Як влаштовані та працюють зарядні пристрої для акумуляторів. Принцип роботи розумного зарядного пристрою З чого складається зарядка для телефону

Головна / 2 Cool Reader

Чого чекати всім нам через кілька років, складно передбачити, оскільки технічний прогрес розвивається неймовірно швидко, крокуючи не семимильними кроками, а мчачи з неймовірною швидкістю. В умах інженерів народжуються фантастичні ідеї, які через невеликий проміжок часу стають дійсністю. Заряджати телефони, виключивши будь-які дроти, зараз цілком реально. Однак багато користувачів досі не можуть розібратися, як працює бездротове. зарядний пристрійдля телефону, вважаючи, що такі маніпуляції знаходяться в одному ряду із фантастичними діяннями.

Зарядити смартфон тепер можна за допомогою бездротового пристрою.

Якщо вам набридло розплутувати шнури щоразу, коли виникає необхідність у зарядці вашого смартфона, значить, вам дійсно корисно розглянути альтернативну різновид передачі енергії. Щоб усвідомлено підходити до такого процесу, виключивши будь-які сумніви, корисно розуміти, у чому полягає принцип безпосередньої роботи бездротової зарядки.

Почувши вперше, що існує бездротова зарядка для телефону, багато власників смартфонів починають самостійно фантазувати, переконуючи себе в тому, що роздача енергії відбуватиметься на будь-якій відстані. Звичайно ж, це неймовірна помилка. Бездротовий зарядний пристрій для телефону не можна порівнювати з Wi-Fi.

Намагаючись розібратися, як працює бездротова зарядка, незайвим ознайомитися з додатковою інформацією, з якої стане зрозуміло, що зарядка, що виключає застосування проводів, є різновидом магнітно-індукційної зарядки.

Якщо ви вирішили придбати бездротову зарядку, почати її активно використовувати, вам зовсім не завадить вникнути в принцип роботи бездротової зарядки для телефону.

Технологія бездротової передачі енергії

Вчені перебувають у активному пошуку інноваційних технологій, що розширюють можливості користувачів, орієнтованих постійне застосування сучасних гаджетів. Зокрема, сучасні дослідники готові заявити, що електрику можна успішно роздавати, застосовуючи лазер, звукові хвилі та багато інших фізичних явищ. Однак більшість таких технологій поки що перебувають у стадії активної розробки.

Серед них є одна технологія, яка вже в теперішній моментактивно використовується і з величезним успіхом застосовується у комерційних цілях. Саме передача електрики за допомогою електромагнітної індукції стала основою сучасних інноваційних розробок, що дозволили практично реалізувати принцип бездротової зарядки для телефону.

У будь-якій технічній сфері існують певні стандарти, враховувати які важливо при винаході чи вдосконаленні пристроїв, спрямованих на підтримку працездатності сучасних гаджетів.

Компанією Wireless Power Consortium був ще сім років тому розроблений стандарт, орієнтований на передачу електрики бездротовим способом. Цей стандарт називають китайським словом Qi.

Більшість виробників смартфонів не тільки активно вітають такий унікальний стандарт, орієнтований на зарядку гаджета без використання дротів, а й застосовують стандарт Qi під час виробництва своєї продукції.

З цієї причини, перебуваючи на автовокзалах, залізничних вокзалах, аеропортах економічно розвинених країн світу, людина отримує можливість заряджати свій смартфон, не обтяжуючи себе пошуками вільних розеток. У таких багатолюдних місцях встановлюють спеціальні зарядні станції, дозволяючи всім, хто має потребу, користуватися бездротовою зарядкою.

Як працює зарядка без дротів

Якщо розібратися, як працює бездротова зарядка для телефону, стає зрозуміло, що для забезпечення контакту пристроїв, що одержують і випромінюють, їх оснащують спеціальними індукційними котушками. Безумовно, як би ви не намагалися підзарядити ваш мобільний телефон старого зразка, перебуваючи в безпосередній близькості до такої станції, що роздає, у вас нічого не вийде, оскільки гаджет не був безпосередньо оснащений виробником такими котушками.

Принцип дії бездротової зарядки телефону полягає у освіті магнітного поля. Зокрема, після підключення зарядної станції до електромережі індукційні котушки, що у ній, створюють магнітне поле. Якщо в це магнітне поле потрапляє пристрій, який підтримує стандарт Qi, він починає активно поглинати електромагнітні хвилі, а потім за допомогою вбудованої котушки індукції перетворювати їх в енергію, забезпечуючи впевнений процес зарядки акумуляторної батареї.

Важливо розуміти, як користуватись бездротовою зарядкою. Вважати, що можна заряджати смартфон, перебуваючи на пристойній відстані від зарядної станції, не можна. Рекомендується розміщувати гаджет, що розрядився, на відстані, що не перевищує п'ять сантиметрів.

Навіть якщо ви поставите смартфон безпосередньо на бездротовий зарядний пристрій, то коефіцієнт корисної дії такої зарядки становитиме близько 80%. Звичайно, той, хто звик отримувати максимум корисного з маніпуляцій, легко помітить, що зарядка телефону за допомогою проводу все-таки має вищий ККД.

Якщо провести практичний експеримент і обчислити, наскільки відрізняється час заряджання при використанні традиційної та альтернативної зарядки, стане ясно, що для повної зарядки батареї при використанні бездротових технологій доведеться розраховувати на додатковий час, що становить близько однієї години.

Якісні характеристики пристрою

Якщо ви вивчили питання, як користуватися бездротовою зарядкою для телефону, зовсім не заважає ще ознайомитися з його перевагами та недоліками, його впливом на здоров'я людини. Озброївшись такими знаннями, приймати остаточне рішення буде набагато простіше.

Переваги і недоліки

Головною перевагою є те, що до самого смартфону не доведеться вам більше приєднувати дроти, які часто губляться, перекручуються, потрапляють у лапи домашніх вихованців, тому серйозно пошкоджуються.

На жаль, повністю забути про дроти все-таки не вийде. Провід виключається тільки щодо смартфона, а ось сам зарядний пристрій все одно приєднується до розетки за допомогою проводів та електричної вилки.

Ще одним недоліком, здатним викликати розчарування у набувача, є достатня тривалість заряджання мобільного пристрою.

Якщо ж ви наважилися придбати такий інноваційний пристрій, доведеться налаштуватися ще й на те, що вартість бездротової зарядки в кілька разів вища, ніж дротовий аналог.

Вплив здоров'я

Кожен працюючий механізм випромінює електромагнітні хвилі. Сучасну людину, яка дбає про стан свого здоров'я, хвилює питання, наскільки шкідливими є такі випромінювання, чи виключається ризик виникнення патологічних змін в організмі при знаходженні в безпосередній близькості з працюючим бездротовим зарядним пристроєм.

Тривога цілком зрозуміла, оскільки в засобах масової інформації іноді виникають статті, в яких акцентують увагу читача на небезпеці, що провокують сучасні технічні кошти. Проте фахівці запевняють, що це не більше ніж міфи, оскільки небезпека здоров'ю людини повністю виключається.

ВАЖЛИВО. Електромагнітні хвилі, що беруть участь у процесі бездротової зарядки, супроводжуються низькою частотою, тому виключається будь-який негативний вплив на людину.

Такі ж хвилі щодня проходять через людину, але при цьому технічний прогрес до цього не має жодного стосунку. Точно такі хвилі за силою та частотою випромінює сонце.

Крім цього, важливо розуміти, що навряд чи хтось постійно стоятиме біля зарядного пристрою протягом усього циклу його роботи. Тому інженери, лікарі та інші фахівці впевнено спростовують міф щодо шкоди ЗУ для здоров'я людини.

Різновиди бездротових ЗУ

Ознайомившись з перевагами та недоліками зарядних пристроїв, що виключають застосування дротів, у багатьох користувачів виникає активне бажання, незважаючи на високу вартість, все-таки стати його власником.

В даний час виробники готові запропонувати вже кілька варіантів таких пристроїв, тому перед здійсненням покупки корисно розібратися в них відмінних рисахЩоб зрозуміти, яку модель можна по праву вважати кращою.

Принцип роботи бездротової зарядки

Більшість бездротових зарядних пристроїв використовують магнітну індукцію та магнітний резонанс. Вони пропонують розмістити гаджет на спеціальній поверхні для автоматичного заряджання, без необхідності підключення кабелю до пристрою.

Зрозуміло, бездротова зарядка не є справді бездротовою. Ваш телефон, смарт-годинник, планшет не потрібно підключати до зарядки, але сам бездротовий зарядний пристрій все ще повинен бути підключений кабелем до адаптера живлення або USB-порту.

Як змінювалася думка Apple з приводу бездротової зарядки

Коли Apple представили iPhone 5 без підтримки бездротової зарядки, то в цей же час у смартфонах на конкуруючих платформах Android та Windows модулі були вбудовані у багатьох флагманських моделях. Але Філ Шіллер з Apple , що «створення окремого зарядного пристрою, яке ви повинні підключити до розетки, насправді для більшості ситуацій, складніше». Тобто в Купертіно навіть не замислювалися про бездротову зарядку, відкидаючи таку можливість на корені.

Через п'ять років Apple змінила свою думку. З iPhone 8, iPhone 8 Plus та iPhone X Apple включає підтримку бездротової зарядки з використанням відкритого стандарту Qi (вимовляється як «ши», оскільки це китайське слово, яке відноситься до «життєвої енергії» у живих речах.).

Бездротова зарядка Qi

Бездротові зарядні пристрої зараз використовують явище магнітної індукції. Простіше кажучи, вони використовують магнетизм передачі енергії. По-перше, ви поміщаєте пристрій, наприклад смартфон, на бездротовий зарядний пристрій. Струм, що надходить від розетки, проходить через котушку в бездротовому зарядному модулі, створюючи магнітне поле. Магнітне поле створює струм у котушці всередині смартфона. Ця магнітна енергія перетворюється на електричну енергію, яка потім використовується для заряджання акумулятора. Пристрої повинні мати відповідне обладнання для підтримки бездротової зарядки. Тобто, пристрій без необхідної котушки всередині корпусу не може заряджатися без проводів.

У той час, як радіус роботи стандарту Qi спочатку був обмежений малим діапазоном дії магнітного поля, він також підтримує використання явища магнітного резонансу. Працює аналогічно, але гаджет, що заряджається, може знаходитися на відстані до 45 мм від поверхні бездротового зарядного пристрою, а не торкатися його, як було раніше. Такий спосіб менш ефективний, ніж спосіб, заснований на магнітній індукції, але є деякі переваги – наприклад, бездротовий зарядний пристрій може бути встановлений під поверхнею столу, і ви можете розмістити гаджет із приймачем на столі, щоб зарядити його. Він також дозволяє розміщувати кілька пристроїв на одному зарядному майданчику і кожен з них буде заряджатися паралельно.

Трохи про енергоспоживання системи. Коли заряджання гаджетів не здійснюється, зарядний пристрій Qi не споживає велику кількість електроенергії. Спеціальний модуль з малим енергоспоживанням відстежує цей момент і відключає подачу струму на котушку, але коли він виявляє, що гаджет, що вимагає заряджання, поміщений на майданчик зарядного пристрою, то збільшує вихідну потужність магнітного поля.

Конкуренти стандарту Qi

Бездротова зарядка стає все більш поширеною та ретельніше стандартизується. І цього разу Apple не створила свій власний бездротовий стандарт. Натомість він вирішив підтримати існуючий стандарт Qi, який також підтримує багато сторонніх пристроїв.

Power Matters Alliance (PMA)

Однак Qi, яким управляє консорціум Wireless Power, найпоширеніший на даний момент, але він не самотній. На другому місці -Power Matters Alliance, або стандарт PMA. Він використовує магнітну індукцію, як і Qi. Однак ці два стандарти несумісні. Нові iPhone та інші продукти Apple не можуть заряджатися за допомогою бездротового зарядного пристрою PMA.

Але деякі пристрої на ринку сумісні з обома стандартами. Сучасні смартфони, такі як Galaxy Note 8, Galaxy S8 та Galaxy S7, фактично, підтримують як Qi, і PMA, тому можуть заряджатися від будь-яких зарядних пристроїв. Компанія Starbucks (світова мережа кафе)робила раніше ставку саме на PMA, але тепер є варіант, що вона може переосмислити ситуацію, оскільки iPhone підтримує лише Qi.

У Apple впевнені, що найближчим часом багато аеропортів, готелів та інших громадських місць також робитимуть ставку на Qi. Тобто, швидше за все, з'являться і пристрої від інших виробників, які підтримують бездротову зарядку цього стандарту. Як показує практика, ймовірно, так насправді і буде.

Alliance for Wireless Power (A4WP)

Є і третій конкурент стандарту Qi. Це Alliance for Wireless Power (A4WP)що використовує у своїй роботі технологію Rezence. Суть принципу роботи стандарту – використання ефекту магнітного резонансу, який дозволить розширити область зарядки для кількох пристроїв. Ви можете розміщувати кілька гаджетів на одному зарядному пристрої, переміщувати їх і навіть заряджати через об'єкт, наприклад книгу. Для роботи технології Rezence знадобиться з'єднання Bluetooth з пристроєм.

AirFuel Alliance

Розуміючи, що стандарт Qi є найбільш популярним на ринку, конкуренти вирішили об'єднатися. Так з'явилася нова освіта AirFuel Alliance, що з 2015 року займається просуванням своїх технологій бездротової зарядки. До консорціуму увійшли 195 компаній. Найцікавіше, що AirFuel Alliance заручився підтримкою компанії Intel, що говорить про те, що там все серйозно та надовго. Ну що ж, конкуренція завжди хороша для користувачів, адже вона є рушієм прогресу.

З якими пристроями можна використовувати бездротове заряджання сьогодні?

Впевнений, що таке питання задають собі багато користувачів. Адже всім хочеться спробувати, як таки працює бездротова зарядка, і чи так це зручно, як кажуть розробники.

У мене досить великий досвід використання бездротової зарядки. Ви здивуєтеся, але вже майже 5 років. Моя стара добра Nokia Lumia 820 підтримує бездротове заряджання. Ще в грудні 2012 року при покупці смартфона я отримав у комплекті додатковий аксесуар, який дає можливість використовувати бездротову зарядку даного смартфона.

Щоправда, для того, щоб Nokia Lumia 820 могла заряджатися без дротів, потрібно було придбати спеціальну задню кришку. З особистого досвіду можу сказати, що використовувати бездротову зарядку дуже зручно та практично. Поклав смартфон на спеціальну поверхню, і він почне отримувати енергію для заряджання акумулятора. Варто зауважити, що є й неприємні сторони використання бездротової зарядки від Nokia. Почнемо з того, що при цьому корпус смартфона досить відчутно гріється, а процес зарядки відбувається набагато повільніше, ніж при зарядці через кабель.

На жаль, історія смартфонів від Microsoft схоже закінчилася. Але у вас все ж таки є можливість спробувати бездротову зарядку.

В останні кілька років виробники Android-смартфонів дедалі рідше встановлюють бездротову зарядку у свої пристрої. Наприклад, Google не пропонує її у своєму смартфоні Pixel, хоча раніше деякі апарати лінійки Nexus підтримували цю функцію. З А-брендів лише Samsung зберіг можливість бездротової зарядки у своїх останніх флагманських моделях.

Але у зв'язку з ходом Apple, що дає стандарту Qi вотум довіри, бездротова зарядка може стати більш поширеною і навіть на пристроях з Android.

Проте вже зараз можна купити смартфон, який підтримує бездротову зарядку. Це Samsung Galaxy Note8 та Galaxy Note 5,Galaxy S8, S8+, S8 Active, S7, S7 Edge, S7 Active,LG G6 (тільки версія для США та Канади) та LG V30,Motorola Moto Z, Moto Z Play, Moto Z2 Force, Moto Z2 Play (тільки з бездротовим модулем для зарядки), і нові iPhone 8, 8 Plus, X (10). Як бачите, вибір досить великий, від різних брендів та на різних платформах.

Навіть якщо ваш смартфон не підтримує бездротову зарядку, ви можете додати підтримку цієї функції за допомогою спеціального футляра. Також у деяких випадках є можливість скористатися бездротовим адаптеромзарядки, що кріпиться на задній панелі гаджета та підключається до порту живлення.

А тепер найголовніше. Для того, щоб заряджати смартфон за допомогою бездротової зарядки, природно необхідно насамперед придбати зарядний пристрій, який підтримуватиме стандарт Qi. Знайти такі пристрої можна у різних інтернет-магазинах, таких як Amazon, Aliexpress, eBay та інші. Купивши пристрій у магазині, підключіть його до розетки, покладіть на спеціальний майданчик свій смартфон. Тепер він заряджатиметься без проводів, як ви й хотіли.

Підсумки

Щось мені підказує, що поява у нових iPhone функціїбездротовий заряджання дасть поштовх до розвитку цього сегменту IT-індустрії. Незабаром ми спостерігатимемо ситуацію, коли всі флагманські смартфони почнуть підтримувати технологію бездротової зарядки за замовчуванням. А далі справа може дійти і бюджетних пристроїв. Тож на нас чекає цікавий час.

Акумуляторами в електротехніці прийнято називати хімічні джерела струму, які можуть поповнювати, відновлювати витрачену енергію за рахунок застосування зовнішнього електричного поля.

Пристрої, якими подають електроенергію на пластини акумулятора, називають зарядними: вони наводять джерело струму в робочий стан, заряджають його. Щоб правильно експлуатувати АКБ, необхідно представляти принципи їх роботи та зарядного пристрою.

Як працює акумулятор

Хімічний джерело струму, що рециркулюється, при експлуатації може:

1. живити підключене навантаження, наприклад лампочку, двигун, мобільний телефон та інші прилади, витрачаючи свій запас електричної енергії;

2. споживати підключену до нього зовнішню електроенергію, витрачаючи її відновлення резерву своєї емкости.

У першому випадку акумулятор розряджається, а в другому отримує заряд. Існує багато конструкцій акумуляторів, проте принципи роботи у них загальні. Розберемо це питання з прикладу нікель-кадмієвих пластин, поміщених у розчин електроліту.

Розряд акумулятора

Одночасно працюють два електричні ланцюжки:

1. зовнішня, прикладена на вихідні клеми;

2. внутрішня.

При розряді на лампочку у зовнішній прикладеній схемі з проводів і нитки розжарення протікає струм, утворений рухом електронів у металах, а у внутрішній частині - переміщуються аніони та катіони через електроліт.

Оксиди нікелю з додаванням графіту становлять основу позитивно зарядженої пластини, а кадмій губчастий використовується на негативному електроді.

При розряді акумулятора частина активного кисню оксидів нікелю переміщається в електроліт і рухається на пластину з кадмієм, де його окислює, знижуючи загальну ємність.

Заряд акумулятора

Навантаження з вихідних клем для зарядки найчастіше знімають, хоча на практиці використовується метод при підключеному навантаженні, як на акумуляторі автомобіля, що рухається, або поставленого на зарядку мобільного телефону, Якою ведеться розмова.

На клеми акумулятора підводиться напруга від стороннього джерела вищої потужності. Воно має вигляд постійної або згладженої форми, що пульсує, перевищує різницю потенціалів між електродами, однополярно з ними спрямовано.

Ця енергія змушує текти струм у внутрішньому ланцюжку акумулятора в напрямку, протилежному до розряду, коли частинки активного кисню «видавлюються» з губчастого кадмію і через електроліт надходять на своє колишнє місце. За рахунок цього відбувається відновлення витраченої ємності.

Під час заряду та розряду змінюється хімічний складпластин, а електроліт служить передавальним середовищем для проходження аніонів та катіонів. Інтенсивність електричного струму, що проходить у внутрішньому ланцюгу, впливає на швидкість відновлення властивостей пластин при заряді і швидкість розряду.

Прискорене перебіг процесів веде до бурхливого виділення газів, зайвого нагрівання, здатного деформувати конструкцію пластин, порушити їхній механічний стан.

Занадто маленькі струми при зарядці значно подовжують час відновлення витраченої ємності. При частому застосуванні сповільненого заряду підвищується сульфатація пластин, знижується ємність. Тому додане до акумулятора навантаження та потужність зарядного пристрою завжди враховують для створення оптимального режиму.

Як працює зарядний пристрій

Сучасний асортимент акумуляторів задоволений. Для кожної моделі підбираються найоптимальніші технології, які можуть не підійти, бути шкідливими для інших. Виробники електронного та електротехнічного обладнання дослідним шляхом досліджують умови роботи хімічних джерел струму та створюють під них власні вироби, що відрізняються. зовнішнім виглядом, конструкцією, вихідними електричними характеристиками

Зарядні конструкції для мобільних електронних приладів

Габарити зарядних пристроїв для мобільних виробів різної потужності значно відрізняються один від одного. Вони створюють особливі умови роботи кожної моделі.

Навіть для однотипних акумуляторів типорозмірів АА або ААА різної ємності рекомендується використовувати свій час заряджання, що залежить від ємності та характеристик джерела струму. Його величини вказуються у супровідній технічній документації.

Певна частина зарядних пристроїв і акумуляторів для мобільних телефонів забезпечують автоматичний захист, що вимикає живлення після завершення процесу. Але, контроль за їх роботою все ж таки слід здійснювати візуально.

Зарядні конструкції для автомобільних АКБ

Особливо точно дотримуватися технології зарядки слід при експлуатації автомобільних акумуляторів, покликаних працювати в складних умовах. Наприклад, взимку в мороз з їх допомогою необхідно розкрутити через проміжний електродвигун - стартер холодний ротор двигуна внутрішнього згоряння зі змащенням.

Розряджені або неправильно підготовлені акумулятори із цим завданням зазвичай не справляються.

Емпіричними методами виявлено взаємозв'язок струму зарядки для свинцевих кислотних та лужних акумуляторів. Прийнято вважати оптимальним значенням заряду (ампери) 0,1 величину ємності (ампергодини) для першого виду і 0,25 - для другого.

Наприклад, АКБ має ємність 25 ампер годинника. Якщо він кислотний, то його необхідно заряджати струмом 0,1 25 = 2,5 А, а для лужного - 0,25 25 = 6,25 А. Щоб створювати такі умови потрібно використовувати різні прилади або застосувати один універсальний з великою кількістюфункцій.

Сучасний зарядний пристрій для свинцевих кислотних батарей повинен підтримувати ряд завдань:

контролювати та стабілізувати струм заряду;

враховувати температуру електроліту та не допускати його нагрівання понад 45 градусів припиненням живлення.

Можливість проведення контрольно-тренувального циклу для кислотної батареї автомобіля за допомогою зарядного пристрою є необхідною функцією, що включає три етапи:

1. повний заряд акумулятора до набору максимальної ємності;

2. десятигодинний розряд струмом 9÷10% від номінальної ємності (емпірична залежність);

3. повторний заряд акумулятора.

При проведенні КТЦ контролюють зміну щільності електроліту та час завершення другого етапу. За його величиною судять про ступінь зносу пластин, тривалості ресурсу, що залишився.

Зарядні пристрої для лужних батарей можна застосовувати менш складних конструкцій, оскільки такі джерела струму не такі чутливі до режимів недостатньої зарядки та перезаряджання.

p align="justify"> Графік оптимального заряду кислотно-лужних акумуляторів для автомобілів показує залежність набору ємності від форми зміни струму у внутрішньому ланцюгу.

На початку технологічного процесузарядки рекомендується підтримувати струм на максимально допустимому значенні, а потім знижувати його величину до мінімальної остаточного завершення фізико-хімічних реакцій, що здійснюють відновлення ємності.

Навіть у цьому випадку потрібно контролювати температуру електроліту, вводити поправки на довкілля.

Повне завершення циклу зарядки свинцевих кислотних акумуляторів контролюють за:

відновлення напруги на кожній банці 2,5÷2,6 вольта;

досягненню максимальної густини електроліту, яка перестає змінюватися;

освіту бурхливого газовиділення, коли електроліт починає «закипати»;

досягненню ємності батареї, що перевищує на 15÷20% величини, відданої при розряді.

Форми струмів зарядних пристроїв для акумуляторів

Умова зарядки акумулятора полягає в тому, що на його пластини повинна підводитися напруга, що створює струм у внутрішньому ланцюзі певного напрямку. Він може:

1. мати постійну величину;

2. або змінюватись у часі за певним законом.

У першому випадку фізико-хімічні процеси внутрішнього ланцюга йдуть незмінно, а в другому - за пропонованими алгоритмами з циклічним наростанням і загасанням, що створює коливальні впливи на аніони та катіони. Останній варіант технології застосовується для боротьби із сульфатацією пластин.

Частина тимчасових залежностей струму заряду ілюструється графіками.

На правій нижній картинці видно явну відмінність форми вихідного струму зарядного пристрою, що використовує тиристорне управління для обмеження моменту відкриття напівперіоду синусоїди. Завдяки цьому регулюється навантаження на електричну схему.

Природно, що численні сучасні зарядні пристрої можуть створювати інші форми струмів, не показані на цій діаграмі.

Принципи створення схем для зарядних пристроїв

Для живлення обладнання зарядних пристроїв зазвичай використовується однофазна мережа 220 вольт. Ця напруга перетворюється на безпечну знижену, яка прикладається на вхідні клеми акумулятора через різні електронні та напівпровідникові деталі.

Існує три схеми перетворення промислового синусоїдальної напругиу зарядних пристроях за рахунок:

1. використання електромеханічних трансформаторів напруги, які працюють за принципом електромагнітної індукції;

2. застосування електронних трансформаторів;

3. без використання трансформаторних пристроїв, заснованих на дільниках напруги.

Технічно можливе інверторне перетворення напруги, яке стало широко застосовуватися для частотних перетворювачів, що здійснюють управління електродвигунами. Але для зарядки акумуляторів це досить дороге обладнання.

Схеми зарядних пристроїв із трансформаторним поділом

Електромагнітний принцип передачі електричної енергії з первинної обмотки 220 вольт у вторинну повністю забезпечує відділення потенціалів ланцюга живлення від споживаної, виключає попадання її на акумулятор і пошкодження при виникненні несправностей ізоляції. Цей метод є найбільш безпечним.

Схеми силових елементів пристроїв із трансформатором мають багато різних розробок. На малюнку нижче показано три принципи створення різних струмів силової частини від зарядних пристроїв за рахунок використання:

1. діодного мосту з конденсатором, що згладжує пульсації;

2. діодного мосту без згладжування пульсацій;

3. одиночного діода, що зрізає негативну напівхвилю.

Кожна з цих схем може застосовуватися самостійно, але зазвичай одна з них є основою, базою для створення іншої, більш зручною для експлуатації та управління за величиною вихідного струму.

Застосування комплектів силових транзисторів з ланцюжками управління у верхній частині картинки на схемі дозволяє зменшувати вихідну напругу на контактах виведення ланцюга зарядного пристрою, що забезпечує регулювання величин постійних струмів, що пропускаються через підключені акумулятори.

Один з варіантів подібної конструкції зарядного пристрою з регулюванням струму показаний нижче.

Такі самі підключення в другій схемі дозволяють регулювати амплітуду пульсацій, обмежувати її на різних етапах заряджання.

Ефективно працює ця ж середня схема при заміні в діодному мосту двох протилежних діодів тиристорами, що однаково регулюють силу струму в кожному напівперіоді, що чергується. А усунення негативних напівгармонік покладено на силові діоди, що залишилися.

Заміна одиничного діода на нижній картинці напівпровідниковим тиристором з окремою електронною схемою для електрода, що управляє, дозволяє зменшувати імпульси струму за рахунок більш пізнього їх відкриття, що теж використовується для різних способівзаряджання акумуляторів.

Один із варіантів подібної реалізації схеми показаний на малюнку нижче.

Складання її своїми руками не складає особливих труднощів. Вона може бути виконана самостійно з доступних деталей, що дозволяє заряджати акумулятори струмами до 10 ампер.

Промисловий варіант схеми трансформаторного зарядного пристрою "Електрон-6" виконаний на базі двох тиристорів КУ-202Н. Для регулювання циклами відкриття напівгармонію для кожного керуючого електрода створена своя схема з декількох транзисторів.

Серед автолюбителів користуються популярністю пристрою, що дозволяють не тільки заряджати акумулятори, але ще й використовувати енергію мережі 220 вольт для живлення. паралельного підключенняїї до запуску двигуна автомобіля. Їх називають пусковими чи пускозарядними. Вони мають ще більш складну електронну і силову схему.

Схеми з електронним трансформатором

Такі пристрої випускаються виробниками живлення галогенних ламп напругою 24 або 12 вольт. Вони коштують відносно дешево. Окремі ентузіасти намагаються підключити їх для заряджання малопотужних акумуляторів. Однак ця технологія широко не відпрацьована, має суттєві недоліки.

Схеми зарядних пристроїв без трансформаторного поділу

При послідовному підключенні кількох навантажень до джерела струму загальна напруга входу ділиться складовими ділянками. За рахунок цього методу працюють дільники, що створюють зниження напруги до певної величини на робочому елементі.

На цьому принципі створюються численні зарядні пристрої з резистивно-ємними опорами для малопотужних акумуляторів. Завдяки маленьким габаритам складових деталей вбудовують їх безпосередньо всередину ліхтарика.

Внутрішня електрична схемаповністю поміщена в заводський ізольований корпус, що унеможливлює контакт людини з потенціалом мережі при зарядці.

Цей же принцип намагаються реалізувати численні експериментатори для зарядки автомобільних акумуляторів, пропонуючи схему підключення від побутової мережі через конденсаторну збірку або лампочку розжарювання потужністю 150 ват і пропускаючи імпульси струму однієї полярності.

Подібні конструкції можна зустріти на сайтах майстрів "зроби сам", що розхвалюють простоту схеми, дешевизну деталей, можливість відновлення ємності розрядженого акумулятора.

Але вони мовчать про те, що:

відкрита проводка 220 представляє;

нитка розжарювання лампи під напругою нагрівається, змінює свій опір за законом, несприятливим для проходження оптимальних струмів через акумулятор.

При включенні під навантаження через холодну нитку і весь послідовно підключений ланцюжок проходять дуже великі струми. Крім того, завершувати зарядку слід маленькими струмами, що також не виконується. Тому акумулятор, що зазнав кількох серій подібних циклів, швидко втрачає свою ємність та працездатність.

Наша порада: не користуйтесь цим методом!

Зарядні пристрої створюються для роботи з певними типами акумуляторів, враховують характеристики та умови відновлення ємності. При використанні багатофункціональних універсальних приладів слід вибирати той режим заряду, який оптимально підходить конкретному акумулятору.

В даний час виробники електроніки для живлення частіше використовують елементи живлення, в основі яких лежать літієві технології: літій-полімер ( Li-Po), літій-іон ( Li-ion). Плюс таких акумуляторів у тому, що у них велика питома ємність, низький саморозряд, здатність віддавати великі струми при розряді і такі акумулятори виготовляються будь-яких форм та розмірів. Для заряджання таких акумуляторів потрібні спеціальні зарядні пристрої.

Зазначимо, що подібні зарядні пристрої нерідко використовуються для підзарядки різних електричних інструментів, що використовуються співробітниками ЖКГ Товари для ЖКГ, до речі, за порівняно низькою ціною можна придбати в компанії ЖКГ-МАРКЕТ, яка ось уже понад 10 років займається постачанням житлово-комунальних господарств у Москві та Московській області.

Стандартні акумулятори

Споживачі часто отримують такі пристрої, які працюють на стандартних акумуляторах типу АА або ААА. Вони можуть бути замінені звичайними батарейками та спеціального зарядного пристрою не потрібно. Все рідше і рідше з'являються акумулятори NiMH, які раніше використовували. Вони мають ємність на 40% більше, ніж NiCD акумулятори. NiMH акумулятори з кожним днем покращуються. Наприклад, якщо раніше у них саморозряд був високий, то тепер деякі акумулятори мають мінімальний саморозряд.

Способи заряджання акумулятора

Коли акумулятор заряджається, в ньому відбуваються хімічні перетворення. Та енергія, яка надходить при зарядці, частина її витрачається на ці перетворення, а частина перетворюється на тепло. NiMH акумулятори під час заряджання нагріваються сильніше ніж Nicd тому що хімічні реакції, що протікають при його заряді, є екзотермічними.

Швидкість заряду акумулятора залежить від величини зарядного струму. Струм зарядки вимірять в одиницях С – чисельне значення ємності акумулятора. Є кілька видів зарядки:

крапельна зарядка (trickle charge) - струм 0.1 С
швидка зарядка (quick charge) - Струм 0.3 С
пришвидшена зарядка (fast charge) - струм 0.5-1.0 С

Крапельна зарядка

При крапельному заряді вибирають маленький струм, тому що заряджання продовжується, навіть якщо акумулятор заряджений. При такому малому струмі акумулятор не сильно нагрівається. Точно визначити закінчення процесу заряджання тут неможливо.

Швидка зарядка акумулятора

Така зарядка зі струмом 1С рекомендована не всім акумуляторам, тому що може відкритися вентиляційний отвір акумулятора, за високої температури довкілля(До +40). При швидкій зарядці потрібно припинити процес заряду.

Алгоритм роботи швидкого зарядного пристрою складається з кількох фаз:

1. Визначення наявності акумулятора
2. Кваліфікація акумулятора (Qualification)
3. Перед-заряджання (Pre-charge)
4. Перехід до швидкого заряджання (Ramp)
5. Швидка зарядка (Fast charge)
6. Дозарядка (Top-of Tcharge)
7. Підтримуюча зарядка (Maintenance charge)

Фаза визначення акумулятора. Тут перевіряється напруга на виводах акумулятора при увімкненому генераторі зарядного струму приблизно 0.1С. Якщо напруга буде 1.8 В, акумулятор відсутня або пошкоджено. При високій напрузізаряджання не повинно починатися, як тільки буде виявлено низьку напругу, заряджання почнеться. В інших фазах повинна проводитися перевірка наявності акумулятора, тому що на будь-якій фазі акумулятор може бути вийнятий і зарядний пристрій повинен повертатися до першої фази.

Фаза кваліфікації акумулятора. З цієї фази починається заряджання акумулятора. Ця фаза потрібна для оцінки початкового заряду акумулятора. Судячи з напруги на акумуляторі, потрібно визначити, чи потрібна передзарядка чи ні.

Фаза перед-заряджання. Ця фаза повинна тривати більше 30 хвилин. Фаза перед-заряджання потрібна для глибоко розряджених акумуляторів. Для всіх тривалих фаз потрібен контроль температури, вона не повинна перевищувати 60 градусів під час заряджання.

Фаза переходу до швидкого заряджання. Не бажано відразу включати швидкий струм, краще поступово перевищувати протягом 2 хвилин. Швидку зарядку можна розпочинати, якщо напруга на акумуляторі вище 0.8 В.

Фаза швидкої зарядки . Найголовніше у цій фазі – вчасно припинити заряд, інакше акумулятор зруйнується. Щоб вчасно зупинити заряджання, можна використати кілька методів визначення заряду.

Для NiCd акумуляторіввикористовується dV-метод – це найшвидший спосіб визначення заряду, до кінця зарядки напруги на акумуляторі знижується.

Для NiMH акумуляторів dV-метод працює негаразд. І використовують метод dV=0. Тут детектують сталість напруги на акумуляторі. Якщо протягом 10 хвилин напруга одна й та сама, то час відключати зарядку.

Також, закінчення зарядки можна визначити за температурою, так як до кінця зарядки тиск всередині акумулятора зростає і підвищується температура. Деякі зарядні пристрої замість постійного струму використовують імпульсний. Імпульси струму тривають 1 сек. Плюс такого методу є те, що він краще вирівнює концентрацію активних речовин по всьому об'єму, зменшує ймовірність утворення великих кристалічних утворень на електродах та їх пасивацію.

Фаза дозарядки.У цій фазі струм заряджання повинен бути 0.1-0.3 С. Тривалість дозарядки - 30 хвилин, далі вже буде перезаряджання. Після швидкого заряду краще остудити акумулятор і розпочати процес дозарядки.

Фаза підтримуючої зарядки. Постійний струмдля акумулятора шкідливий, тому що акумулятор постійно матиме високу температуру. Після закінчення заряджання, акумулятори NiCd переходять у крапельний режим, для підтримки заряду. А акумулятори NiMH не переносять перезаряду і тому підтримка заряду їм користь мало принесе. В принципі можна обійтися і без цієї фази.

Надшвидкий заряд

Можна використовувати струм до 3С. Коли акумулятор заряджено на 70%, заряд потрібно зменшити та продовжувати у звичайному режимі. Якщо цього не зробити надвисоке нагрівання акумулятора зруйнує його або навіть вибух.

«Розумний» зарядний пристрій

Акумулятори одного форм-фактора. Наприклад, NiMH акумулятори розміру АА мають ємність 1900-2850 мА/год, а акумулятори розміру ААА – 750-1100 мА/год. Струм заряджання повинен бути пропорційний ємності акумулятора. При зарядці великим струмом акумулятора з невеликою ємністю буде нагрівання. При зарядженні маленьким струмом час заряджання буде тривалим. Загалом, зарядний пристрій повинен контролювати струм, тобто використовувати великий струм для акумуляторів з великою ємністю і маленький струм для меншої ємності. У цьому полягає сенс «розумного» зарядного пристрою.

Проблема вимкнення живлення зарядного пристрою

Якщо під час заряджання живлення зарядного пристрою вимкнено, то при включенні живлення повинен відбутися перехід на фазу визначення акумулятора. При цьому зарядка починається спочатку і дозарядка буде здійснена повністю. Мінус частої дозарядки в тому, що він може перерости в перезаряджання. "Розумний" акумулятор Li+ містить контролер, що вимірює величину заряду.

Первинні джерела струму

Первинні джерела струму – це батарейки (лужні та марганцево-цинкові). Відмінність між первинними джерелами та акумуляторами є внутрішній опір, який у первинних джерел вищий. Якщо внутрішній опір буде більшим за норму, процес зарядки перерветься.

Ефект пам'яті та відновлення акумуляторів

Виявляється ефект пам'яті в NiCd акумуляторах. Зміст ефекту полягає в тому, що на електродах утворюються великі кристалічні утворення, в результаті частина об'єму активної речовини акумулятора перестає використовуватися. Для усунення ефекту пам'яті рекомендується повна розрядка. Така повна розрядка рекомендується проводити в акумуляторах NiMH перед заряджанням. Буде краще, якщо мати зарядний пристрій із функцією розряду.

Взаємодія акумуляторів у збиранні

Окремі акумулятори в батареї можуть мати різні характеристики. Акумулятори, які мають меншу ємність, будуть руйнуватися в процесі розряджання. І кожен акумулятор у батареї повинен заряджатися окремо, але в готових зборках є лише два виводи та можливий лише спільний заряд. У цьому випадку потрібне вирівнювання.

Зараз все частіше чую про бездротову зарядку. Чотири місяці тому, коли шукав собі нову машину, бачив Кіа "Спортедж" із вбудованою такою зарядкою. Ще подумав, на кого це розраховано, на одиниць? Здавалося, що для цього треба мати якусь круту модель телефону або якесь дороге обладнання. Але виявляється, і мій телефон середньої вартості підтримує цю технологію. Задумався, я зовсім не знаю принципів, як це працює. Мені здавалося, що ця технологія ще досить "далеко" від обивателя, а воно вже ось поряд і зовсім доступне.

Давайте розберемося докладніше...

Виявляється, принцип роботи бездротового зарядного пристрою дуже простий – достатньо помістити гаджет на спеціальну панель, щоб він зарядився. В основі аксесуара лежить принцип роботи індукційної котушки.

Бездротові зубні щітки тривалий час використовують бездротову зарядку. Технологію традиційно супроводжували проблеми низької ефективності та повільної зарядки, але вони були не критичним недоліком для зубної щітки або електричної бритви, які ви використовуєте лише протягом кількох хвилин щодня. Використання індуктивної зарядки є безпечнішим, з тієї точки зору, що немає дроту, і він не замкне, і ви випадково не доторкнетеся мокрими руками до ділянок з поганою ізоляцією.

Такий спосіб передачі енергії стає дуже популярним останнім часом. У 2015 році всесвітньо популярний бренд почав продавати меблі, в які буде вбудовано модуль бездротової зарядки. Сьогодні усі флагманські моделі смартфонів підтримують Qi.

Очікується, що незабаром трансмітери або, іншими словами, модулі можна буде знайти в аеропортах, ресторанах, кінотеатрах, фастфудах, торгових центрах, що дозволить заряджати телефони і планшети в будь-який час. Насправді це полегшить життя користувачам мобільних гаджетів. Ми входимо в нову еру, де зовсім необов'язково носити з собою всюди провідні зарядні пристрої для всіх девайсів, якими ми користуємося.

Стандарт бездротового живлення називається Qi. У російській транскрипції слово вимовляється як «Ці». Таке ім'я стандарт має на честь терміна східної філософії і означає потік енергії. Він розроблений Консорціумом бездротової електромагнітної енергії WPC. Ця організація поєднує світових виробників електроніки і ставить собі важливе завдання - стандартизувати процес зарядки гаджетів індукційним методом. Найближчим часом усі девайси можна буде заряджати без підключення до мережі. Це дуже зручно. Кожен із нас хоча б раз зіштовхувався із ситуацією, коли розряджається смартфон. Доводиться терміново шукати вихід. Незабаром модулі бездротової зарядки з'являться у всіх громадських місцях, і навіть вдома в кожного користувача.

У домашніх умовах можна просто розмістити модуль у зручному місці, і він ніколи не загубиться, на відміну від провідної зарядки. Достатньо просто помістити на нього гаджет, почекати, поки поповниться ємність акумулятора. Принцип роботи бездротової зарядки заснований на властивостях індукційної котушки передавати електричний струм. У шкільному курсі фізики нас вчили, що з підключенні індукційної котушки до джерела живлення у ній виникає магнітне поле перпендикулярно виткам котушки. Таким чином, якщо розташувати дві котушки в радіусі дії магнітного поля і при цьому підключити одну з них до джерела живлення, то в другій котушці з'явиться напруга. При цьому важливо враховувати той факт, що дві індукційні котушки в жодному разі не повинні стикатися між собою. Такий простий принцип покладено на роботу бездротових зарядних пристроїв, що підтримують технологію Qi.

Існує два різновиди стандарту Qi. Перша передбачає зарядку при низькій потужності – 5 ват, а друга – при високій потужності – 120 ват. Qi високої потужності зараз не випускається виробниками через об'єктивні чинники. За допомогою Qi на 120 Вт можна виконати зарядку ноутбука. Qi на 5 ват використовують для поповнення ємності акумулятора планшетних комп'ютерів та телефонів. Слід зазначити, що для планшета та смартфона необхідна різна сила струму. Бездротовий зарядний пристрій для телефону створює силу струму в 1 ампер, а для планшетного комп'ютера- 2 ампери. При виборі аксесуарів обов'язково звертайте увагу на такі характеристики.

Сучасний бездротовий зарядний пристрій складається із двох компонентів. Один із них вбудований безпосередньо в гаджет, який підтримує Qi та називається ресівером бездротової зарядки. По суті він є приймачем, який проводить електричний струм до акумулятора. Другий компонент називають трансмітером. Якщо мається на увазі покупка бездротової «зарядки», мова йде саме про трансмітера. Вони бувають різних форм і розмірів. В основному поширені круглі та прямокутні передавачі.

Щоб краще зрозуміти, як працює бездротова зарядка, слід врахувати, що магнітне поле здатне передавати не тільки електричний струм, а й дані про байти та біти, що врахували розробники стандарту Qi. Взаємодія між котушками буде виникати тільки в той момент, коли гаджет із вбудованим трансмітером буде поблизу від передавача. Якщо аксесуар для заряджання гаджета буде функціонувати у фоновому режимі, то імпульс, що посилається кожні 0,4 секунди передавачем, не змінюватиме напругу в котушці, вбудованій у трансмітер. Можна дійти невтішного висновку, що сучасний аксесуар вміє розпізнавати, у якому режимі функціонувати. Як тільки на відстані декількох сантиметрів опиниться смартфон, напруга в індукційній котушці різко знизиться, і пристрій перейде в режим активної роботи. Як тільки акумулятор смартфона буде заряджений, відповідний сигнал переведе зарядний пристрій фоновий режим. Можна зробити висновок, що сучасні аксесуари для поповнення ємності батареї є енергоефективними.

Ще більше графіків та формул

Деякі користувачі помилково вважають, що функція бездротової зарядки Qi може завдати шкоди здоров'ю. Справа в тому, що магнітне випромінювання не є іонізуючим. За своїм впливом на організм воно схоже на сигнал мобільного зв'язку, сигнал Wi-Fi, радіосигнал. При цьому сигнал мобільної мережі, який надходить з вежі, є сильнішим і має безперервний характер, в той час як електромагнітне випромінюванняпропадає відразу після заряджання батареї смартфона. Потужність бездротових зарядних пристроїв складає 5 Вт. Її недостатньо щоб вплинути на людський організм. Про негативний вплив можна говорити лише в тому випадку, коли потужність таких девайсів дорівнюватиме 120 Вт. Але такі моделі не випускаються в промислових масштабах. Цим пояснюється відсутність зарядних бездротових пристроїв для ноутбуків. Важливо знати, що технологія бездротового заряду акумулятора давно використовується в багатьох моделях електробритв та електричних зубних щіток, що вкотре доводить її безпеку.

Перспективи

Ця індуктивна зарядка може бути зручною, але малий радіус дії є проблемою. Це дуже зменшує зручність користування даною технологією Чи зміниться це? Може бути. Було проведено багато досліджень потенціалу бездротової зарядки та у різних технологіях були успіхи в радіусі дії. Лазери, мікрохвильові печі та потужніші варіанти індуктивної зарядки змогли досягти великих відстанях передачі. Недоліки перешкоджають поширене це надто потужне випромінювання вище за сказані технології. Можете обпектися або ще гірше. Важко сказати, хто візьме пальму першості на цьому ринку. Першим кандидатом є Apple, тому що компанія запатентувала пристрій, який може нібито заряджати на відстані до одного метра. Бездротовий Консорціум живлення також постійно шукає найкращі варіанти. А тут ще Intel, яка нещодавно оголосила, що вона працює над інтегрованою технологією магнітних пристроїв, які будуть поміщені в ноутбук та роздавати живлення на довколишні смартфони та периферійні пристрої.

джерела