Практически каждый из нас слышал о смартфонах, поддерживающих беспроводную зарядку. Положил такой гаджет на базу, и пошла зарядка безо всяких проводов и подключения. В этой статье мы попытаемся сделать то же самое – заставим смартфон заряжаться без подключения к источнику питания.
На заметку. Эксперимент представляет больше академический интерес, позволяющий понять принцип беспроводной передачи энергии. Хотя, в общем, его можно использовать и в практических целях, причем не обязательно для зарядки телефонов и подобных устройств.
Немного теории
Если вы в детстве дружили с физикой и не прогуливали уроки, то наверняка знаете принцип работы трансформатора, который широко используется для преобразования величины переменного напряжения. Он состоит из двух обмоток, навитых на металлический сердечник.
При подаче переменного напряжения на одну обмотку, вокруг нее создается электромагнитное поле, которое наводит напряжение (ЭДС) на второй. Величина напряжения на второй обмотке, называемой вторичной, зависит от количества витков. Если первичная и вторичная обмотка имеет одинаковое количество витков, то напряжение 2 будет равняться напряжению 1, подаваемому на обмотку 1.
Важно! На самом деле напряжение 2 будет несколько меньше, поскольку часть энергии расходуется на вихревые токи в сердечнике и затухает на расстоянии.
Изменяя количество витков обмотки 2 можно получить на выходе нужное нам переменное напряжение – как ниже входного, так и выше. Чем выше частота переменного тока, тем потери будут ниже.
И практика
Пришла пора провести практический опыт. Поскольку КПД системы зависит от частоты, воспользуемся не просто сетевым напряжением (частота 50 Гц), а электронным трансформатором для питания галогенных ламп низкого напряжения. Такой БП выдает напряжение с частотой порядка 50-60 кГц. То, что нужно. Выходное напряжение устройства, изображенного на фото ниже, – 12 В, мощность – 50 Вт. То есть БП в состоянии выдать ток порядка 4 А.
От сердечника, повышающего КПД системы на порядки, увы, придется отказаться. Какой сердечник, если одна обмотка в станции, другая в гаджете? Но и в этом случае все совсем небезнадежно. Да, сердечник улучшает передачу электромагнитной энергии (точнее, обеспечивает меньшие потери), но не является совсем уж обязательным.
Мотаем обмотки. Первичная, которая у нас будет находиться в зарядной базе, имеет 20 витков эмалированного обмоточного провода диаметром 0.25 – 0.3 мм. Диаметр кольца – 50 мм.
Вторичная, которая будет питать наше устройство, имеет тот же размер. Диаметр провода – 0.15 (можно толще), количество витков - 30.
В качестве нагрузки для нашего эксперимента возьмем лампочку от карманного фонаря на напряжение 6.3 В, ток 300 мА.
Подаем напряжение на катушку 1, подносим к ней катушку 2. Лампочка горит.
Измеряем ток, используя простейший выпрямитель и сглаживающий конденсатор – 500 мА.
Вполне прилично, хотя не «УХ». Добавляем в схему линейный стабилизатор на 5 вольт и подключаем цепь к смартфону.
Включаем БП в розетку и наблюдаем зарядку.
Конечно, при токе 500 мА зарядка займет достаточно большое время, но факт, как говорится, «на лице» - беспроводная зарядка, собранная на коленках, работает.
Важно! Промышленные беспроводные зарядные устройства тоже не дают большой зарядный ток. Таким образом, наша «зарядка» мало чем отличается от промышленной.
Вот, пожалуй, и все на сегодня. Будем надеяться, что наш эксперимент, если не имеет практического применения (что не факт), наглядно показывает принцип беспроводной зарядки.