Qi standard pro indukční nabíjení
Autor: Conrad.cz, 21. květen 2021
V zásadě je možné všechno – nicméně bez proudu nefunguje nic. To může potvrdit každý, kdo už se někdy pokusil použít telefon s vybitým akumulátorem. Za normálních okolností to samozřejmě není problém – stačí jednoduše připojit telefon k nabíjecímu kabelu.
Po chvilce je nabitý natolik, aby bylo možné zrealizovat alespoň krátký hovor. V pořádku – ale co dělat, když není nabíjecí kabel se síťovým adaptérem po ruce? Nebylo by hezké, kdyby si člověk mohl svůj smartphone nabít kdekoliv? A přesně to je možné díky bezdrátovému nabíjení. Jak funguje bezdrátová nabíječka neboli wireless charger a co je to Qi standard, to vám objasníme níže.
Jaké výhody nabízí bezdrátové nabíjení?
V každé domácnosti dnes najdeme nejrůznější nabíjecí zařízení. Chytré telefony, Bluetooth sluchátka, hodiny nebo přenosné přehrávače – to vše je napájeno energií přes nabíjecí kabel. Navíc má každé zařízení ještě svůj vlastní síťový adaptér a nabíjecí kabel. Proto musíme dávat pozor, abychom použili ten správný nabíjecí kabel se správným konektorem a příslušný síťový adaptér.
U některých zařízení se navíc ještě musíme podívat, jak musí být konektor USB micro otočený, aby správně zapadl do zdířky. Když přiložený konektor nevklouzne do zdířky hned, jednoduše přitlačíme.
Připojení nabíjecího kabelu
Jenomže ani konektoru ani nabíjecí zdířce hrubé zacházení nesvědčí. Postupně se nabíjecí zdířka opotřebuje a nedokáže již zajistit bezpečné spojení. Důsledkem jsou uvolněné kontakty a drahé opravy.
Lepší by bylo, kdyby se při nabíjení kabel nebo konektor vůbec nemusel zapojovat do zdířky. Proto výrobci vyvinuli bezdrátové nabíjení, zvané také wireless charging nebo indukční nabíjení.
Jaké výhody nabízí bezdrátové nabíjení?
Nabíjecí proud – například pro chytrý telefon – nelze jen tak jednoduše přenášet vzduchem. Vzduch totiž působí na proud jako izolátor. Ale energii lze přenášet také stejným způsobem, jakým vzduch přenáší rozhlasové vlny nebo televizní signál. Při bezdrátovém přenosu energie se uplatňují dva fyzikální zákony:
Princip elektromotoru
Vodič, kterým prochází proud, vytváří magnetické pole. Pokud se vodič navíc nachází v magnetickém poli permanentního magnetu, obě magnetická pole se navzájem ovlivňují a tím vzniká točivý pohyb elektromotoru.
Princip generátoru
Když se elektrický vodič nachází v magnetickém poli, je ve vodiči indukováno elektrické napětí. Princip, jakým tato výroba proudu funguje, se používá u generátoru a dynama.
V praxi se při indukčním nabíjení používají dvě cívky. Jedna cívka funguje jako vysílač a druhá jako přijímač. Vysílací cívka vytváří potřebné magnetické pole. Aby mohla přijímací cívka vytvářet (indukovat) napětí, musela by se v magnetickém poli pohybovat. Protože to z mechanického hlediska není možné, využívá se jistý trik. Namísto toho, aby se pohyboval vodič přijímací cívky, pohybuje se magnetické pole. Toho se dosahuje tak, že se přijímací cívka připojí ke střídavému napětí. Střídavé magnetické pole pak vytváří v přijímací cívce rovněž střídavé napětí, ačkoliv se přijímací cívka sama nepohybuje.
V technice se tento princip používá při transformování již dlouho. Pouze s tím, že je u traf magnetické pole mezi oběma cívkami zesíleno a cíleně směrováno jádrem ze železných desek. Díky tomu dokáže transformátor přenášet i poměrně vysoké výkony. Při indukčním nabíjení ovšem chybí zesilující účinek železného jádra. Proto je důležité, aby byly obě cívky umístěné co nejblíže od sebe. Vzdálenost by měla být co nejmenší. Pouze tak může být energie přenášena efektivně. Ale i za ideálních podmínek dosahuje přenášený výkon u indukčních nabíječek jen několik málo wattů. Tento výkon je nicméně pro nabíjení drobné nositelné elektroniky (wearables) plně dostačující.
Železné těleso kolem obou cívek slouží pouze ke svazkování magnetických siločar a zvyšování stupně účinnosti.
Jaké výzvy s sebou přináší indukční nabíjení?
Nápad je to geniální, ale jeho technická realizace není právě bez komplikací. Přináší totiž obtíže, které není snadné překonat.
Musí být zajištěná funkčnost
Asi nejdůležitějším aspektem je funkčnost. Přitom musí být zajištěno, aby se do přijímače (smartphonu) dostal dostatek energie na to, aby mohl být akumulátor nabíjen dostatečně velkým proudem.
Kromě již zmíněné minimální vzdálenosti cívek dokáže výrobce nabíječky ovlivnit také sílu magnetického pole a frekvenci střídavého napětí. V optimálním případě jsou vysílač a přijímač navzájem perfektně sladěné.
Musí být zajištěná bezpečnost
Proces nabíjení může být zahájen až v okamžiku, kdy je k vysílací cívce přiložený příslušný telefon. Navíc magnetické pole při nabíjení nesmí rušit žádná jiná zařízení v bezprostředním okolí.
Pokud by se na vysílací cívku nabíjecí stanice náhodou dostal nějaký cizí předmět jako kancelářská svorka, šperk, nářadí nebo pilník na nehty, nesmí nabíjecí stanice zahájit nabíjení. Kvůli indukovaným proudům uvnitř kovových částí by se totiž předměty natolik zahřály, že byste se o ně mohli popálit.
Musí být zajištěná kompatibilita
U technických inovací je to často tak, že jde každý výrobce při realizaci bezdrátové nabíječky vlastní cestou. Proto se může snadno stát, že indukční nabíjení neprobíhá nebo probíhá neuspokojivě, pokud má nabíjecí stanice jiného výrobce než smartphone. V nejhorším případě indukuje přijímací cívka v mobilním telefonu příliš vysoké napětí, které mobilní telefon poškodí.
Zejména když je bezdrátové nabíjecí zařízení k dispozici na veřejných místech, musí být zajištěno, aby se smartphony plynule nabíjely, ale zároveň aby se při nabíjení nepoškodily. Proto byl společností Wireless Power Consortium vyvinut Qi standard.
Co znamená Qi standard
WPC (Wireless Power Consortium) je obecně prospěšná společnost, založená v roce 2008, která sdružuje více než 650 členských podniků z celého světa. Přední značky jako např. Apple, Samsung, Huawei, Xiaomi, Google, LG, Sony, Nokia a řada dalších výrobců se spojily s WPC.
Společně se svými členskými podniky vyvíjí WPC standardy pro bezdrátové napájení bez ohledu na výrobce.
Qi (vyslovujeme „či“) znamená v čínštině životní energii nebo životní sílu. Ve spojení s technikou nabíjení znamená Qi světově uznávaný standard pro indukční nabíjení s výkonem až 15 W. Qi standard přitom popisuje nejen funkční aspekty indukčního nabíjení, resp. Qi nabíječek. Qi standard přesně definuje také bezpečnostně relevantní ochranná zařízení a spolehlivé rozpoznání cizích těles. Další specifikace Qi popisuje magnetické odstínění akumulátoru, aby se při bezdrátovém nabíjení minimalizovalo zahřívání.
Výrobci indukčních nabíječek pro chytré telefony si mohou u WPC požádat o certifikaci svých bezdrátových nabíječek. Autorizované a nezávislé zkušebny za tím účelem prověří, do jaké míry produkty dodržují přísné světové Qi standardy. Přitom co nejpečlivěji testují specifické vlastnosti produktů v oblasti bezpečnosti, interoperability a uživatelské přívětivosti. Když bezdrátová nabíjecí stanice splní v plném rozsahu všechny požadavky standardu Qi, smí nést označení v podobě loga Qi.
Tím je zajištěno, že jsou všechny produkty s certifikací Qi navzájem kompatibilní a perfektně fungují. Uživatel může svůj smartphone se standardem Qi bez obav položit na kteroukoliv nabíjecí stanici se standardem Qi – telefon se nemůže poškodit.
Qi standard se momentálně ještě používá v první řadě k nabíjení smartphonů. Členové WPC neustále pracují na zvyšování výkonnosti Qi standardu. Později bude možné tuto metodu využívat také k nabíjení notebooků a tabletů s nabíjecím výkonem 30 až 60 W.
Kdo chce vědět, zda jím používaná indukční nabíječka má certifikaci Qi, může se podívat do databáze Wireless Power Consortium.
Splňují všechny nabíječky Conrad Qi standard?
V těsné spolupráci s výrobci a společností Wireless Power Consortium se firma Conrad Electronic rozhodla, že bude pro bezdrátové nabíjení nabízet již jen nabíječky s certifikací Qi.
Díky tomu mají naši zákazníci absolutní jistotu, že jim bude smartphone s certifikací Qi bez problému fungovat s nabíječkou Qi. Smartphone se optimálním způsobem nabije a současně jsou zohledněny všechny bezpečnostně relevantní aspekty. To našim zákazníkům navíc dodává také dobrý pocit při bezdrátovém nabíjení.
Často kladené dotazy ohledně Qi nabíječek
Jak zjistím, zda je můj mobilní telefon vhodný pro Qi nabíječku?
Na to, zda je možné mobilní telefon nabíjet bezdrátově pomocí nabíječky Qi, se musíte v případě pochybností informovat na internetové stránce výrobce nebo v produktovém listu. Pokud to není možné, je možné na různých stránkách najít přehledy modelů mobilních telefonů, které lze provozovat podle standardu Qi.
Mohu mobilní telefon se standardem Qi nabíjet na jakékoliv bezdrátové nabíječce?
To je možné pouze za předpokladu, že také bezdrátová nabíječka podporuje standard Qi. Jestliže bezdrátová nabíjecí stanice nepodporuje standard Qi, nabíjení se nedoporučuje.
Co mohu dělat, pokud můj mobilní telefon nepodporuje standard Qi?
V současné době nabízejí někteří výrobci sadu dodatečného vybavení Qi pro určitá mobilní zařízení. Tyto Qi přijímače se jednoduše připojí k nabíjecí zdířce a na zadní straně. Úzký přijímač lze také umístit mezi mobilní telefon a ochranné pouzdro. Ovšem v takovém případě může za jistých okolností dojít k problémům při bezdrátovém nabíjení.