беспроводная зарядка на каком расстоянии заряжает телефон
Любителям гаджетов «подарят» устройства для зарядки смартфонов на расстоянии. Но это плохая затея
Motorola и Xiaomi анонсировали проекты беспроводной зарядки. Они обе работают на большом расстоянии и заряжают устройства буквально по воздуху. Но смогут ли они упростить нашу жизнь и не нанести вред?
«Тайна» беспроводной зарядки
Беспроводные зарядки появились совсем недавно. Но первые прототипы этой технологии еще в 1893 году продемонстрировал Никола Тесла. На выставке в Чикаго он смог зажечь лампочку без проводов. Как отметил эксперт, сегодняшние знания в этой области достигнуты благодаря сербскому изобретателю и другим ученым.
Те зарядки, что мы видим в магазинах, больше похожи на некую площадку. Технология основывается на электромагнитной индукции: электрический ток создает магнитное поле и напряжение, способное заряжать устройство без кабеля.
Но у таких зарядок есть недостаток: они все равно подключаются к розетке с помощью провода, а телефон во время зарядки нужно держать на платформе. То есть такие гаджеты, по сути, избавляют только от необходимости втыкать кабель в телефон. Кроме того, считается, что через них устройство подпитывается гораздо медленнее. Некоторые пользователи отмечают, что такая зарядка больше подходит для офисов или машин, когда телефон используется непостоянно.
Тем не менее технологии не стоят на месте, и две компании — Motorola и Xiaomi — почти одновременно анонсировали беспроводную зарядку, способную заряжать телефон на расстоянии. Получается, что процесс почти не будет мешать пользователю. Но перевернуться с одного бока на другой, держа в руках заряжающийся телефон, скорее всего, пока тоже не получится.
Xiaomi и зарядка по воздуху
Первой компанией, которая показала беспроводную зарядку нового поколения, стала Xiaomi. Технология Mi Air Charge поддерживает одновременную зарядку нескольких устройств на большом расстоянии при максимальной мощности 5 Вт на каждое устройство. Пока это только проект, но уже понятно, что для зарядки не нужны провода и платформа.
Как утверждают производители на сайте компании, их технология будет работать не только со смартфонами, но и с «умными» часами, браслетами и другими носимыми устройствами. А процессу не помешают физические препятствия. Эксперт по гаджетам Pro Hi-Tech Илья Корнейчук напомнил «360», что пока это только концепт. Но в теории это можно воплотить, направив волны в конкретное положение.
Станция напоминает коробку, которая может формировать луч в миллиметровой волне и отправлять нескольким устройствам. Волны преобразуются в электричество, которое и заряжает смартфон. Но для существующих смартфонов такая зарядка будет бесполезна. Гаджет должен иметь радиомаяк и приемное устройство.
Когда Mi Air Charge поступит в продажу, не сообщается. Вероятно, в этом году ждать новинку не стоит.
У станции куча приемников и передатчиков: пять антенн определяют местоположение совместимого устройства в комнате, а еще 144 антенны передают волны. Неизвестно, как это скажется на здоровье пользователя. В современных домах и без того много облучающих устройств.
«По поводу безопасности — прежде чем продукт попадает на полки, он должен пройти сертификацию. В России строгие нормы. У нас одни из самых строгих норм в мире. Если такие зарядки окажутся в магазине, значит, они будут безопасными. Технология интересная, но надо подождать проверки», — объяснил Корнейчук.
Беспроводные зарядки и так работают на расстоянии, а новые разработки просто его немного увеличили, считает эксперт.
Чем «кроет» Motorola
Вслед за Xiaomi подобную станцию анонсировала и Motorola. Но разница между двумя проектами все-таки есть. Зарядка One Hyper использует принцип индукционной технологии Qi. Это значит, что она работает не только в прямом контакте с площадкой, но и на расстоянии до одного метра.
Но если на пути зарядки возникнет препятствие, например как рука на видео, то процесс прекратится. Пока устройство протестировали на специальных вертикальных подставках. Существует вероятность, что в другом положении они работать не будут.
«Удобство данного решения спорное. Нужно, чтобы смартфон был повернут к зарядному устройству под определенным углом на определенном расстоянии. Чем больше будет расстояние, тем медленнее будет заряжаться. Ничего эффективнее подключения прямого провода все равно не будет», — рассказал Корнейчук.
Если такие зарядки начнут продавать, то заряжать они будут еще медленнее, чем те, что есть сейчас. Но от таких устройств можно спокойно заряжать маломощные гаджеты.
«Мне кажется, что это неприменимо и непрактично сегодня для конечных потребителей», — предположил собеседник «360».
Он предположил, что эта зарядка имеет диапазон до 300 мГц, но это неточно. Может быть и такое, что под российских СанПиН это не пройдет.
«Мы постоянно находимся под воздействием электромагнитных волн. Вопрос в интенсивности и продолжительности этого воздействия, чтобы они могли принести вред. Никто не пытается создать устройство, которое может навредить», — заключил собеседник «360».
Когда устройство от Motorola появятся в продаже — тоже остается неизвестно.
Провода больше не нужны. Xiaomi научилась заряжать смартфоны по воздуху на расстоянии «нескольких метров». Видео
Xiaomi создала зарядное устройство нового типа – Mi Air Charge, способное заряжать смартфоны на расстоянии «нескольких метров» от себя. Для этого оно использует направленные микроволны, позволяя раздавать энергию нескольким устройствам в помещении и попутно питать стационарную электронику. Мощность такой зарядки – по 5 Вт для каждого потребителя.
По-настоящему беспроводная зарядка
Компания Xiaomi разработала беспроводное зарядное устройство Mi Air Charge, способное заряжать гаджеты буквально по воздуху. Xiaomi заявляет, что дальность действия Mi Air Charge достигает «нескольких метров», но не указывает предельное расстояние до заряжаемого гаджета.
Mi Air Charge позволяет отказаться от классических беспроводных зарядных площадок, как и от кабелей, передавая энергию в аккумулятор смартфона, планшета или другого устройства буквально по воздуху.
Mi Air Charge – это название технологии и одновременно небольшого устройства, внутри которого расположены специализированные антенны. Часть этих антенн используется для отслеживания местоположения гаджета в помещении, тогда как другие отвечают за направленную передачу энергии. С имеющимися на рынке смартфонами Mi Air Charge работать не будет – эту технологию Xiaomi приберегла для своих будущих новинок.
Как работает Mi Air Charge
Основной бокс Mi Air Charge содержит пять фазовых антенн для «слежки» за смартфоном или другим совместимым устройством. Xiaomi заявила, что в будущем эта технология подойдет для ее умных часов, браслетов и другой портативной электроники.
На отслеживание местонахождения устройства для подзарядки у Mi Air Charge уходят миллисекунды. За саму зарядку отвечает массив из 144 антенн, позволяющих направленно передавать миллиметровые волны. Это кардинально отличает Mi Air Charge от существующих беспроводных зарядок, в которых используется электромагнитная индукция.
Смартфон или любое совместимое устройство выступает в схеме Mi Air Charge приемником. В него Xiaomi предлагает монтировать два антенных блока, где первый, маячок, позволяет основной станции определять текущее положение гаджета в пространстве. Второй – это блок из 14 мини-антенн, улавливающих микроволны. Также устройство должно быть оснащено преобразователем этих микроволн в электроэнергию.
Максимальная мощность по-настоящему беспроводной зарядки Mi Air Charge составляет ровно 5 Вт – точно такие же показатели выдавали блоки питания, поставляемые в комплекте со смартфонами iPhone вплоть до осени 2020 г., пока Apple не убрала их из коробки. Для сравнения, современные проводные зарядки научились выдавать более 60 Вт мощности, а беспроводные площадки почти доросли до 20 Вт.
Перспективы Mi Air Charge и сроки реализации
Mi Air Charge, по заверениям Xiaomi, позволяет заряжать несколько устройств одновременно, но не уточняет их максимальное количество. Зато известно, что подключенным устройствам не придется делить между собой эти 5 Вт мощности – станция способна предоставить по 5 Вт каждому потребителю.
Новый глава мобильного подразделения Xiaomi Адам Цзэн Сюэчжун (Adam Zeng Xuezhong) подчеркнул, что Mi Air Charge сможет выступать не только в качестве зарядного устройства – его можно будет использовать как беспроводной источник энергии для небольшой домашней техники. В качестве примера он привел умные колонки и настольные лампы, добавив, что Mi Air Charge позволит избавиться от многочисленных проводов в квартире.
О сроках появления Mi Air Charge в продаже, географии ее распространения и стоимости Адам Цзэн Сюэчжун не сообщил. Известно лишь, что вся линейка устройств, запланированная Xiaomi к выпуску в 2021 г., поддержку нового стандарта беспроводной зарядки не получит.
Конкурентов пока нет
На 29 января 2021 г. в мире не существовало ни одного серийно выпускаемого зарядного устройства, способного заряжать несколько гаджетов одновременно и питать стационарные устройства без аккумуляторов. Однако Xiaomi, создав Mi Air Charge, не стала в этом первой – за три года до нее, в декабре 2017 г., американский стартап Energous продемонстрировал схожую технологию WattUp (не путать с WhatsApp).
По задумке разработчиков, WattUp мог заряжать и поддерживать работу устройств на расстоянии до одного метра от передатчика, а в перспективе они хотели увеличить дальность действия до пяти метров. Принцип работы зарядного устройства подразумевал преобразование электрической энергии в радиочастотное излучение, передаваемое блоком трансмиттера на любой гаджет с соответствующей приемной частью.
Основатели Energous на момент анонса WattUp, как и Xiaomi со своей Mi Air Charge, не стали раскрывать сроки запуска массового производства своих зарядных устройств. По прошествии более чем трех лет зарядки WattUp так и не поступили в свободную продажу.
5 наивных вопросов о беспроводной зарядке, которые продолжают задавать
На Хабре есть немало статей о беспроводной зарядке смартфонов, и в комментариях к каждой из них, нет-нет, да и проскользнет наивный вопрос, который местные старожилы мгновенно заминусуют, отправив комментатора учить матчасть. Мы как, не побоимся этого слова, крупнейший производитель зарядных устройств для смартфонов с удовольствием проведем ликбез по беспроводным зарядкам, ответим на вопросы и развеем пару мифов. И начнем, пожалуй, с вопроса, от которого большинство хабровчан начинают скрежетать зубами.
Опасна ли беспроводная зарядка для здоровья?
Шапочка из фольги и свинцовые трусы компенсируют все негативные… извините, шутка. Уверения о некоем опасном излучении беспроводных зарядок можно воспринимать только со снисходительной улыбкой. Как говорится, не учите физику, и ваша жизнь будет полна чудес (и/или необоснованных страхов). Если на расстоянии двух сантиметров над поверхностью станции телефон перестает заряжаться и даже распознавать беспроводную зарядку, то откуда взяться излучению, которое будет «бить» на метры вокруг, выжигая мозг и репродуктивную систему?
Каждую секунду вас пронзают радиоволны сотовой связи, Wi-Fi, Bluetooth, ТВ и радиовещания и множество других сигналов в самых разных диапазонах, вы подвергаетесь воздействию электромагнитного поля от компьютера, любого электроприбора и даже электропроводки в стенах, а уж как «фонит» работающая микроволновка! И всё это не оказывает ровным счетом никакого влияния на вас, потому что это не ионизирующее излучение (то есть, не радиация).
Изучением влияния неионизирующего излучения на человека ученые занимаются десятки лет, и за это время было не раз доказано, что реальную опасность для людей представляют только долговременные тесные объятия с мощными неэкранированными излучателями, вроде военного радара, базовой станции сотовой связи, направленной точно на вас на расстоянии в пару метров или микроволновки без двери. И вред будет заключаться в разогреве молекул воды в клетках и денатурации белков.
Единственная рекомендация, которая хоть как-то затрагивает беспроводные зарядки для смартфонов, — не подносить работающую зарядку к кардиостимулятору. По инструкции медицинским устройствам вообще противопоказано любое постороннее мощное излучение. При этом нет никаких доказательств или случаев влияния Qi-зарядки на кардиостимулятор. Более того, уже разработана беспроводная зарядка для самих кардиостимуляторов.
Человеку беспроводная зарядка не может навредить никоим образом. А вот себе самой — вполне, если между телефоном и станцией оставить металлический предмет (как монета на фото). Электромагнитная индукция — дело такое.
Фото: Wireless Power Consortium
Однако если задаться такой целью, с помощью беспроводной зарядки действительно можно нанести вред смартфону. Дело в том, что хоть Qi-станции могут обнаруживать посторонние металлические предметы, попавшие между двумя катушками, некоторые тонкие предметы, вроде скрепок или декоративных вставок на чехле, могут остаться незамеченными. Оказавшись над передающей индукционной катушкой, металл неизбежно начнёт нагреваться. Нескольких минут хватит, чтобы та же скрепка раскалилась и начала плавить пластик.
Какой блок питания нужен для беспроводной зарядки?
КПД проводной зарядки составляет около 97%, то есть потерь энергии практически нет. А вот КПД беспроводных зарядок колеблется на уровне 60–75%. В теории, в сферических условиях в вакууме, так сказать. В реальности на КПД зарядки стандарта Qi влияет положение телефона на зарядной станции (то есть положение индукционных катушек друг относительно друга), их характеристики и размеры.
В этом году технологические новостные сайты наперебой репостили «исследование» энтузиаста, сравнившего скорость и энергопотребление проводной и беспроводных зарядок. Закономерно, результаты оказались не в пользу последних, причем КПД индукционной зарядки варьировался от станции к станции и особенно сильно зависел от положения смартфона на них. Если за 100% взять эффективность проводной зарядки, то КПД Qi варьировался от 20% до 53%, а самый лучший результат показала оригинальная Google Pixel Stand — 61%. Правда, исследование было посвящено не скорости или тепловыделению беспроводных зарядок, а их энергопотреблению — автор вел читателя к выводу, что если хотя бы половину от 3 млрд смартфонов в мире заряжать по воздуху с таким КПД, энергопотребление и нагрузка на энергосети возрастут. С одной стороны, с математикой не поспоришь. С другой, неутешительный вывод держится на вероятности «если бы, да кабы», а энергопотребление в мире и так растёт за счет цифровизации общества.
Кстати, возьмите на вооружение USB-тестер, с помощью которого можно измерять напряжение, ток и переданную энергию. Такой гаджет стоит около 1000 рублей, но позволяет безошибочно оценить качество USB-кабелей и выходные параметры зарядных устройств. Архиполезная вещь в хозяйстве!
Фото: AliExpress
Исходя из невысокого реального КПД индукционной зарядки, мы приходим к необходимости подключения зарядной станции к блоку питания повышенной мощности. Если 5-ваттную станцию подключить к 5-ваттному ЗУ, то из-за потерь скорость зарядки смартфона будет… скорее всего, никакой, потому что результирующая мощность на приёмной катушке смартфона окажется незначительно выше энергопотребления телефона в режиме ожидания. Производители Qi-станций рекомендуют использовать блоки питания с мощностью на 30–40% выше, чем у Qi-зарядки. Так, Apple для своей новой 15-ваттной MagSafe для iPhone 12 рекомендует докупить адаптер с мощностью не ниже 20 Вт. К счастью, не обязательно производства Apple. Мы провели сравнение скорости зарядки iPhone 12 Pro через MagSafe, подключенного к оригинальному 20-ваттному адаптеру Apple и к крохотному Anker Nano на те же 20 Вт. Разница между двумя блоками питания укладывается в несущественную погрешность — 188 минут в случае с ЗУ Apple 20 Вт и 190 минут в паре с Anker Nano 20 Вт. А при зарядке от этих блоков питания не через MagSafe, а напрямую по кабелю, батарею удалось зарядить за одинаковое время в 104 минуты.
Кстати, о MagSafe. Формально с новой зарядкой Apple совместимы все iPhone с Qi-приемником, но лишь семейство iPhone 12 будет заряжаться с максимальной мощностью 15 Вт, тогда как предыдущие модели смартфона — только 5 Вт. Также обозреватели заметили странную несовместимость MagSafe с мощными блоками питания для MacBook — в паре с 96-ваттным адаптером MagSafe «раскачался» только до 10 Вт. Есть мнение, что в адаптер для ноутбука просто не «зашит» необходимый профиль питания, требуемый для MagSafe.
Раньше мы тоже советовали приобретать для наших беспроводных зарядок блоки питания примерно на 40% мощнее, однако теперь самые мощные Qi-станции, вроде Anker PowerWave II Stand мы просто комплектуем сетевым адаптером необходимой мощности. Если в комплекте с вашей Qi-зарядкой не оказалось кабеля, докупите гарантированно хороший провод — дешёвые безымянные USB-кабели часто не могут передать высокие токи, а наименее качественным кабелям не покоряется даже 0,5 А.
Опасна ли беспроводная зарядка для смартфона?
Рискуем удивить, но да. Как и проводная зарядка. А уж как опасно для аккумулятора отсутствие любой зарядки и уход в глубокий разряд! Аккумуляторы вообще от жизни умирают. На скорость наступления неизбежного конца по большей части влияет лишь интенсивность использования батареи. В некотором смысле литий-ионные батареи следуют завету «live fast, die young» — чем быстрее аккумулятор выработает свой ресурс циклов заряда/разряда, тем быстрее потеряет ёмкость и потребует замены.
Заметьте, мы говорим о ресурсе, выраженном в количестве циклов зарядки. Самому аккумулятору абсолютно все равно, каким образом ему пытаются восполнить заряд: по проводу или через индукционную катушку — контроллер питания любой входящий ток приведёт к нужным характеристикам и лишь затем подаст на элемент питания.
Но нет дыма без огня, откуда-то ведь взялись городские легенды об опасности беспроводной зарядки? В этом мифе есть доля правды, только не там, где полагают большинство несведущих владельцев смартфонов. Повторим: ток, подаваемый непосредственно на аккумулятор, не различается в зависимости от способа зарядки, так что никакого «повреждения индукционными токами» при использовании стандарта Qi быть не может в принципе. Аккумулятору вредит лишь нагрев до высоких температур, который ускоряет деградацию анода и катода и, как следствие, ведёт к снижению ёмкости и в особо тяжёлых случаях даже к короткому замыканию. Ускоренный износ батареи наблюдается при её нагреве выше 30 °C, то есть температурный порог издевательски мал и ниже температуры тела человека.
Давайте считать и прикидывать. КПД Qi-зарядок составляет около 60%, большая часть потерянной энергии преобразуются в тепло, которое нагревает катушки и, соответственно, смартфон, а вместе с ним и аккумулятор. Важный момент — для наиболее высокого КПД катушки в станции и смартфоне должны находиться точно друг над другом, при их смещении станция вынуждена повышать мощность, что вызывает повышенный нагрев.
Дешевые безымянные Qi-зарядники не испортят ваш смартфон, зато могут испортиться сами — экономия на элементной базе и некачественная пайка могут закончиться коротким замыканием. И хорошо, если не случится возгорания.
Фото: iphones_ru / Instagram
Смартфоны могут охлаждаться только естественным образом, поэтому добротный чехол серьезно ухудшает отвод тепла. Это не значит, что надо непременно избавляться от чехлов во имя сохранности батареи — новый аккумулятор через пару лет обойдётся дешевле, чем потенциально разбитый экран сейчас. Но свою лепту в перегрев смартфона чехол всё-таки вносит.
Поэтому же мы не рекомендуем добавлять смартфону функцию беспроводной зарядки с помощью Qi-приёмника в виде тонкой пластины со штекером. Смартфоны без Qi-катушки просто не рассчитаны на то, что сквозь них начнут протекать индукционные токи, а тыльную часть начнет нагревать индукционная катушка. В лучшем случае при использовании такого ресивера вы получите очень быструю деградацию аккумулятора из-за перегрева, в худшем — испорченные MEMS-компоненты, вроде компаса или гироскопа.
Подобные Qi-ресиверы для смартфонов можно купить за 200–300 рублей, но мнимое удобство может обернуться повреждениями аккумулятора и микромеханических компонентов смартфона.
Фото: AliExpress
Всё-таки стандарт беспроводной зарядки Qi разрабатывался не наобум лазаря. Начинку смартфонов предложили защищать изолирующей пластиной, возможные негативные эффекты от перегрева были просчитаны, а мощность — ограничена гарантированно безопасными значениями (те самые 5 Вт в первых ревизиях стандарта, 15 Вт сейчас).
Даже в самом неблагоприятном случае беспроводная зарядка не превратит телефон в сковородочку для жарки шкварок. В смартфоны встроен термодатчик, который не позволяет батарее нагреваться выше 45 °C. Если обнаружится перегрев, например из-за толстого чехла, не дающего телефону охлаждаться естественным образом, то контроллер питания потребует снизить подаваемую мощность.
Но всё это касается оригинальных спецификаций Qi с базовым ограничением мощности беспроводной зарядки смартфонов в 15 Вт. А что же с быстрыми беспроводными зарядками?
Беспроводная зарядка высокой мощности опасна или нет?
Заряжать современный смартфон от беспроводной станции мощностью 5 Вт — это очень медитативное занятие, имеющее смысл только если телефон оставлять на прикроватной тумбочке на всю ночь. Для тех, кто закономерно не хочет ждать по шесть часов, производители смартфонов предлагают собственные проприетарные быстрые зарядки, на полную мощность работающие только с определёнными устройствами их же марки. Так у Huawei есть SuperCharge на 27 Вт и 50 Вт, OPPO представила AirVOOC на 65 Вт, а Xiaomi так и вовсе в ноябре 2020 года анонсировал 80-ваттную беспроводную зарядку, способную зарядить батарею на 4000 мА·ч за 19 минут.
Чудо техники от Xiaomi — беспроводная зарядка телефона за 18 минут. А что с температурой батареи? Пока неизвестно.
Потрясающие мощности и, в теории, потрясающее тепловыделение. Заметим, что при проводной зарядке гаджеты тоже нагреваются, и этот нагрев зависит от мощности зарядки (при условии, что сам смартфон в этот момент не используется, иначе нагрев будет значительно выше). Но при беспроводной передаче энергии тепла выделяется всё же больше. Соответственно, Qi-зарядник на 5 Вт нагреется крайне несущественно, на 15 Вт — побольше, а вот как должен разогреться смартфон, который питают через 80-ваттную беспроводную станцию… На самом деле однозначно мы пока не можем ответить на этот вопрос, сверхмощная зарядка Xiaomi ещё не вышла в серию, и реальных независимых тестов пока не проводилось.
Итак, с тепловыделением быстрых беспроводных зарядок более-менее разобрались — в теории оно выше, но практически нагрев контролируется термодатчиками и разнесением высокой мощности на две отдельных передающих катушки. Но есть другой возможный негативный фактор, общий и для проводной, и для беспроводной быстрой зарядки — повышенный ток, подаваемый на аккумулятор.
Разрядка и зарядка литий-ионной батареи представляет собой процесс передачи положительных ионов лития между анодом и катодом. Чем выше мощность заряда или разряда, тем быстрее ионы покидают один электрод и прикрепляются к другому. В ходе эксплуатации батареи анод и катод неизбежно изнашиваются, а быстрая зарядка незначительно ускоряет этот процесс. Насколько? Если использовать исключительно «быстрый» способ, то разница в ёмкости в сравнении с медленно заряжаемым аккумулятором проявится года через два или примерно 500–600 циклов, но при таком износе в принципе разумно заменить батарею, так как та неизбежно потеряет 10–15% ёмкости. Подчеркнем, что эта проблема проявляется при использовании и проводных, и беспроводных зарядных устройств высокой мощности.
Почему в некоторых смартфонах беспроводная зарядка до сих пор на 5 Вт?
Стандарт Qi сразу создавался открытым, поэтому за установку индукционной Qi-катушки производители гаджетов не платят никаких лицензионных отчислений. Соответственно, поддержка Qi — это лишь вопрос себестоимости индукционного модуля и перепроектирования внутренностей смартфона. Всякая компания вольна решать, внедрять ли ей поддержку Qi или нет и катушку какой мощности интегрировать.
Смартфон Palm Pre опередил свое время, став первым массовым телефоном с беспроводной зарядкой. И это в 2009 году, за год до появления Qi, за два года до первого Android-фона с опциональной Qi-крышкой и за шесть лет до интеграции Qi-катушек внутрь смартфонов.
Фото: HP
К счастью, цена катушек пала достаточно низко, чтобы установка приёмника даже на 10 Вт практически не отражалась на цене телефона, хотя 3–4 года назад смартфоны почти поголовно имели катушки всего на 5 Вт. В современных устройствах приемник Qi с мощностью 5 Вт можно встретить только по двум причинам: либо вам попалось удешевлённое по всем возможным фронтам устройство, либо это намеренный шаг для разнесения смартфонов компании по разным ценовым сегментам, чтобы дорогие модели имели более явные преимущества над дешёвыми.