Энергия из воздуха

Беспроводные зарядные устройства

11.02.2010
17:35
Олег Нечай

 

Сегодня у каждого из нас есть множество мобильных устройств – это и мобильный телефон, и карманный плеер, и цифровой фотоаппарат, и ноутбук. Всем они замечательны, но лишь до тех пор, пока не сядет батарейка. Кто-то всегда помнит о необходимости подзарядки аккумулятора и делает это заблаговременно, кто-то вспоминает об этом только в тот момент, когда гаджет просто отключается. Но при этом все сталкиваются с общей проблемой – для каждого устройства требуется свой уникальный зарядник.

 

Парадоксально, но факт: в мире, стремящемся к унификации всего и вся, практически каждый производитель электроники считает своим долгом придумать свой собственный, не похожий на другие разъем для зарядного устройства. Более того, у каждого зарядника свое выходное напряжение, своя мощность и сила тока, своя схема взаимодействия с аккумулятором. Представьте, что вы едете в командировку и вам нужно взять блоки питания для телефона, плеера, фотоаппарата, видеокамеры и, наконец, увесистый «кирпичик» для ноутбука – все это хозяйство потянет на килограмм с лишним. А сколько места занимают все эти по сути однотипные устройства!

 

Неуниверсальные «универсалы»

 

Самое очевидное решение проблемы – универсальные блоки питания, которые выпускаются в основном китайскими компаниями. Такие адаптеры снабжены целым набором разъемов, при этом можно выбирать нужное напряжение питания. Однако далеко не факт, что там найдутся разъемы именно для ваших гаджетов, а некоторым устройствам такие адаптеры просто противопоказаны, поскольку не учитывают особенностей установленного в аккумуляторах микроконтроллера. Не случайно практически в любой инструкции по эксплуатации можно увидеть категорический запрет на использование «неродных» блоков питания.

 

Второе решение более красивое, но, увы, оно работает далеко не со всеми гаджетами – это зарядка через шину USB. На такой способ постепенно переходят производители телефонов, коммуникаторов и плееров – у многих подобных устройств комплектный зарядник имеет стандартный разъем miniUSB. Кстати, с недавних пор в Китае вообще запрещена продажа мобильных телефонов, которые не могут заряжаться через шину USB.

 

Минус здесь один – для зарядки по шине USB нужен компьютер или некий универсальный адаптер, выдающий ток со стандартными для этого интерфейса параметрами (то есть 5 В и 500 мА). К тому же шина USB по своим электрическим параметрам относится к маломощным, и ее далеко не всегда можно использовать для зарядки такой техники как видеокамера или ноутбук.

 

Небольшая американская компания Green Plug предложила одноименную технологию, позволяющую через совместимый с miniUSB разъем заряжать и обеспечивать питанием практически любые устройства – от мобильника до ноутбука или принтера. Максимальное расчетное напряжение на таком разъеме достигает 24 В, а управляет процессом зарядки программируемый микроконтроллер. Идея замечательная, но без массовой поддержки со стороны производителей электроники она обречена на провал, ведь в управляющий чип нужно прошить информацию о том, как «общаться» с тем или иным устройством.

 

Идея великого Теслы

 

Намного более элегантная технология – беспроводная зарядка аккумулятора посредством электромагнитной индукции: теоретически она позволяет вообще забыть о кабелях, разъемах и разнообразных адаптерах. Впрочем, пока эта технология еще молода, и для зарядки таким способом требуются посредники, но в будущем в них не будет никакой нужды.

 

Над беспроводной технологией электропитания уже довольно давно работает целый ряд фирм, но до конечного продукта дело дошло только у израильской Powermat и американской Fulton Innovation (под брендом eCoupled), разработку которой продвигает на рынке Leggett and Platt. Готовые образцы зарядных устройств этих компаний были продемонстрированы публике на выставке CES 2009 в Лас-Вегасе в начале года.

 

Принцип действия у обеих систем один: в базовом зарядном устройстве и в принимающем питание гаджете установлены катушки индуктивности. Зарядник подключается к сети и создает электромагнитное поле, возбуждающее катушку в приемном устройстве, которая, в свою очередь, генерирует электрический ток. Тем самым ток как будто бы передается без проводов по воздуху.

 

Собственно говоря, идея далеко не нова: подобные эксперименты, только в гораздо более впечатляющих масштабах, проводил в начале XX века гениальный физик Никола Тесла. Изучая грозовые явления в атмосфере Земли, он пришел к выводу о теоретической возможности передачи электричества на большие расстояния. Работая при электростанции в небольшом американском городке Колорадо Спрингс, Тесла сконструировал генератор с гигантской первичной обмоткой, при этом вторичная обмотка была подключена к шестидесятиметровой мачте, на вершине которой установили медный шар метрового диаметра. Эксперимент показал, что при подаче на первичную катушку тока с напряжением в несколько тысяч вольт на вторичной возникает ток уже в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц!

 

Впоследствии Тесла неоднократно повторял свой эксперимент, но его опыты считали слишком опасными, поэтому до практической реализации передачи электроэнергии дело не дошло. Тем не менее, научный мир оценил заслуги этого незаурядного ученого, в честь которого была названа единица измерения магнитной индукции.

 

Ток без проводов

 

В наши дни идея Теслы получила свою практическую реализацию, но с гораздо более низкими напряжениями. Выглядит это так: в специальный коврик-зарядник встраивается трансформатор и первичная катушка индуктивности, а вторичная обмотка подключается или интегрируется в принимающее устройство.

 

Отличие разработок Powermat и Fulton Innovation заключается в том, что в первом случае заряжаемые устройства распознаются при помощи специальных чипов радиочастотной идентификации (RFID), а во втором – по характеристикам установленной в гаджете катушки индуктивности. При этом для запуска процесса зарядки не требуется выполнять никаких манипуляций – достаточно поместить аппарат в зону действия зарядника. Устройства, которые надо зарядить, просто помещаются на коврик – их тип и необходимые электрические параметры определяются автоматически.

 

В варианте Powermat различные гаджеты (телефоны, плееры, коммуникаторы) нужно помещать в специальные чехлы или док-станции. Существует и универсальное решение – так называемый Power Disс, который может быть установлен на корпус любого устройства – от плеера до ноутбука. А технология eCoupled компании Fulton Innovation подразумевает, что приемные катушки будут встраиваться непосредственно в девайс еще на стадии производства.

 

Представители обеих компаний-разработчиков утверждают, что КПД беспроводных зарядных устройств превышает 90%, в то время как КПД традиционных проводных моделей составляет порядка 50-60%. При этом такие системы не только более эффективно используют электроэнергию, но и заряжают аккумуляторы с той же самой скоростью, что и «родные» адаптеры.

 

Строго говоря, коврики для беспроводной зарядки вовсе не обязательны. Первичные обмотки могут встраиваться в любые предметы, например в рабочий стол, док-станцию для плеера и даже просто в стену. Представители Powermat утверждают, что ее инженеры совместно со специалистами компании Shimizu уже работают над технологией так называемых «электростен». Если этот проект будет реализован, то излучатели энергии для питания телевизоров, стереосистем, холодильников, пылесосов и осветительных приборов будут интегрированы в стены зданий или в мебель. Проблема нехватки и неудобного расположения розеток будет решена, ведь нужда в них просто отпадет! Более того, технология в перспективе позволяет передавать и полезный сигнал, то есть звук, видео и любые цифровые данные – сегодня даже трудно представить, какие возможности она открывает.

 

Разработчики eCoupled делают ставку на мобильные аксессуары: питающую подставку для ноутбука, «карман» для центральной консоли (для фонарей и телефонов), а в перспективе – на рабочую и домашнюю мебель, которая будет обеспечивать энергией компьютеры, мобильники, светильники и пульты дистанционного управления.

 

Объявлено, что беспроводные зарядники появятся в розничной продаже уже в текущем году, причем по вполне разумным ценам – от нескольких десятков до сотни долларов.

 

Вместо заключения

 

Мы рассказали только о двух технологиях беспроводной передачи энергии, но на самом деле их гораздо больше. И здесь мы снова сталкиваемся… с чем? Правильно, с проблемой совместимости. Именно поэтому в конце 2008 года такие компании, как Fulton Innovation, Logitech, Royal Philips Electronics, Sanyo Electric и Texas Instruments, создали организацию Wireless Power Consortium, которая займется созданием промышленного стандарта на беспроводные зарядные станции. На начальном этапе будут выработаны единые стандарты для маломощных (до 5 Вт) приборов с малым радиусом действия, а затем дело дойдет и до «электростен». Узнать совместимые приборы можно будет по соответствующему логотипу, и чем больше устройств получит такую маркировку, тем скорее мы окончательно избавимся от надоевших проводов.