Развитие беспроводных зарядных устройств

Сергей Асмаков

Последний кабель

Стандартизация — залог успеха

Преимущества и ограничения

Устройства и инфраструктура

Перспективы

 

По мнению многих аналитиков и экспертов, в наступившем году системы беспроводной подзарядки наконец-то перестанут быть экзотикой и начнут победное шествие на рынке мобильных устройств.

Последний кабель

Характеризуя то или иное электронное устройство, мы всё чаще пользуемся набором прилагательных «мобильное» и «беспроводное». Действительно, современные мобильные устройства, за редким исключением, уже невозможно представить без набора беспроводных интерфейсов. Именно с их помощью осуществляется подсоединение к каналам широкополосной связи (сотовым сетям, зонам беспроводного доступа, локальным сетям дома и в офисе и т.д.), периферийным устройствам (гарнитурам, наушникам, акустическим системам, накопителям), другим мобильным гаджетам и компьютерам.

Однако есть одно обстоятельство, которое пока не позволяет называть мобильные устройства в полной мере беспроводными. Ведь даже владельцам безумно дорогих ультрасовременных смартфонов и планшетов по-прежнему приходится мириться с необходимостью регулярно подключать кабель к внешнему источнику питания для подзарядки аккумуляторной батареи, обеспечивающей работу мобильного устройства в автономном режиме. А учитывая отменный аппетит современных гаджетов, оснащенных большими дисплеями высокого разрешения, многоядерными процессорами и набором беспроводных интерфейсов, делать это приходится практически ежедневно.

 

Можно ли считать мобильное устройство в полной мере беспроводным,
если для его подзарядки необходимо подключать кабель?

Нельзя сказать, что производители не предпринимают усилий для решения этой проблемы. Одним из важных шагов, позволивших значительно облегчить жизнь конечных пользователей, стала стандартизация электрических характеристик и разъемов для подключения внешних источников питания. Значительную часть ныне выпускаемых мобильных устройств можно подзаряжать от порта USB, используя для подключения стандартный интерфейсный кабель. С одной стороны, прогресс очевиден: вместо полудюжины разнокалиберных адаптеров, каждый из которых был оснащен кабелем с уникальным разъемом, теперь вполне можно обойтись одним универсальным источником питания с розеткой USB. С другой стороны, окончательно избавиться от извивающихся по столу проводов всё же пока не удалось. И если в домашней обстановке проводное подключение внешнего источника питания еще можно считать приемлемым вариантом, то в мобильных условиях необходимость подсоединения даже одного кабеля создает множество неудобств.

 

Декоративные светильники Philips Imageo комплектуются
беспроводным бесконтактным зарядным устройством

Одним из способов окончательного решения данной проблемы является внедрение технологий, позволяющих передавать электрическую энергию на небольшие расстояния без использования кабелей. Принцип работы подобных систем известен уже более века, да и примеров их успешного применения в различных устройствах можно найти немало. Так, в графических планшетах компании Wacom уже более десятка лет применяются беспроводные безбатареечные перья, получающие питание от планшета. В продаже представлены электрические зубные щетки, электробритвы и декоративные светильники, встроенные аккумуляторы которых подзаряжаются бесконтактным способом. Еще один пример — смарт­карты, используемые в качестве электронных пропусков, проездных билетов и т.д. В такой карте есть миниатюрный чип, но нет встроенного источника питания. Необходимый для работы ток чип получает от считывающего терминала (валидатора) при помощи встроенной в карту антенны.

Стандартизация — залог успеха

В современных условиях одним из важных слагаемых успеха любой технологии, разработанной для внедрения в массовых устройствах, является стандартизация. Даже самые передовые решения будут малопривлекательными для конечных пользователей до тех пор, пока сфера их применения ограничена продукцией одного (пусть даже крупного и хорошо известного) производителя. За примерами далеко ходить не надо: вспомните хотя бы носители MiniDisc и флэш­карты формата Memory Stick компании Sony.

Неудивительно, что производители оборудования, заинтересованные во внедрении технологий бесконтактной беспроводной подзарядки, начали решение этого вопроса с создания единого индустриального стандарта. С этой целью 17 декабря 2008 года была основана организация Wireless Power Consortium (WPC). Изначально в ее состав вошли представители компаний ConvenientPower, Fulton Innovation, Logitech, National Semiconductor, Royal Philips Electronics, Sanyo Electric, Shenzhen Sang Fei Consumer Communications и Texas Instruments. Впоследствии список членов WPC постоянно расширялся (в него, в частности, вошли такие известные производители, как Olympus, Nokia и Energizer) и к настоящему моменту включает более ста компаний.

 

Логотип стандарта Qi

Весной 2010 года члены Wireless Power Consortium завершили работу над текстом спецификации первой части стандарта беспроводных зарядных устройств малой мощности (до 5 Вт), получившего название Qi (читается «ки»). В этом документе описываются требования к беспроводным зарядным станциям и ресиверам, встраиваемым в мобильные устройства. Также были утверждены процедуры тестирования и сертификации устройств на соответствие требованиям стандарта Qi и совместимость с соответствующим оборудованием других производителей.

К сожалению, избежать «войны стандартов» в сфере беспроводных зарядных устройств вряд ли удастся. В начале мая минувшего года компании Samsung Electronics и Qualcomm основали альянс Alliance for Wireless Power (A4WP) — независимую организацию для продвижения и стандартизации решений в области беспроводных зарядных устройств, а также тестирования и сертификации соответствующего оборудования. Нетрудно заметить, что A4WP является прямым конкурентом WPC.

В конце октября прошел симпозиум A4WP, на котором участники альянса обсуждали основные положения спецификации. В качестве базовой была выбрана технология магнитного резонанса в ближнем поле. Основные положения спецификации A4WP предусматривают возможность одновременной подзарядки нескольких устройств различной мощности и создания зарядных поверхностей, встраиваемых в автомобили, мебель и т.д.

Есть информация о том, что компания Apple также ведет работы по созданию систем беспроводной зарядки для своих устройств. Впрочем, это вряд ли волнует кого-нибудь, кроме обладателей гаджетов «яблочной» компании.

Преимущества и ограничения

Главные преимущества беспроводной подзарядки — отсутствие кабелей и максимальная простота использования. Чтобы зарядить мобильное устройство, достаточно положить его на поверхность специального планшета, после чего будет автоматически установлено соединение и начнется процесс подзарядки.

Конструкция и принцип работы зарядных планшетов обеспечивают высокую безопасность и надежную защиту от неблагоприятных воздействий. Эффективный радиус действия ныне выпускаемых систем не превышает нескольких миллиметров, а мощность электромагнитного излучения быстро ослабевает по мере удаления от его источника. Так что в этом смысле беспроводные зарядные устройства гораздо безопаснее таких столь привычных нам приборов, как микроволновые печи и мобильные телефоны.

 

Беспроводной зарядный планшет Energizer, рассчитанный
на два устройства

Беспроводной зарядный планшет можно сделать полностью герметичным — в таком случае пролитая на его поверхность жидкость не приведет к возникновению неисправностей и поломок. Это позволяет создавать зарядные поверхности, встраиваемые в кухонную мебель или в столики кафе. А благодаря механизму автоматического обнаружения приемных устройств, планшету не нанесут вреда даже металлические предметы (ключи, монеты и т.п.), случайно оказавшиеся на его поверхности.

Еще одно преимущество, о котором хотелось бы упомянуть, — отсутствие электрического контакта между зарядным устройством и заряжаемым аппаратом. Это значительно снижает риск повреждения последнего при резких колебаниях и бросках в электросети, а также при выходе из строя зарядного устройства.

 

Демонстрация работы прототипа
«многоместного» зарядного планшета

По большому счету, развитие систем беспроводной подзарядки только начинается, поэтому приходится считаться с определенными ограничениями. Как уже было упомянуто, действующая спецификация стандарта Qi позволяет подключать устройства, потребляющие не более 5 Вт. Этого вполне достаточно для питания беспроводной гарнитуры, смартфона или портативной игровой приставки. Однако для подзарядки аккумулятора цифрового фотоаппарата, а тем более ноутбука требуется значительно более высокая мощность. Таким образом, сфера применения беспроводных зарядных устройств пока ограничена лишь относительно маломощными гаджетами.

Для достижения приемлемой эффективности передачи электроэнергии необходимо точно совмещать катушки приемника и зарядной поверхности. По этой же причине существует жесткое ограничение по максимальному расстоянию между катушками приемного и передающего модулей: в ныне выпускаемых устройствах оно не может превышать нескольких миллиметров.

 

Внутренняя компоновка беспроводного
зарядного устройства с массивом катушек

Способы обеспечения точного совмещения катушек приемного и передающего модулей описаны в действующей спецификации стандарта Qi. В частности, предусматривается возможность создания зарядных устройств с подвижной катушкой либо с массивом катушек. Реализация этих решений позволяет конечным пользователям не заботиться о точном совмещении приемного модуля заряжаемого аппарата с определенным участком зарядной поверхности.

Устройства и инфраструктура

Первые серийные устройства, оснащенные встроенными модулями для подключения к беспроводным зарядным планшетам стандарта Qi, были выпущены в конце 2010 года. Далее процесс пошел по нарастающей: в 2011-м в линейках компании HTC, LG, Motorola, Samsung, Fujitsu, NEC и Sharp появились мобильные телефоны и смартфоны, оснащенные встроенными модулями для беспроводного подключения к зарядным устройствам стандарта Qi. К концу минувшего года таких моделей насчитывалось уже более трех десятков. Из наиболее свежих новинок можно упомянуть аппараты Google Nexus 4, Nokia Lumia 920 и HTC Windows Phone 8X.

 

Смартфон Nokia Lumia 920 с фирменным
беспроводным зарядным устройством

Растущий интерес к беспроводным зарядным устройствам был отражен в экспозиции крупнейших выставок минувшего года. Например, на стендах январской CES 2012 было представлено в общей сложности более 70 серийных продуктов и прототипов с поддержкой технологии беспроводной зарядки Qi.

Чтобы ускорить процесс внедрения новой технологии, производители аксессуаров начали выпуск адаптеров, позволяющих реализовать функцию беспроводной зарядки в уже эксплуатируемых устройствах. Наиболее простым и удобным вариантом модернизации является замена штатной крышки батарейного отсека на аналог, оснащенный встроенным модулем для подключения к беспроводному зарядному устройству. Другой вариант — защитные чехлы и съемные накладки на корпус со встроенным модулем беспроводной зарядки. Решение менее изящное, поскольку в этом случае необходимо подсоединять провод от беспроводного зарядного модуля к USB-порту или док­разъему мобильного устройства.

 

Сменная задняя панель смартфона, оборудованная
встроенным модулем беспроводной подзарядки

Очевидно, что продвижение устройств с функцией беспроводной подзарядки невозможно без создания разветвленной инфраструктуры, позволяющей пополнять запас электроэнергии не только дома и в офисе, но также в общественных местах и в пути.

Для эксплуатации в стационарных условиях производители предлагают две разновидности беспроводных зарядных устройств. В одну из них входят зарядные коврики, планшеты и т.п. Другая разновидность — беспроводные зарядные модули, встраиваемые в бытовые электронные устройства и мебель. В качестве примеров можно привести будильники и музыкальные центры со встроенной зарядной поверхностью. Удобным вариантом для дома и офиса являются беспроводные зарядные планшеты, встроенные в мебель, например в столешницу или полку. В этом случае достаточно положить смартфон или другое мобильное устройство на определенную область стола — и оно автоматически начнет заряжаться.

 

Задник для портативной игровой консоли Nintendo 3DS,
обеспечивающий возможность беспроводной подзарядки

Перспективным направлением является установка зарядных поверхностей в автомобилях. Для разработки и внедрения таких решений в рамках консорциума WPC была создана специальная рабочая группа под названием Automotive Application Group (AAG).

В наступившем году беспроводные зарядные устройства, сертифицированные на совместимость со стандартом Qi, появятся в серийно выпускаемых дорожных автомобилях компаний Chrysler, General Motors и Toyota.

Владельцы автомобилей Dodge Dart с тюнинговым пакетом MOPAR получат в свое распоряжение беспроводное зарядное устройство, вмонтированное в центральную консоль. Функционирует зарядная поверхность размером 210×241 мм только при включенном зажигании. Начало продаж модели Dodge Dart намечено на II квартал текущего года.

 

Погодная станция Oregon Scientific QW201
со встроенной зарядной поверхностью

Автомобиль Toyota Avalon Limited 2013-го модельного года можно будет оснастить модулем беспроводной зарядки портативных электронных устройств — правда для этого потребуется установить пакет опций Technology Package. Поверхность для размещения заряжаемых устройств расположена внутри небольшой полочки, выдвигающейся из центральной консоли автомобиля.

 

Верхняя панель портативной акустической системы JBL
представляет собой зарядную поверхность

Важным фактором, который будет способствовать популяризации новой технологии, является развитие инфраструктуры беспроводных зарядных устройств в общественных местах — кафе, гостиницах, аэропортах и т.д. Этот процесс уже набирает обороты в ряде азиатских стран — в частности в Японии и Южной Корее. Так, в Стране восходящего солнца к началу IV квартала минувшего года насчитывалось в общей сложности более 500 публичных мест, оборудованных беспроводными зарядными поверхностями. По словам вице-президента крупнейшего японского оператора связи NTT Docomo Хироюки Ёшида (Hiroyuki Yoshida), уже к концу марта планируется увеличить их количество до 10 тыс.

 

Выдвижная полочка с зарядной поверхностью
в интерьере автомобиля Toyota Avalon Limited

Высокие темпы развития инфраструктуры беспроводных зарядных устройств в Японии обусловлены большим количеством пользователей, имеющих в своем распоряжении мобильные устройства с соответствующей функцией. Например, NTT Docomo реализовал уже более 1,8 млн мобильных телефонов с поддержкой беспроводной зарядки стандарта Qi. В свою очередь, компания LG сообщила, что в Южной Корее продано более 500 тыс. смартфонов Optimus LTE2, оснащенных встроенным модулем беспроводной зарядки стандарта Qi.

Перспективы

Сейчас уже очевидно, что внедрение систем беспроводной зарядки позволит сделать использование мобильных устройств с высоким энергопотреблением и небольшим запасом автономной работы гораздо более удобным и комфортным. Как констатировал журналист одного из американских изданий, получивший возможность опробовать смартфон со встроенным модулем беспроводной подзарядки, «я не считаю эту функцию обязательной, однако, оценив ее преимущества на собственном опыте, уже не хочу отказываться от нее».

Весьма интересным представляется внедрение беспроводных зарядных устройств в беспроводной периферии. Например, достаточно оставить беспроводную мышь или игровой манипулятор на ночь на определенном участке стола, чтобы не гадать о том, хватит ли его заряда на следующий день.

Наиболее важные проблемы, над решением которых сейчас ломают голову разработчики беспроводных зарядных систем, — это способы увеличения радиуса действия и передаваемой мощности. Последний фактор является весьма критичным для дальнейшего расширения сферы применения систем беспроводной зарядки, в частности для проникновения их в весьма привлекательный сегмент портативных ПК.

Одним из возможных вариантов увеличения радиуса действия беспроводной зарядной поверхности без снижения ее эффективности является переход к использованию технологии магнитного резонанса. В апреле минувшего года на официальном веб­сайте WPC была опубликована информация о том, что внедрение такого решения позволит увеличить максимально допустимое расстояние между зарядной поверхностью и приемным модулем мобильного устройства до 40 мм.

На протяжении уже нескольких лет в компании Intel идут работы по созданию беспроводной системы передачи электроэнергии с увеличенным радиусом действия, которая порадовала бы питание портативным ПК. По предварительным данным, она позволит обеспечить питание нагрузки, потребляющей мощность в несколько десятков ватт, и устойчивую работу на расстоянии до трех футов (примерно 90 см). Работающий прототип такой системы был продемонстрирован на осеннем форуме IDF 2008, однако информации о возможных сроках появления серийных устройств до сих пор нет.

Грандиозные проекты имеются и у компании TI, которая в настоящее время уже выпускает готовые решения для интеграции в серийно выпускаемых устройствах. В среднесрочной перспективе (от 5 до 10 лет) планируется создать пригодные для коммерческого использования системы беспроводной передачи электроэнергии, позволяющие питать бытовые электронные устройства (телевизоры, акустические системы и т.д.) и даже осуществлять бесконтактную подзарядку электромобилей.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 01'2013

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует