Стандарт бездротової зарядки Qi. Бездротова зарядка смартфонів на прикладі рішень стандарту Qi

Qi – це китайське слово «потоку енергії» (англійською мовою вимовляється як «чи») і універсальний стандарт для бездротової зарядки пристроїв, що працюють від акумуляторних батарей, таких як плеєри, стільникові телефони та фотоапарати. Передача потужності відбувається за рахунок електромагнітної індукції. При цьому приймач отримує енергію не через традиційний кабель, а безконтактним способом, завдяки використанню електромагнітних полів. Принцип дуже простий: передавач Qi, який є базовою станцією, направляє необхідну енергію на приймач.

Опис технології

Стандарт бездротової зарядки Qi заснований на магнітної індукції між плоскими котушками передавального і приймаючої апарату. Первинна і вторинна обмотки утворюють дві частини бессердечникового резонансного трансформатора. Схема зарядного пристрою екранована на нижній поверхні первинної і верхній - вторинної котушки. Це, а також близьке розташування гарантують прийнятну ефективність передачі енергії. Крім того, це мінімізує вплив магнітного поля на користувачів. Як правило, базова станція має плоску поверхню, на якій можна розмістити одну або кілька мобільних пристроїв. Це гарантує, що вертикальне відстань між первинною і вторинною обмоткою досить маленьке. Крім того, існує два способи вирівнювання обмоток по горизонталі. У першому випадку користувач самостійно встановлює вторинну обмотку навпаки первинної на поверхні за допомогою інтерфейсу підказок мобільного пристрою. Другий спосіб, званий вільним позиціонуванням, не вимагає активної участі людини. В однієї з реалізацій для цього створюється декілька первинних обмоток. Інший варіант використовує механічні засоби для переміщення первинної котушки під вторинну.

Елементи конструкції

Передавач потужності складається з двох основних функціональних блоків, а саме - блоку перетворення потужності і блоку зв'язку і управління. Елементом першого, що генерує магнітне поле, є первинна котушка. Другий змінює передану потужність до рівня, потрібного приймачем. Крім того, базова станція може містити більше одного передавача для обслуговування декількох мобільних пристроїв, так як одна первинна обмотка в один і той же час взаємодіє тільки з однією вторинною. І, нарешті, системний блок надає електроенергію і контролює роботу декількох передавачів. У гаджеті знаходиться блок прийому енергії, що представляє собою вторинну обмотку, і блок зв'язку і управління. Останній регулює передану потужність до рівня, прийнятного для підсистеми, підключеного до виходу живлення приймача. Прикладом такої підсистеми може служити акумуляторна батарея.

Етапи комунікації

Після активації блоку зв'язку і управління передавача він посилає сигнал приймача, щоб отримати відповідь, що підтверджує присутність Q-сумісного пристрою. Отримавши запит, приймач переходить у фазу вибору. Якщо пропоноване напруга достатньо велика, то починається етап пінгування. При отриманні відповіді від передавача мобільний пристрій надсилає пакет сили сигналу і переходить у фазу ідентифікації та конфігурації або відправляє пакет завершення передачі енергії і залишається в фазі пінгування.
Потім надсилається ідентифікаційний пакет і управління пакети. Приймач переходить у фазу зарядки. При цьому він контролює передачу енергії шляхом передачі керуючих пакетів базової станції, які містять інформацію про коригування струму первинної обмотки, про отриманої енергії, про статус зарядки, про завершення передачі.

Що таке точка бездротового заряджання?

Qi-зарядка універсальна тому, що забезпечує сумісність мобільних телефонів і адаптерів живлення різних виробників. Єдине умова полягає в тому, що обидві частини – передавач і приймач мають відповідати стандарту Qi. Таким чином, будь-бездротове зарядний пристрій Qi підійде до будь-якого мобільного приймача Qi, незалежно від марки та моделі. Безліч стільникових телефонів різних виробників, зокрема Samsung, Nokia, LG, Sony, HTC і Motorola, вже відповідають стандарту Qi і, отже, можуть бути підключені до будь-якої зарядної станції, відповідає його вимогам. Кількість сумісних гаджетів продовжує зростати, оскільки технологія бездротової передачі енергії підтримується великою кількістю компаній. Завдяки цьому можна заряджати електроніку, що працює від акумуляторних батарей, за допомогою єдиного джерела живлення.

Як це працює?

Мобільний зарядний пристрій не є новітнім винаходом. В електричних зубних щітках індуктивний харчування застосовувалося протягом багатьох років. В процесі бездротової передачі енергії використовується резонансна індуктивний зв'язок передавача і приймача базової станції мобільного телефону. Первинна котушка постійно посилає тестовий сигнал відправнику для перевірки зміни ємності або резонансу, що вказує на присутність сумісного телефону. Передавач модулює заряд і перевіряє, чи підтримується стандарт бездротової зарядки Qi.
Після того як сумісність і потреба в енергії враховані, починається процес індукційної передачі енергії. При цьому контакт між приймачем і передавачем зберігається. Як тільки акумулятор повністю зарядиться, вони перейдуть в режим очікування. Універсальна Зарядка активується і передає енергію тільки в тому випадку, якщо підключається гаджет знаходиться на ній. Котушки, що передають та одержують енергію, спеціально екрановані для того, щоб зменшити електромагнітне випромінювання.

Основні риси технології

Метод безконтактної передачі потужності від базової станції до мобільного пристрою, яке засноване на магнітної індукції ближнього поля, що виникає між котушками.

Передача близько 5 Вт потужності з використанням відповідної вторинної котушки (має типовий зовнішній розмір близько 40 мм).

Робота на частотах від 100 до 205 кГц.

Підтримка двох методів розміщення на поверхні базової станції:

кероване позиціонування, коли користувачеві допомагають правильно позиціонувати мобільний пристрій в місці, що забезпечує харчування через одну або кілька фіксованих точок;

довільне розміщення на поверхні зарядної станції.

Простий протокол зв'язку, який дозволяє телефону або планшета керувати процесом.

Значна гнучкість конструкції для інтеграції системи в мобільний пристрій.

Низький рівень споживання енергії в режимі очікування (в залежності від реалізації).

Одна за всіх

Наскільки зручно було б мати одне Qi-зарядний пристрій для всіх телефонів, плеєрів, фотоапаратів без безлічі плутаються кабелів? Поки незліченна кількість нових смартфонів охоплює світ, тривалість роботи акумуляторної батареї стає все коротшим. А кожен виробник і навіть кожен гаджет мають власним зарядним пристроєм. І з кожною покупкою їх число збільшується. В кінцевому підсумку користувач втрачається в купі найрізноманітніших адаптерів живлення. Завдяки Q-технології вони стають непотрібними, а сплутані клубки кабелів зникають, і це далеко не всі переваги даної технології. Подібно до того, як Wi-Fi став світовим стандартом для бездротових інтернет-з'єднань, а Bluetooth позбавив від необхідності тримати телефон в руці, так і Qi стає світовим стандартом індуктивної зарядки гаджетів на акумуляторах.

Шкідливе електромагнітне випромінювання?

Думки експертів розділилися. З одного боку, багато вчених підтверджують, що невелика кількість електромагнітного випромінювання бездротової зарядки шкоди не приносить. Інші говорять про велику небезпеку, якій піддається організм людини. Так скільки електромагнітної енергії випромінюється системою Qi? Дуже мало. Принцип Qi застосовувався в електричних зубних щітках багато років, не надаючи впливу на здоров'я людей. Схема зарядного пристрою така, що із-за невеликої зони його дії електромагнітне випромінювання вкрай обмежено. Воно існує тільки в безпосередній близькості від бездротовий передавальної станції і тільки тоді, коли гаджет знаходиться на ній. Електромагнітне випромінювання знижується ще більше за рахунок додаткового екранування у передавальної та приймаючої котушках.

Консорціум бездротового харчування

Wireless Power Consortium (WPC) був заснований 17 грудня 2008 р. Тоді ж була затверджена єдина програма розвитку даної технології. Стандарт бездротової зарядки Qi забезпечує її універсальність для всіх Qi-сумісних електронних гаджетів. Це означає, що кожен пристрій, сумісний з ним, можна заряджати на будь Qi-сумісної станції. У WPS входить 250 членів, включаючи лідерів ринку Samsung, Nokia, LG, Panasonic, HTC, Sony, Microsoft і Motorola, що робить його найбільшим об'єднанням виробників, що підтримують бездротові типи зарядних пристроїв. За словами голови WPC Менно Трефферса, у зв'язку зі збільшенням кількості продуктів, що використовують Qi, важливо бути впевненим в тому, що кожен мобільний зарядний пристрій коректно працює з усіма підтримуваними Qi-гаджетами. Цьому сприяє постійно оновлювана база даних, створена Testronic, яка дозволяє легко визначити, чи буде новий продукт сумісний з раніше сертифікованою продукцією. Стандарт бездротової зарядки Qi став однією з найбільш важливих технічних розробок для користувачів телефонів і планшетів, які зараз щодня застосовуються в роботі і побуті.