Как устроена зарядка для телефона

Как работают зарядные устройства для телефонов?

Большинство из нас каждый день используют зарядное устройство для телефона. За последние несколько лет этот аксессуар претерпел значительные изменения. В первую очередь, производители начали стандартизировать зарядные устройства, которые не так давно существенно различались в зависимости от конкретной модели смартфона. Также были созданы новые типы оборудования, благодаря которому мы можем заряжать смартфоны по-новому.

Из чего состоит зарядное устройство?

БП для телефона подключается к электрической розетке, напряжение которой составляет 230 В. Зарядное устройство помимо блока состоит из USB-кабеля, который подключается непосредственно к мобильному устройству. Можно выделить моноблочные варианты ЗУ, в которых зарядный кабель постоянно подключен к источнику питания. Однако сегодня популярны аксессуары, которые состоят из отдельного адаптера и подключаемого к нему USB-кабеля.

Как работает сетевое зарядное устройство

Зарядки для телефонов работают по простому принципу, преобразуя переменный ток в постоянный. Они регулируют напряжение, с которым может работать смартфон. Таким образом, из входного напряжения, обеспечиваемого электрической розеткой (230 В), они создают выходное напряжение, например, 5 или 9 В. Специальный регулятор в зарядном устройстве также участвует в ограничении силы тока.

Различные стандарты разъемов USB

USB-коннекторы отдельных зарядных устройств могут отличаться в зависимости от производителя и поколения самого телефона. Однако в последнее время они полностью сведены к единому стандарту Type-C. До этого старые смартфоны с операционной системой Android использовали разъем microUSB, iPhone комплектовали разъемом Lightning. А еще более “древние” устройства Apple использовали широкий 30-контактный разъем.

Напряжение и сила тока

Зарядные устройства для телефонов отличаются и по другим параметрам. Наиболее важные из них — это напряжение и сила тока. Они напрямую связаны со временем зарядки нашего смартфона. Чем выше эти показатели, тем быстрее заряжается устройство, так как больше мощность. Однако телефон должен быть технологически адаптирован к этому. В противном случае он может перегреться и выйти из строя. Поэтому начали создаваться мобильные аппараты, поддерживающие различные типы технологий быстрой зарядки, такие как Quick Charge, SuperCharge или Power Delivery. Зарядные устройства также сделаны по тем же стандартам.

Дополнительные функции

Современные адаптеры питания для портативного оборудования не только поддерживают технологию быстрой зарядки, но и обладают другими дополнительными удобствами. В настоящее время в большом количестве производятся адаптеры, которые имеют несколько входов USB, часто разных стандартов. Благодаря этому мы можем зарядить несколько смартфонов одновременно, используя одну электрическую розетку или место в удлинителе. У нас также есть возможность приобрести зарядные устройства для телефонов с нестандартным длинным USB-кабелем, например длиной свыше одного метра.

Как работает технология быстрой зарядки в смартфонах

Емкость аккумуляторов современных смартфонов постоянно растет, но и энергопотребление тоже увеличивается. Увеличение объема батареи положительно сказывается на автономности, но приводит к увеличению времени зарядки и производители активно внедряют поддержку ускорения этой функции.

Быстрая зарядка в смартфоне – это технология, которая работает по принципу увеличения силы тока, который подается на батарею от блока питания. Изначально блоки питания для зарядки мобильных устройств выдавали напряжение 5 В с силой 500-1000 мА. Но при таких параметрах теоретически за час можно восполнить на более 1000 мАч емкости аккумулятора смартфона. На практике это значение еще меньше, так как чем больше заряжена батарея – тем сильнее приходится уменьшать силу тока.

Принцип работы быстрой зарядки в смартфоне

Самым первым способом ускорить процесс зарядки стало повышение силы тока. Ранние технологии позволили выдавать силу тока до 2 ампер, при напряжении 5 вольт, что давало мощность в 10 ватт. Однако дальше двигаться таким путем оказалось сложно: для больших токов требуются толстые провода, так как от этого зависит сопротивление жил. С некачественным кабелем даже 2 А получить нелегко, так как возникнут просадки.

Использовать кабель с большим сечением жил проблематично, поэтому производители решили пойти путем увеличения напряжения, при сохранении прежней силы тока. Однако литиевые аккумуляторы требуют для заряда напряжения в узком диапазоне, подать «чистые» 12 В на контакты нельзя. Чтобы решить проблему, были разработаны специальные контроллеры заряда, которые встраиваются в чипсет или на материнскую плату. Они принимают напряжение выше 5 вольт, преобразуя его в оптимальное для аккумуляторных ячеек.

Виды быстрой зарядки для смартфонов

Для того, чтобы повысить скорость зарядки, производители комплектующих для смартфонов разрабатывают новые технологии быстрой зарядки. Компания Qualcomm предлагает QuickCharge, у MediaTek имеется конкурирующая PumpExpress, а у OPPO – аналог под названием VOOC. Samsung предлагает пользователям Fast Adaptive Charging. В смартфонах Asus имеется поддержка Asus BootMaster, в Motorola – TurboPower, а в Huawei – SmartPower.

Актуальные поколения QuickCharge и PumpExpress способны использовать разные напряжения, блоки питания могут выдавать от 5 до 12 В. Зарядное устройство взаимодействует с контроллером заряда, от которого получает «подсказки», какой ток и напряжение следует выдать в данный момент. Может использоваться как ступенчатое регулирование (5, 9, 12 В и т.д.), так и плавное (от 3,2 до 20 В, с шагом 200 мВ, применяется в QuickCharge 3.0).

Так как за беспроводную зарядку отвечает чипсет, то именно от него зависит тип используемой технологии. Самостоятельными можно считать методы Qualcomm, Samsung, Mediatek, Huawei, то есть, компаний, производящих чипсеты. Особняком стоит VOOC от Oppo. Она реализована за счет использования многоячеечных аккумуляторов, способных заряжаться параллельно. За счет этого «залить» 2500 мАч можно всего за 15 минут.

Другие технологии быстрой зарядки – это, как правило, вариации на базе QuickCharge, названные другим именем. А в целом – все они используют один принцип: сначала блок питания постепенно увеличивает ток и напряжение, подбирая максимально возможные параметры, потом на максимальной мощности происходит зарядка до 50-70 % емкости, а дальше – идет плавное снижение силы тока и напряжения.

Вредна ли беспроводная зарядка в смартфонах?

Литиевые (литий-ионные и литий-полимерные) аккумуляторы смартфонов чувствительны к силе заряда. Использование некачественного ЗУ, зарядка и разрядка с чрезмерно большими токами могут сокращать их ресурс, поэтому имеют место утверждения о вредности быстрой зарядки.

На самом деле, контроллер питания – достаточно сложно устройство, которое способно подбирать оптимальный режим пополнения емкости. Пока плотность заряда в ячейке аккумулоятора невысокая – он подбирает максимально возможную мощность зарядки. С повышением плотности химические процессы в аккумуляторе ускоряются, усиливается нагрев (а вредит именно он). Контроллер фиксирует это и уменьшает мощность питания, чтобы предотвратить нагрев. Как итог, температурный режим поддерживается в норме, негативное воздействие на аккумулятор сводится к минимуму.

В интернете часто всплывают новости о взрывах смартфонов, а страшилки про то, что это происходит из-за быстрой зарядки, очень распространены. В теории такое действительно возможно, однако часто проблема – не в технологии быстрой зарядки, а в неисправном оборудовании. Использование некачественных блоков питания и кабелей, пользование смартфонов с поврежденным аккумулятором, деформированным корпусом и т.д. – вот главные причины взрывов и возгораний.

Чтобы избежать пожара, взрыва или просто вздутия аккумулятора – достаточно соблюдать несколько простых правил. Нельзя накрывать заражающийся смартфон подушкой или другим предметом, оставлять его заряжаться на нагретом летним солнцем подоконнике или панели автомобиля. Также не рекомендуется использовать кабели и блоки питания сомнительного происхождения.

Как работает беспроводная зарядка для телефона?

Чтобы зарядить телефон, достаточно положить его на платформу. Поступил звонок? — Можно снять, отойти от зарядки, поговорить, положить обратно. Удобно: не нужно несколько раз подключать и отключать кабель, расшатывая на аппарате разъем для питания. Что представляет собой устройство и как оно заряжает смартфон?

Технология беспроводной передачи энергии

Работа устройства основана на электромагнитной индукции. Чтобы запустить процесс, нужны две индукционные катушки: в зарядке — в качестве передатчика, в телефоне — в роли приемника. Когда зарядку включают в сеть, происходит следующее:

1. Магнитное поле возникает вокруг катушки-передатчика.
2. Электромагнитные волны в катушке-приемнике преобразуются в электричество, когда телефон попадает в зону действия магнитного поля.
3. Аппарат заряжается.

Между устройствами не должно быть больше 4 см. Это необходимо по главному стандарту передачи Qi. Стандарт применяют в iPhone, смартфонах Asus, Samsung, Nokia, Huawei, Xiaomi.
Из-за необходимости близко располагать катушки большинство беспроводных зарядных устройств изготавливают в виде платформ, на которые удобно класть телефон.

Особенности беспроводных зарядок

1. Шанс сохранить разъем для питания. Проводная зарядка быстрее расшатывает разъем. Владельцы смартфонов часто обращаются в ремонт телефонов в Минске с этой неполадкой.
2. Возможность использовать два способа зарядки. У большинства телефонов, поддерживающих стандарт Qi, предусмотрена и проводная зарядка.
3. Разнообразие моделей. Устройства оформляют в корпусы, оснащают подсветкой. Аппараты становятся оригинальным предметом интерьера.

1. Длительный период зарядки. Для полноценного заряда нужно в 1,5–2 раза больше времени.
2. Невысокий КПД. Показатель достигает 75%. У проводных — 97%.
3. Сильный нагрев смартфонов. Перегревание может спровоцировать поломку аккумулятора.
4. Дополнительные приспособления. Не все телефоны поддерживают стандарт Qi, поэтому нужно покупать адаптеры, чтобы добавить функцию беспроводной зарядки.

Когда устройства только появились на рынке, люди опасались, не вредны ли они для здоровья. Этот факт опровергли эксперты фирмы-разработчика — Wireless Power Consortium. Мощность зарядок — 5–15 Вт, для человека опасны приспособления в 120 Вт.

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.

• Как устроена и работает пожарная сигнализация
• Как устроены радиоуправляемые модели
• Устройство, принцип работы и схема подключения домофона (видеодомофона)

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями: