[Wyjaśnienie] Ładowanie bezprzewodowe: wszystko, co musisz wiedzieć

Większość funkcji smartfonów podąża za trendem pojawiania się najpierw na flagowcach, a następnie powoli spływa do tańszych telefonów. Widzieliśmy, jak to się dzieje z ekranami HD, skanerami linii papilarnych, wycięciami na wyświetlaczu, szybkim ładowaniem i ocenami IP. Jest jednak jedna technologia, która z jakiegoś powodu nie została jeszcze zastosowana w smartfonach ze średniej półki i budżetowych, a jest nią ładowanie bezprzewodowe. Bezprzewodowe ładowanie to funkcja, która istnieje w smartfonach od prawie dekady. Samsung Droid Charge został wyposażony w wymienny tył, który obsługuje ładowanie bezprzewodowe Qi.

Samsung był jednym z pierwszych użytkowników bezprzewodowego ładowania Qi, a arcy-rywal Apple dołączył późno do imprezy w 2017 roku z iPhonem X. Chociaż wszystko to jest wciąż dość nowe w technologii konsumenckiej, ładowanie bezprzewodowe lub indukcja bezprzewodowa istnieje od ponad wieku, dzięki Nikoli Tesli, która odkryła, że ​​energię można przesyłać bezprzewodowo za pomocą magnetyzmu. Chociaż istnieją znacznie większe zastosowania ładowania bezprzewodowego lub ogólnie indukcji magnetycznej, będziemy trzymać się technologii w smartfonach, pamiętając o zakresie tego artykułu.

Jak działa ładowanie bezprzewodowe?

Zanim przejdziemy do tego, jak Twój telefon magicznie się ładuje, gdy umieścisz go na macie lub podkładce do bezprzewodowego ładowania, wybierzmy się na krótką wycieczkę wzdłuż ścieżki pamięci do fizyki klasy 10 i spróbujmy zrozumieć podstawy magnetyzmu i elektryczności. Zacznijmy najpierw od prądu przemiennego lub tego, co jest powszechnie określane jako AC. Jak sama nazwa wskazuje, w AC prąd nie płynie w jednym kierunku, ale raczej płynie w dwóch przeciwnych kierunkach naprzemiennie. Według doświadczeń słynnego naukowca Oersteda, prąd elektryczny indukuje pole magnetyczne. Pole magnetyczne zależy od kierunku, w którym płynie prąd, co oznacza, że ​​w zależności od kierunku prądu będą występować różne pola magnetyczne.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, w Alternating Current, kierunek bieżących zmian często się zmienia. Oznacza to, że pole magnetyczne wytwarzane przez prąd przemienny również zmienia się wraz ze zmianą kierunku prądu. Ta zmiana pola magnetycznego wytwarza energię elektryczną, jak odkrył Michael Faraday, i to jest dokładnie nauka stojąca za ładowaniem bezprzewodowym. Jeśli uważasz, że to było poza twoim zrozumieniem, spójrzmy na to w praktyczny sposób, tak jak to dzieje się w prawdziwym życiu.

Praktyczne działanie ładowarki bezprzewodowej

Twoja bezprzewodowa podstawka ładująca ma cewkę ukrytą niezbyt głęboko za górną powierzchnią. Zdajesz sobie sprawę, że przez większość czasu górna powierzchnia ładowarki bezprzewodowej jest zwykle wykonana z plastiku, drewna lub innego rodzaju tkaniny. Ma to na celu łatwe przejście pola magnetycznego. Podobnie jest z materiałem zastosowanym na tyle smartfona. Każdy smartfon obsługujący ładowanie bezprzewodowe będzie miał szklany lub plastikowy tył, ponieważ metal nie pozwala na indukcję.

W każdym razie, wracając do bezprzewodowego podkładki ładującej, jest cewka, która przewodzi prąd na samej bezprzewodowej ładowarce, która jest nadajnikiem, a podobna cewka znajduje się z tyłu smartfona, która działa jak cewka odbiorcza. Na bezprzewodowej podkładce ładującej cewka jest podłączona do sieci prądu przemiennego za pomocą zasilacza, który przekształca ją w prąd stały i podaje do cewki nadajnika. Prąd jest następnie konwertowany z powrotem na prąd przemienny w cewce i indukowane jest pole magnetyczne. Gdy smartfon z cewką odbiorczą zostanie umieszczony na podkładce do ładowania bezprzewodowego, cewka nadajnika indukuje prąd zmienny do cewki odbiornika. Prąd przemienny jest następnie konwertowany z powrotem na prąd stały i przesyłany do akumulatora. Zjawisko to nazywane jest rezonansowym sprzężeniem indukcyjnym.

Oczywiście w ładowarce bezprzewodowej są też inne elementy, takie jak prostowniki, filtry itp. Pomaga to w konwersji prądu przemiennego na stały i innych czynnościach związanych z kontrolą prądu. W grę wchodzą również pewne ograniczenia, jak omówiliśmy wcześniej. Materiał na powierzchni ładowarki bezprzewodowej i telefonu, odległość między nadajnikiem a odbiornikiem cewki, wielkość obu cewek itp. to czynniki, które są ważne, aby umożliwić bezprzewodowe ładowanie. Doprowadziło to do powstania standardu, który jest stosowany przez każdego producenta smartfonów, który wprowadził ładowanie bezprzewodowe w swoich smartfonach – standardu Qi.

Standard bezprzewodowego ładowania Qi

Qi to standard bezprzewodowego ładowania opracowany przez Wireless Power Consortium, który może być używany do łączenia dowolnego urządzenia z ładowaniem bezprzewodowym. Producenci, którzy stosują standard Qi, muszą uzyskać odpowiedni certyfikat, aby ich urządzenie było kompatybilne z Qi, czy to smartfony, czy ładowarki bezprzewodowe. Korzystając ze standardu Qi, urządzenia można ładować bezprzewodowo na odległość do 4 cm między cewkami nadajnika i odbiornika.

Ponieważ cewki te są dalej osadzone za innymi warstwami, odległość między smartfonem a bezprzewodową podkładką ładującą została zmniejszona do milimetrów. Zasadniczo powierzchnia telefonu powinna dotykać powierzchni podkładki do ładowania bezprzewodowego, aby nastąpiło ładowanie.

Dlaczego ładowanie bezprzewodowe jest tak wolne?

To w zasadzie budzi debatę, że ładowanie bezprzewodowe nadal nie jest całkowicie bezprzewodowe, ponieważ sama ładowarka bezprzewodowa zawsze musi być podłączona, a telefon musi całkowicie spoczywać na bezprzewodowej ładowarce, aby działał. Dodaj do tego bardzo wolne prędkości ładowania około 5-10 W na większości popularnych smartfonów. Niskie prędkości wynikają z faktu, że indukcja działa lepiej, gdy rozmiar cewek jest większy, a liczba zwojów w cewce jest większa. Oba te ograniczenia nie są możliwe do osiągnięcia na smartfonie ze względu na niewielkie rozmiary. Ponadto ładowanie bezprzewodowe wiąże się z dużą utratą mocy w postaci ciepła, co ponownie obniża prędkość ładowania.

Obecne i przyszłe osiągnięcia w ładowaniu bezprzewodowym

Marki takie jak Xiaomi, Huawei, a nawet OnePlus z nowym, podobno OnePlus 8 Pro, pracowały nad niestandardowymi rozwiązaniami do ładowania bezprzewodowego, które mogą osiągać nawet 40 W, wspierane przez nowy Mi 10 Pro. Podobno OnePlus 8 Pro ma obsługiwać bezprzewodowe ładowanie 30W. Na pewno brzmi to obiecująco, ale ciekawie byłoby zobaczyć, jak szybko się przyjmuje, ponieważ te szybkie ładowarki bezprzewodowe z obsługą mocy wyjściowej 30-40 W nie są łatwo dostępne, a jeśli tak, byłyby bardzo drogie.

Przyszłością bezprzewodowego ładowania, gdy zostanie zobrazowana w najbardziej idealny i wygodny sposób, będzie całkowite pozbycie się przewodowej podkładki ładującej i zwiększenie odległości między ładowarką a telefonem. Istnieją również alternatywy, takie jak powerbank do ładowania bezprzewodowego lub etui do ładowania bezprzewodowego dla wybranych smartfonów, ale pod koniec dnia nawet te gadżety wyczerpią się i będą musiały być podłączone. telefon pewnego dnia w kieszeni i może ładować się bezprzewodowo? Kto wie!

Dobre jest jednak to, że oprócz smartfonów, więcej gadżetów konsumenckich, takich jak słuchawki i urządzenia do noszenia, przyjmuje ładowanie bezprzewodowe, a wraz z pojawieniem się odwrotnego ładowania bezprzewodowego w smartfonach, można ładować te mniejsze gadżety w podróży, co jest naprawdę wygodne. Ponadto marki takie jak Realme włączyły ładowanie bezprzewodowe do Realme Buds Air, które jest prawdopodobnie jedną z najtańszych par bezprzewodowych słuchawek z obsługą ładowania bezprzewodowego. To z pewnością krok we właściwym kierunku.

Prawdziwie bezprzewodowa przyszłość?

To jednak sprowadza nas z powrotem do początkowego pytania. Dlaczego bezprzewodowe ładowanie nie trafiło jeszcze do bardziej przystępnych cenowo smartfonów? Podczas gdy funkcje takie jak skaner linii papilarnych lub szybkie ładowanie naprawdę rozwiązywały problem i były niezbędnymi przełomami, ładowanie bezprzewodowe, mimo że istnieje od tak dawna, nigdy nie było uważane za konieczne i dlatego jest to łatwa funkcja dla marek, które mogą oszczędzić i zaoszczędzić trochę pieniądze i nikt tak naprawdę na to nie narzeka. Ponieważ Apple podobno zmierza w kierunku iPhone'a całkowicie pozbawionego portów, przyszłość jest rzeczywiście całkowicie bezprzewodowa, ale technologia, która ma to nastąpić teraz, nie jest jeszcze dojrzała.