подключается к светодиоду через токоограничивающие резисторы R 9 и R 10 .

Цепь приемника для беспроводного мобильного зарядного устройства с гнездовым USB-разъемом: схема приемника для мобильного зарядного устройства, показанная на рис. 3, немного отличается от схемы приемника, показанной выше на рис. 2. Оба светодиода (LED1 и LED2) заменены на гнездовой разъем USB. Подключите гнездо USB, как показано на рисунке 3. VCC (КРАСНЫЙ провод) подключается к положительной клемме конденсатора C13, где GND (черный провод) подключается к заземлению схемы. Оба контакта данных (D- и D+) не подключены.

Конструкция печатной платы для беспроводного мобильного зарядного устройства: – Конструкция печатной платы со стороны пайки в действительности и конструкция печатной платы со стороны компонентов схемы передатчика беспроводного мобильного зарядного устройства показаны на рис. 3 и 4 соответственно. Точно так же на рис. 5 и рис. 6 показаны сторона пайки и сторона компонентов схемы приемника на принципиальной схеме беспроводного мобильного зарядного устройства.

Рис. 4. Печатная плата со стороны пайки беспроводного зарядного устройства для мобильных устройств Схема передатчика

Рис. 5: Плата со стороны компонентов мобильного зарядного устройства Схема передатчика

Рис. 6: Плата со стороны пайки мобильного зарядного устройства Приемник схемы

Рис. 7. Плата со стороны компонентов мобильного зарядного устройства, схема приемника

Рис. 8: 3D-вид схемы беспроводного зарядного передатчика для мобильных устройств

Рис. 9. Трехмерное изображение схемы приемника беспроводной мобильной связи

Математика участвует в электрической схеме беспроводного мобильного зарядного устройства

Весь расчет, показанный ниже, выполнен с учетом значения списка деталей в этой схеме.

  1. Цепь передатчика: – Поскольку 555 подключен к нестабильному мультивибратору, нам необходимо рассчитать импульсные колебания.

Время зарядки =

Время разрядки =

Частота колебаний 555 =

LC Настройка частоты

Где L = L 1 = 180 мкГн

C = C 1 + C 2 = 0,1 мкФ + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ

Следовательно,

  1. Цепь приемника: –

Частота настройки LC должна быть равна частоте настройки передатчика 26 кГц.Таким образом,

Где L = L 1 = 195 мкГн

С = С 7 + С 8 = 180 нФ + 12 нФ = 192 нФ

  1. Выходное напряжение

В ref IC 3 = 1,25 В

R 7 = 15 кОм

R 6 = 4,7 кОм

Следовательно, выходное напряжение (В O ) = 5,2 В

Выходной ток = 271 мА

Выходная мощность =

Входное напряжение = 12 В

Входной ток = 180 мА

Потребляемая мощность

Теперь мы можем вычислить

Примечание. Вы можете повысить эффективность схемы, используя магнитный сердечник вместо воздушного зазора, как показано на рис. 7.

Рис. 8. Катушка индуктивности с магнитным кодом

СПИСОК ЧАСТЕЙ БЕСПРОВОДНОГО ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Резистор (все ¼ Вт, ± 5% углерода)
R 1 , R 4 = 1 кОм

R 2 , R 3 = 3,3 кОм

R 5 = 150 Ом

R 6 = 4,7 кОм

R 7 = 15 кОм

Р 8 = 0.33 Ом

R 9 , R 10 = 68 Ом

Конденсаторы
C 1, C 2 = 0,1 мкФ (полиэфирный конденсатор)

C 6 = 0,1 мкФ (керамический диск)

C 3 , C 4 , C 9 = 0,01 мкФ (керамический диск)

C 5 = 100 мкФ/25 В (электролитический конденсатор)

C 7 = 180 нФ (полиэфирный конденсатор)

C 8 = 12 нФ (полиэфирный конденсатор)

C 10 , C 12 , C 13 = 220 мкФ/25 В (электролитический конденсатор)

C 11 = 470 пФ (керамический диск)

Полупроводники
IC 1 = NE555 (таймер IC)

IC 2 = LM7805 (последовательный регулятор напряжения, 5 В)

IC 3 = MC34063 (микросхема понижающего/повышающего регулятора)

D 1 = 1N5819 (диод Шоттки)

T 1 = BC547 (транзистор NPN общего назначения)

T 2 = IRF540N (N-канальный МОП-транзистор)

BR 1 = DB107 (мостовой выпрямитель)

Светодиод 1 , Светодиод 2 = 1-ваттный светодиод

Разное
L 1 = дроссель 180 мкГн с использованием 35-виткового эмалированного медного провода диаметром 50 мм 26SWG

L 2 = дроссель 195 мкГн с использованием 45-виткового эмалированного медного провода диаметром 50 мм 26SWG

L 3 = 220 мкГн, фиксированная катушка индуктивности

CON 1 = 2-контактный клеммный разъем

Радиатор для последовательного регулятора напряжения (7805)

CON2 = Гнездовой разъем USB

 

.

0 comments on “Схема беспроводной зарядки для телефона: Беспроводная зарядка своими руками: делаем безопасную

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.