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.
Что находится внутри современного кабеля для зарядки
Внутри современных кабелей для зарядки находится много разной электроники — кроме самих проводов, там есть свои процессоры, оперативная память и даже некоторое подобие операционной системы. По аппаратной мощности железо современного провода для зарядки близко к тем компьютерам, с помощью которых запускали первые спутники и сажали корабли на Луну. Теперь копнём глубже.
Как устроен простейший провод для зарядки
Раньше в самых простых кабелях для зарядки было всего два провода — для плюса и минуса. Одним концом они уходили в блок питания, а другим — в телефон через специальный разъём. Блок питания готовил нужное напряжение и силу тока и отправлял их по проводам напрямую к батарее телефона. Это просто, надёжно, но сейчас этого уже недостаточно.
Ток поступал не сразу в батарею (хотя случалось и такое), а через контроллер. Это такая микросхема, которая встраивается в аккумулятор и следит за тем, как происходит зарядка и как ток в неё поступает. В самом простом случае контроллер отключал заряд, когда его уровень достигал нужного значения. Ниже мы разберём подробнее, как это работало тогда и сейчас.
Современным кабелям для зарядки только двух проводов уже недостаточно. Дело в том, что телефону во время заряда теперь нужно контролировать много разных параметров:
- регулировать силу тока и напряжение;
- следить за температурой аккумулятора и телефона;
- рассчитывать остаточное время зарядки;
- фильтровать и сглаживать всплески и перепады напряжения;
- проверять оригинальность самого провода и зарядного устройства.
Для этого в современные кабели для зарядки добавляют много разной электроники, которая позволяет за всем этим следить и всем этим управлять. Мы расскажем обо всём, что может быть в фирменном кабеле, но что будет конкретно в вашем проводе для зарядки — зависит от производителя и его технических возможностей.
Для сравнения: вот самый простой кабель для зарядки — у него почти нет электроники и ток поступает напрямую на контакты:
А вот оригинальный кабель — со встроенными контроллерами, которые следят за всеми параметрами заряда:
Зачем нужен контроллер батареи
Контроллер батареи не относится к содержимому кабеля для зарядки, но играет важную роль в этом процессе. Он находится на самой батарее, и от него зависит сила тока и напряжение, которые поступают в аккумулятор телефона. Распределять ток и напряжение нужно, чтобы батарея не перегревалась и заряжалась до нужного уровня. Технически без контроллера можно было бы обойтись, но тогда батарея быстро перегреется и может выйти из строя.
Самые простые контроллеры батареи просто останавливали зарядку, если ток не соответствовал нужным параметрам или батарея зарядилась полностью. Сейчас задачи контроллера выросли: он может послать сигнал в блок питания, чтобы он дал напряжение побольше или поменьше, если телефон поддерживает разные режимы зарядки. Ещё он следит за температурой, циклами заряда и общим состоянием батареи — это помогает оценить, на какое время хватит текущего заряда и насколько вообще изношена батарея.
А ещё контроллер батареи берёт на себя всю работу по управлению процессом зарядки, если заряжать телефон самым простым кабелем, где нет электроники, а есть только два провода для питания.
Чип контроля текущего заряда батареи
У большинства современных кабелей есть чипы, которые контролируют уровень текущего состояния батареи и определяют, насколько разряжен аккумулятор. Это синхронизирует работу телефона и зарядника, чтобы в режиме реального времени вычислять накопленный заряд и управлять напряжением на блоке питания, если он это поддерживает.
Например, контроллер текущего заряда «понимает», что батарея заряжена уже на 90%, поэтому остальные 10 процентов лучше зарядить током поменьше, чтобы продлить срок службы батареи. Он может отдать команду контроллеру напряжения, чтобы тот попросил блок питания снизить ток, если блок питания поддерживает такой режим.
Контроллер напряжения
Задача этого контроллера — регулировать напряжение, которое поступает от блока питания в телефон. Он обменивается сигналами с контроллером в телефоне и выбирает нужный режим зарядки.
Например, если контроллер соединяется с электроникой в телефоне и выясняет, что телефон поддерживает быструю зарядку, контроллер разрешает передавать в телефон высокое напряжение и увеличить силу тока. Телефон тоже умеет отдавать сигналы этому контроллеру: в зависимости от настроек железа телефон может попросить зарядное устройство дать ему конкретные значения тока и напряжения, чтобы зарядить батарею оптимальным образом.
Если микросхема в телефоне не узнает контроллер напряжения в кабеле, она перейдёт на самый щадящий режим подачи тока, чтобы не перегреть батарею, или откажется заряжаться.
Контроллер положения разъёма
Большинство современных разъёмов можно вставлять в телефон любой стороной, заряд всё равно пойдёт. За это отвечает контроллер положения разъёма, впаянный в микросхему зарядки. Когда штекер зарядного устройства подключают к телефону, контроллер определяет его положение и переключает ток на нужную сторону контактов.
Это не влияет на остальные параметры зарядки, но позволяет освободить неиспользуемые провода и использовать их, например, для передачи данных при подключении телефона к компьютеру.
Контроллер сертификации
Некоторые производители смартфонов ограничивают работу своих устройств только фирменными зарядками, чтобы избежать скачков напряжения и поломки телефона. В этом помогает контроллер сертификации — в него зашит уникальный идентификационный номер, прописанный в базе данных изготовителя. При подключении зарядки телефон считывает идентификатор чипа и ищет его в базе. Если номер найден, телефон начинает заряжаться. Если такого номера нет, на экране появляется уведомление «Данный кабель или аксессуар не сертифицирован», зарядки не происходит, так как телефон не соединился с зарядником.
Модуль памяти
При подключении кабеля телефон и зарядное устройство обмениваются данными, в том числе о том, какие параметры напряжения установлены в зарядке и какие — в телефоне. Модуль памяти запоминает параметры подключения, которые уже использовались в предыдущем сеансе зарядки, чтобы зарядить аккумулятор максимально быстро, но без лишней нагрузки.
Также в модуле памяти хранится уникальный ключ зарядного устройства, подтверждающий сертификацию, и предустановленные настройки от производителя — с какими силой тока и напряжением может работать зарядник. Туда же записываются временные настройки, которые позволяют контролировать работу других чипов в кабеле и обмениваться данными с телефоном.
Что в итоге
Внутри современных умных кабелей для зарядки спрятан целый микрокомпьютер. В результате обмена сигналов между телефоном и кабелем происходит быстрая зарядка, когда телефон получает нужный ток в нужный момент, или обычная, если нужных микросхем в кабеле нет.
Но главное, зачем нужна вся эта электроника, — сделать процесс заряда максимально безопасным для телефона и продлить срок службы аккумулятора.
Как работает беспроводная зарядка?
Мобильные телефоны и другие устройства с момента их появления за очень короткое время прошли несколько этапов своего развития, с ними вместе эволюционировали аксессуары. В настоящее время многие пользователи задаются вопросом, а как работает беспроводная зарядка? Такие изделия появились уже довольно давно и получают все большее распространение среди пользователей.
В связи с этим предлагаем краткий обзор путей развития технологий, обеспечивающих зарядку смартфонов, планшетов и ноутбуков без подключения через кабель. Для лучшего понимания вопроса в статье рассматривается принцип действия таких устройств, а также описания действующих стандартов и существующие ограничения по использованию упомянутых приспособлений.
История разработки и развития стандартов
Десятилетие назад один из производителей представил мобильный телефон PalmPre, в конструкции которого были применены революционные технические решения. В этом электронном устройстве впервые был реализован принцип беспроводной зарядки. Гаджет был презентован как телефон будущего, но проект оказался не слишком удачным и не принес ожидаемых финансовых результатов. Компания изготовитель вынуждена была его закрыть.
Вместе с тем история зарядных устройств без кабеля для телефонов, ноутбуков и планшетов не завершилась. Развитие этой прорывной технологии можно условно разделить на несколько этапов:
- За год до выпуска первого мобильного, заряжаемого без подключения через кабель, в 2008 году был создан открытый консорциум, занявшийся вопросами разработки нормативной документации.
- В сентябре 2010 года один из ведущих специалистов упомянутого объединения Метью Броерсма представил первую версию спецификации. Согласно последней были сертифицированы первые модели для iPhone и Blackberry.
- В 2015 году мебельный бренд IKEA начал выпуск мебели со встроенными модулями.
На текущий момент все больше производителей электронных девайсов внедряют новейшие технологии в своей продукции. Помимо продажи этих аксессуаров пользователям в развитых странах они стали устанавливаться в кафе, аэропортах, торгово-развлекательных центрах. Это позволяет без проблем подзаряжать оснащенный соответствующим модулем смартфон, что стимулирует рост их продаж.
Принцип действия
Процесс выглядит очень просто: сотовый размещается на специальной панели и единственным его внешним признаком зачастую служит оживший индикатор на дисплее. Принцип работы беспроводной зарядки заключается в использовании явления индуктивности. При пропускании тока через катушку вокруг нее возникает магнитное поле, перпендикулярно к которому образуется электрическое поле. Последнее генерирует ток в соответствующих контурах гаджета.
Технология индукционной зарядки планшетов и смартфонов несколько сложнее и имеет ряд особенностей, главным из которых является наличие обратной связи. Данная технология работает следующим образом:
- Описываемое изделие, подключенное к сети, находится в состоянии ожидания. Как только к нему подносят гаджет на расстояние менее 4 см, оно переходит в активный режим.
- Пока девайс работает в фоновом режиме, он каждые 0,4 с излучает импульс, позволяющий контролировать процесс. По мере накопления энергии напряжение постепенно снижается.
- Как только аккумулятор девайса будет полностью заряжен трансмиттер, автоматически переходит в фоновый режим. На экране гаджета высвечивается соответствующее сообщение.
Обратная связь между приемными и передающими компонентами позволяет снизить расход электроэнергии до минимального. Этим не только обеспечивается их экономичность, но и оптимальный режим для аккумуляторной батареи смартфона, планшета или ноутбука.
Состав и конструкция
Описываемое изделие представляет собой комплекс из двух модулей приемного и передающего, взаимодействующих друг с другом по заданному алгоритму. Собственно такой аппарат, называемый трансмиттером, состоит из трех частей:
- Индукционная катушка с определенным числом витков, намотанная из изолированного медного провода расчетного сечения.
- Электронная схема управления, обеспечивающая работу компонентов в разных режимах.
- Корпус из диэлектрического материала: полимер или композит, обычно имеет вид плоской коробки круглой или прямоугольной формы с разъемом для подключения сетевого адаптера.
Приемный модуль встраивается в сотовый, планшет или ноутбук. Основной его частью является катушка индуктивности, размещенная у задней стенки корпуса. Из приведенного выше описания принципа действия беспроводного зарядного устройства становится понятно, как работает приемная его часть. В витках провода наводятся токи, которые через контроллер подаются на аккумуляторную батарею. Данный электронный компонент дополнительно следит за нагревом катушки, чтобы избежать опасных для гаджета температурных режимов.
Основные разновидности стандартов QI и их характеристики
Разработкой спецификаций занимается упомянутый ранее открытый консорциум WPC (Wireless Power Consortium). В качестве названия стандарта QI выбрано одно из фундаментальных понятий китайской философии «ЦИ», обозначающее жизненную энергию. Объединение разрабатывает и внедряет нормативы и требования к индукционным трансмиттерам и ресиверам.
На сайте Консорциума сейчас доступна спецификация в версии 1.2.4, существенно доработанная и имеющая следующие отличия от более ранних модификаций:
- Увеличенная до 15 Вт мощность передающих и принимающих контуров.
- Улучшение температурных и временных параметров смартфонов.
- Повышенная чувствительность электронных модулей, что увеличивает расстояние обнаружения заряжаемых девайсов.
- Введен дополнительный идентификатор для приемных модулей с уникальным кодом.
Знание спецификаций QI позволяет лучше понять, как работает беспроводное зарядное устройство для смартфонов и какие виды спецификаций используются в данный момент. На сегодняшний день существуют три их варианта, различающихся по излучаемой мощности:
- Низкая: от 0 до 5 Вт.
- Средняя: не более 10 Вт.
- Высокая: от 10 до 15 Вт.
Индукционные зарядные, применяемые для мобильных телефонов рассчитываются на силу тока в 1 А, а для планшетных компьютеров – 2 А. По состоянию дел на сегодня действуют все существующие версии спецификаций: 1.0; 1.1 и 1.2. При этом последние версии технических нормативов доступны только для членов Консорциума.
Правила использования
Применение таких аксессуаров позволяет избежать проблем с кабелями, а также повреждений разъемов из-за перекоса. О том, как использовать беспроводную зарядку и делать это правильно, можно узнать из прилагаемой инструкции. На самом деле все просто:
- Передающий модуль подключается к бытовой сети при помощи мощного адаптера с током не менее 1 или 2 А.
- Размещается аксессуар на столе или в любом удобном для вас месте.
- На нее сверху укладывается заряжаемый гаджет, на экране которых с началом процесса появляется соответствующее системное сообщение.
По достижении максимальных показателей батареи аксессуар автоматически отключается и гаджет можно использовать по назначению. При этом следует понимать, что при индукции происходят значительные потери энергии, а значит процесс ее накопления в АКБ более длительный в сравнении с обычными проводными аксессуарами.
Разобравшись, как работает беспроводная зарядка для телефона, пользователь сможет самостоятельно выбрать наиболее подходящую ее модель. Сотрудники нашего интернет-магазина готовы оказать вам помощь в этом вопросе и бесплатно проконсультировать об особенностях действующих версий стандартов QI.
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.