همه چیز درباره شارژر‌‎های بی سیم (وایرلس) Wireless Charger

انتقال نیروی برق بی سیم ( وایرلس)، از رؤیاهای دیرینه به شمار می رود؛ اما با پیشرفت های مهندسی، ابزارهای همراه و خودروهای الکتریکی، این رؤیا به زودی به واقعیت می پیوندد. کابل های برق همواره گردوغبار را به خود جذب می کنند. کامپیوترها، تلویزیون ها و پخش کننده های موسیقی هرساله باریک تر می شوند، ولی سیم های جمع شده در گوشه هر اتاق، یک مانع بر سر راه این پیشرفت است. آیا راهی برای حل این مشکل وجود دارد؟
بعدازآن دردسر شارژ تلفن های همراه، پخش کننده های ام پی تری و لپ تاپ ها وجود دارد. معمولاً خیلی دردسرساز نیست، ولی بسیار پیش می آید که شارژر باتری را فراموش کنید و خانه را با یک باتری خالی ترک کنید. آیا زندگی ساده تر نمی شد اگر هنگامیکه وارد یک ساختمان می شدید، نیروی برق به طور نامرئی به دستگاه شما تابیده می شد؟ ارتباطات بی سیم در همه جا وجود دارد، پس چرا ما نمی توانیم برای همیشه دستگاه های الکترونیک خود را هم از کابل های برق جدا کنیم؟
بهره وری پایین انتقال توان و مسائل ایمنی، تلاش ها برای انتقال بی سیم نیروی برق را بی اثر کرده بود، ولی چند شرکت نوآور جدید التاسیس و چند نام بزرگ، یک بار دیگر سعی کردند این امر را ممکن سازند. در چندساله‌ی اخیر شاهد ارائه سمینارهایی بوده ایم که وعده تأمین نیروی الکتریکی موردنیاز برای موبایل‌ها، لپ تاپ ها و تلویزیون ها به صورت بی سیم می دهند. آیا ما بزودی شاهد وداع با سیم، یک بار و برای همیشه خواهیم بود؟

آرزویی به قدمت تولید برق...

ایده انتقال بی سیم برق تقریباً به اندازه خود تولید برق قدمت دارد. در آغاز قرن بیستم، نیکلا تسلا پیشنهاد استفاده از سیم پیچ های بزرگ برای انتقال برق از طریق لایه تروپوسفر و اتمسفر به خانه ها را داد. او حتی شروع به ساخت یک برج 26 متری به نام واردن کلایف در لانگ آیلند نیویورک کرد که یک برج مخابراتی خیلی بزرگ بود که می توانست با استفاده از آن ایده خود برای انتقال بی سیم نیروی برق را بیازماید. ولی داستان جایی قطع شد که حامیان مالی وی، دریافتند که هیچ راه عملی وجود ندارد که بشود مطمئن شد که مردم پول برقی را که از آن استفاده می کنند می پردازند. در عوض شبکه برق سیمی گسترش یافت.

استاندارد Qi چیست؟

مزیت شارژ بی سیم این است که سریع تر و آسان تر است، زیرا شما هر بار زمانی برای نباید وصل شارژر به برق و به گوشی خود نمی گذارید - فقط دستگاه خود را در بالای پد شارژ بی سیم قرار می دهید. استانداردهای مختلف برای شارژ بی سیم وجود دارد. محبوب ترین آن ها استاندارد Qi (که 'chee' تلفظ می شود) است که توسط گروهی از شرکت ها به نام کنسرسیوم برق وایرلس یا WPC توسعه یافته و پیشنهاد شده است و توسط همه شرکت های بزرگ پشتیبانی می شود. اپل شارژر بی سیم را بر روی آخرین مدل های آیفون خود قرار داده است و سامسونگ سال هاست که این کار را انجام می دهد. آنها همچنین طیف گسترده ای از شارژر های بی سیم سامسونگ را ساخته اند که همراه با شارژر بی سیم پشتیبان استاندارد Qi ساخته شده اند.
در حال حاضر جز استاندارد Qi استاندارد دیگری نیز برای شارژ وایرلس وجود دارند. این اتحادیه به AirFuel تعلق دارد که مجموعه ای از دستگاه ها را معمولاً با برند PowerMat عرضه می کند. از بین اعضای مهم استاندارد Qi می توان اپل، گوگل، سامسونگ و ال جی را نام برد. جدیدترین گوشی های اپل، سامسونگ و ال جی از استاندارد شارژ بی سیم Qi پشتیبانی می کنند.

اگرچه این دو گروه رقیب یکدیگر محسوب می شوند، اما فناوری های مورد استفاده توسط آنها اساساً یکسان است. هر دو استاندارد وفق بر اساس کوپلینگ القایی رزونانس (Resonant Inductive Coupling) عمل می کنند که اگرچه اسمش کمی پیچیده به نظر می رسد، اما انتقال نیرو از این طریق بسیار ساده است. در این فناوری از دو کویل (سیم پیچ)، یکی به عنوان فرستنده و دیگری در نقش گیرنده، برای ایجاد ارتباط الکتریکی استفاده می شود که در ادامه بیشتر آن را توضیح می دهیم.

فناوری شارژ وایرلس چگونه کار می کند؟

به طورکلی می توان گفت انتقال برق به صورت بی سیم از دو طریق تابشی و القایی امکان پذیر می باشد. اینگونه است که ابتدا الکتریسیته دریافت شده از منبع در سیم پیچ فرستنده تولید شارژ نموده این شارژ از طریق امواج الکترومغناطیس در سیم پیچ گیرنده به تزویج درآمده و مجدداً موج الکترومغناطیس به الکتریسیته تبدیل گشته و بار را تغذیه می کند. در این روند بسته به نوع موج الکترومغناطیسی و نوع تزویج می توان روش های متنوعی برای انتقال برق صورت بی سیم را داشت.

روش انتقال الکترومغناطیسی خود به دو روش القای مغناطیسی و القای رزونانسی تقسیم می شود. از مزایای روش اول می توان به ایمنی بالا و اتلاف کم در فواصل بسیار نزدیک نام برد. ولی مشکل اینجا است که به رغم اینکه درست در مجاورت سیم پیچ، بازدهی دستگاه خیلی خوب است ولی وقتیکه حتی تنها چند میلی متر فاصله وجود داشته باشد، این بازدهی به صفر می رسد. لذا معایبی چون برد بسیار کم، حساسیت زیاد به جهت گیری نسبی سیم پیچ های فرستنده و گیرنده و لزوم استفاده از سیم پیچ های بزرگ این روش را ناکارآمد کرده است.
این اصل شناخته شدهای است که درصورتیکه دو شیء در فرکانس مشابهی رزونانس داشته باشند، انرژی مکانیکی منتقل شده، خیلی بیشتر می‌شود، وقتیکه یک خواننده اپرا با صدای خود یک لیوان را به لرزش درمی‌آورد از همین اصل استفاده می‌کند. کارالیس و همکارانش تیمی در دانشگاه MIT می‌خواستند تا ببینند که آیا می‌توان به همین ترتیب بازدهی میدان مغناطیسی را در فواصل طولانی تر بالا برده می شود یا نه.

گروه از یک سیم پیچ القایی متصل به یک خازن استفاده کردند. انرژی در مدار به سرعت بین یک میدان الکتریکی در خازن و یک میدان مغناطیسی در سیم پیچ نوسان می کند. فرکانس این لرزش توسط توانایی خازن برای ذخیره بار و قابلیت سیم پیچ برای تولید یک میدان مغناطیسی کنترل می شود. اگر فرکانس در مدار فرستنده انرژی با گیرنده متفاوت باشد، رزونانس اتفاق نمی افتد. نتیجه این خواهد بود که انرژی ارسالی از سوی فرستنده هم فاز با انرژی که در گیرنده وجود دارد نخواهد بود و درنتیجه آن، این دو همدیگر را خنثی می کنند. ولی گروه به این نکته توجه داشت که اگر فرستنده و گیرنده در یک فرکانس نوسان کنند، میدان ها در دو سیم پیچ باهم هم زمان خواهند بود که به این معنی است که تداخل آن ها سازنده است و مقدار انرژی منتقل شده افزایش می یابد. این روش علاوه بر داشتن مزایای روش القای مغناطیسی غیرتشدیدی مشکلات حساسیت به جهت گیری سیم پیچ ها و نیاز به سیم پیچ های بزرگ را ندارد.
امروزه به طور عمده از روش القای رزونانس مغناطیسی استفاده می شود. برتری این روش نسبت به روش های دیگر مصالحه بین میزان بازده و فاصله انتقال انرژی است. رزونانس مغناطیسی اجازه میدهد فاصله عبور از هوا بزرگتر و راندمان بالاتر باشد. این روش به القای الکترومغناطیسی نزدیک است ولی از آن ها قوی تر است. در این روش برخلاف انتقال انرژی لیزری که نیاز به دید مستقیم داشت، میدان مغناطیسی روی گیرنده متمرکز نمی شود و می تواند از موانع بین فرستنده و گیرنده هم عبور کند.

چه گوشی هایی شارژ وایرلس را پشتیبانی می کنند؟

اگر تلفن شما در میان یکی از دستگاه‌هایی است که در اینجا نام برده شده است، فقط باید اقدام بهخرید شارژر بی سیم کنید.توجه داشته باشید که لازم نیست شارژر وایرلس ساخته شده توسط همان شرکتی که گوشی خود را خریداری کرده اید بخرید، به عنوان مثال شارژر بی سیم سامسونگ بخوبی با آیفون X کار می کند.

• Apple iPhone: XS Max XS, XR, 8, 8 Plus,
• Samsung Galaxy: S10 Plus, S10, S10e, Note 9, S9, S9+, Note 8, S8, S8+, S7, S7 Edge (Plus more devices)
• Sony: Xperia XZ3, Xperia XZ2 Premium, Xperia XZ2 (Plus more devices)
• LG: G7 ThinQ, V30, G6 (US version only), G4 (optional), G3 (optional) (Plus more devices)
• Nokia: 9 PureView, 8 Sirocco
• Huawei: P30 Pro, Mate 20 Pro,
• Microsoft Lumia: 1520, 1020, 930, 929, 928, 920
• Google: Pixel 3 XL, Pixel 3,
• Nexus: Nexus 6, Nexus 5
• BlackBerry: Priv (Plus more devices)

گوشی شما جزء لیست بالا نبوده اما مشتاق به استفاده از شارژ وایرلس هستید؟

اگر گوشی شما از فناوری شارژ بی سیم پشتیبانی نمی کند و مشتاق استفاده از این فناوری هستید، کیس هایی در بازار وجود دارد که با استفاده از آنها می توانید گوشی تان را از طریق شارژرهای بی سیم شارژ کنید. به این نکته توجه داشته باشید که معمولا پدهای شارژ بی سیم همراه با گوشی عرضه نمی شوند، به همین خاطرباید هزینه ی اضافی را برای این کیس و پد مختص به آن صرف کنید.

البته این نکته را مدنظر قرار دهید که در فناوری های شارژ بی سیم، باید به ولتاژ گوشی و شارژر دقت کنید و هرکدام که ولتاژ پایین تری داشته باشد، برای سرعت انتقال شارژ محدودیت ایجاد می کند؛ همچنین سرعت شارژ با این روش معمولا پایینتر از شارژ با کابل است. البته چنین محدودیت هایی کاملا منطقی است؛ فناوری های نوین به سرعت پیشرفت می کنند و با کنار رفتن این موانع می توان امیدوار بود که این فناوری هم بیش ازپیش همه گیر شود

تأثیر فناوری شارژ وایرلس بر سلامتی انسان:

اولین سؤالی که پیش می آید این است که برخی از مردم بابت آسیب هایی که گوشی به سلامتی می زند نگران هستند. تأثیر این طرح بر سلامتی چگونه است؟
اولین مورد لازم به ذکر این است که این پدیده پرتوزا نیست. به عبارتی هیچ گونه امواج مخربی را ایجاد نمی کند. هیچ میدان الکتریکی در هوا وجود ندارد این یک میدان مغناطیسی آن هم از نوع رادیویی است. الکتریسیته تنها در آن وسیله ای که آن را منبع می نامیم و در وسیله برقی که از آن استفاده می کنیم وجود دارد. میدان تولیدی توسط این سیم پیچ ها در حد میدان مغناطیسی کره ی زمین (65-25 میکروتسلا) است؛ که در حال حاضر ما در آن زندگی می کنیم؛ و نکته ی جالب دیگر این است که این انرژی تنها به وسیله ای انتقال داده می شود که دقیقاً فرکانس منبع را داشته باشد؛ و حقیقتاً این غیرممکن است که با روش های انتقال انرژی طبیعی چنین کاری کرد.
ولی قرار گرفتن در معرض امواج رادیویی و میدان های مغناطیسی متناوب نیز خطرات بالقوه خود را دارد. اگر آن ها گرما را به سلول های ما ارسال کنند، می توانند در یک بازه زمانی طولانی به بافت ها آسیب وارد کنند. ولی با توجه به اینکه میزان امواجی که محصولات شرکت هایی مانند وایتریسیتی ما را در معرض آن قرار می‌دهند کمتر از حد مجاز استانداردها است، نباید خطر خاصی ما را تهدید کند.

آیا فناوری شارژرهای وایرلس برای باتری های گوشی های هوشمند ضرر دارد؟

برای اکثر افراد با گوشی هوشمند، حفظ عمر باتری در طول روز همیشه مهم است. شارژ وایرلسیک مفهوم جدید نیست و در واقع چندین سال است که بوجود آمده و در حال استفاده است. با این حال، این فناوری چیزی است که اکثر مردم کاملا آن را درک نمی کنند. این تکنولوژی که باتری را بر روی پد شارژ در حال استراحت وادار به دریافت انرژی می کند، به نظر می رسد پیچیده تر از شارژرهای معمولی (حداقل از نظر فنی) باشد و می تواند مردم را در رابطه با درک عملکرد خود گیج کند.
اگر چه چند روش شارژ بی سیم مختلف وجود دارد، یکی از آنهایی که ما در حال تمرکز روی آن هستیم شارژ ویارلس با فناوری Qi است. چه با استفاده از تکنولوژی شارژ القایی، که نسبتا راه اندازی آسانی دارد. با وجود محبوبیت تجاری آن (که توسط هزاران مکان عمومی در سراسر جهان در هتل ها، فرودگاه ها، رستوران ها، تولید کنندگان و غیره استفاده می شود) یک سوال چیزی که باعث نگرانی مصرف کنندگان و کارشناسان صنعت شده است این بوده که از آن خواسته شده است که توضیح دهند چگونه شارژ بی سیم روی باتری گوشی موبایل تاثیر می گذارد و آیا این تاثیر منفی است یا مثبت؟
کارشناسان صنعت می گویند این ایده خوبی نبوده است که گوشی شما هر زمان به طور کامل بتواند شارژ شود، صرف نظر از استفاده از شارژر سیمی یا بی سیم. اگر چه شما نمی توانید یک باتری گوشی را بیش از حد شارژ کنید و سطح توان آن را حداکثر 100 درصد نگه دارید. آنها معتقدند که شارژ بی سیم می تواند کاهش عمر باتری گوشی را تشدید کند و کویل های القایی که در شارژ بی سیم استفاده می شوند، از ظرفیت باتری لیتیوم یون استفاده می کنند تا اطمینان حاصل کنند که گوشی در حالی که روی پد شارژ قرار می گیرد درحال شارژ هست یا خیر.

با این حال، برای کارشناسان صنعت، این نگرانی وجود دارد که با وجود اینکه عمر باتری به طور معمول می تواند با افزایش تعداد چرخه های شارژ کاهش یابد، طول عمر باتری زمانی که مقداری از باتری تخلیه می شود، حدود چهار برابر افزایش می یابد. در حالت ایده آل، اگر اجازه ندهید گوشی شما کمتر از 50 درصد تخلیه شود باتری شما ممکن است عمر بیشتری داشته باشد.باتری های گوشی هوشمند در مدل هایی مانند آیفون 8 و X طراحی شده اند تا حدود 80 درصد از ظرفیت شارژ خود را در 500 دوره کامل شارژ را حفظ کنند، که اکثر مردم به نظر می رسد از گوشی های خود در طول 2-3 سال بدون کاهش چشمگیر ظرفیت باتری استفاده می کنند.عادت های شارژ شما بسیار تعیین می کند که باتری گوشی هوشمندتان تا چه زمانی است آسیبی نمی بیند. در نهایت این انتخاب مصرف کننده است که آیا تصمیم به استفاده از شارژر بی سیم می گیرد یا خیر، اما چون شارژ Qi همچنان در حال رشد و پیشرفت می باشد مردم بیشتری تلاش می کنند تا این تکنیک را برای تصمیم خود در نظر بگیرند.

مزایای شارژ وایرلس چیست؟

فناوری شارژ بدون سیم (شارژ وایرلس) چندین مزیت آشکار را به همراه دارند که یکی از واضح ترین اینها، فقدان استفاده از سیم است. بدون شک در شرایط کنونی و با وجود انبوهی از کابل های مختلف متعلق به دستگاه های الکترونیکی متعدد در اطرافمان،حتی کاهش یکی از آنها بسیار مطلوب خواهد بود. مزیت دیگر این فناوری، قابلیت تعبیه آن در اکثر اشیاء و وسایل عادی در گوشه و کنار منزل و اتاق کار است. در واقع هر سطح یا وسیله ای را می توان به راحتی به پَد شارژ وایرلس بدل کرد.
از سوی دیگر فقدان درگاه شارژ فیزیکی، به تولید کنندگان دستگاه های مختلف اجازه می دهد تا یکی از منافذ بالقوه برای نفوذ آب، گرد و غبار و دیگر ترکیبات خورنده و آسیب زا را ببندند و مانع از ورود آنها به ابزار الکترونیکی شوند. همچنین به راحتی می توان سازوکاری را در دستگاه به کار گرفت که در صورت پر شدن باتری، شارژ را به صورت خودکار متوقف سازد.

شارژ وایرلس چه معایبی دارد؟

فارغ از فناوری مورد استفاده، شارژ وایرلس هنوز فرایند بسیار ناکارآمدی محسوب می شود. در این روش تقریباً نیمی از انرژی، یا در فرایند تولید میدان مغناطیسی یا در حین انتقال انرژی از دستگاه شارژ به کویل گیرنده، تلف خواهد شد. به همین دلیل است که سرعت شارژ بیسیم به سرعت شارژ معمولی نمی رسد و کندتر از آن انجام می شود.
همان طور که پیش تر هم اشاره کردیم، سطح شارژر و دستگاه گیرنده باید در تماس با یکدیگر (یا در فاصله بسیار ناچیز) قرار بگیرند، بنابراین اگر موبایل را از محل مخصوص خود روی شارژر بردارید، عملیات شارژ متوقف خواهد شد. حتی دیده شده است که برخی قاب های محافظ به خاطر ضخامت زیاد، مانع از عملکرد صحیح سیستم شارژ وایرلس خواهند شد.

از طرف دیگر، فناوری شارژ بیسیم هزینه بیشتری را در مقایسه با روش های مرسوم کابلی در پی خواهد داشت و به همین دلیل، شرکت های زیادی از خیر پیاده سازی آن در محصولاتشان می گذرند. اگر موبایل شما به صورت پیش فرض به این قابلیت مجهز نشده، باید مبلغ زیادی را بپردازید تا به نحوی توانایی شارژ بیسیم را در آن تعبیه نمایید.

چگونه می توان شارژر بی سیم را راه اندازی کرد؟

علیرغم نام این شارژر ها، یک سیم درگیر وجود دارد: شما باید شارژر را به یک منبع برق وصل کنید. اما بین شارژر و گوشی شما هیچ اتصال کابلی وجود ندارد. فقط گوشی خود را روی پد شارژ قرار دهید و شارژ شدن گوشی تان را تماشا کنید. چراغ نشانگر به شما امکان می دهد که متوجه شوید آیا گوشی شما در حال شارژ شدن است یا اتصال قطع شده است. در واقع قطع شدن اتصال به این معناست که گوشی شما بطور دقیق در محل و روی سیم پیچ فرستنده ی پد شارژر قرار نگرفته است می توانید با جابجا کردن گوشی خود این مشکل را برطرف سازید.