تقریبا هر کاربری که با دنیای فناوری آشنا باشد، کم و بیش اطلاعاتی درباره‌ی شارژ بی‌سیم و شارژرهای بی‌سیم می‌داند. آیا می‌خواهید با این فناوری در ابعاد مختلف بیشتر آشنا شوید؟
مقاله‌ی مرتبط:
- هر آنچه که باید درباره شارژ وایرلس بدانید
فناوری جنجالی شارژ بی‌سیم در چند ساله توجه افراد زیادی را به خود جلب کرده است، برخی موافق استفاده از آن هستند و برخی دیگر مخالف. در‌صورتی‌که آشنایی کاملی با این فناوری نداشته باشید، ممکن است با خود بگویید چه چیز بهتر از اینکه دیگر مجبور به استفاده از کابل‌های شارژ کوتاه و درهم‌تنیده‌‌ای نباشیم؛ اما آیا این فناوری میتواند آینده‌ی شارژ را متحول کند؟ آیا این فناوری بی‌خطر است؟ در این مطلب قصد داریم این فناوری را از ابعاد مختلف بررسی کنیم. با ما همراه باشید
شارژ بی‌سیم چیست؟
در تعریف مختصر شارژ بی‌سیم باید بگوییم این فناوری درواقع فرآیندی برای شارژ وسایل مجهز به باتری بدون نیاز به هیچ سیم یا کابل است و انتقال بی‌سیم جریان برق به دستگاه گیرنده را امکان‌پذیر می‌کند. شارژ بی‌سیم به شارژ القایی هم شهرت دارد؛ البته شارژ القایی یکی از انواع شارژ بی‌سیم نیز محسوب می‌شود.
تاریخچه
تاریخ آغاز انتقال بی‌سیم نیرو به سال ۱۸۹۱ بازمی‌گردد. نیکو تسلا، مخترع سرشناس آمریکایی، در سال ۱۸۹۱ موفق به ساخت یک سیم‌پیچ به‌نام سیم‌پیچ تسلا و ایجاد میدان مغناطیسی و انتقال بی‌سیم جریان برق در هوا برای نخستین بار شد.
سیم‌پیچ تسلا
تسلا به تلاش خود برای انتقال بی‌سیم برق ادامه داد و در سال ۱۸۹۹ برجی به‌نام برج تسلا (Tesla Tower) ساخت و تصمیم داشت میلیون‌ها ولت نیروی برق را از آن به‌صورت بی‌سیم به شهرها، کارخانه‌ها و منازل شخصی انتقال دهد.
برج تسلانیکولا تسلا قصد داشت برق را به‌صورت بی‌سیم به سراسر دنیا انتقال دهد
رؤیاپردازی تسلا حتی فراتر از این هدف غیرممکن رفت و هدف بلندپروازانه و تصورگریز دیگری نیز در ذهن می‌پرواند که نظیر آن حتی در زمان کنونی هم تنها در فیلم‌های علمی‌تخیلی مطرح می‌شود. او قصد داشت نیروی برق را از این برج که با ارتفاعی درحدود ۵۷ متر و قطر ۲۰٫۷ در دهکده‌ی شورهام در نیویورک و در نزدیکی آبشار نیاگارا قرار داشت، به‌صورت بی‌سیم به سراسر دنیا انتقال دهد و درواقع سیاره‌ی زمین را به میدان مغناطیسی تبدیل کند؛ اما متأسفانه به آرزوی به خود نرسید و برج او هرگز تکمیل نشد و پس از تخریب‌شدن در سال ۱۹۱۷ برای همیشه به تاریخ پیوست.
البته قبل از تسلا مخترعان دیگری هم انتقال بی‌سیم نیرو را مورد بررسی قرار داده بودند. ویلیام هنری وارد در سال ۱۸۷۱ و میلن لومیس در سال ۱۸۷۲ طرحی را برای انتقال برق ارائه دادند که براساس نظریه‌ی وجود لایه‌ای از برق در جو در ارتفاع پایین شکل گرفته بود. این دو مخترع معتقد بودند که می‌توان از این لایه که کاملا دردسترس است، برای انتقال جریان برق در هوا برای شارژ باتری‌ها، تأمین نور، گرمایش و حتی تأمین نیروی حرکتی استفاده کرد.
توسعه‌ی فناوری‌های امواج مایکروویو قبل از آغاز جنگ جهانی دوم باعث شد در دهه‌ی ۱۹۶۰ دانشمندی به‌نام ویلیام براون توانست برای نخستین‌بار موفق به انتقال برق در مسافت طولانی شود. درضمن او موفق شد در سال ۱۹۶۴ با تبدیل امواج مایکرویو به برق DC، نیروی یک هواپیمای برقی را به‌صورت بی‌سیم تأمین کند.
در سال‌های ۱۹۸۷ و ۱۹۹۱ نیز پهپادهایی ساخته شدند که نیروی مورد‌نیاز آن‌ها به‌صورت بی‌سیم انتقال داده میشد. در سال ۲۰۰۳ نیز ناسا نخستین هواپیمای خود را تولید کرد که نیروی آن با لیزر تأمین میشد.شارژ بی‌سیم در سال ۲۰۰۷ برای اولین‌بار تجاری‌سازی شد
به‌طورکلی در قرن‌های نوزدهم و بیستم تلاش‌های زیادی برای انتقال بی‌سیم نیرو انجام شد که هیچ کدام آن‌چنان‌که باید، نتیجه‌بخش نبود. تا اینکه در سال ۲۰۰۵ پژوهشگران دانشگاه MIT موفق به ابداع روشی برای انتقال بی‌سیم نیرو شدند که استفاده عملی و همگانی از این فناوری را ممکن می‌کرد و شرکت وای تریسیتی (WiTricity Corp) شارژ بی‌سیم را برای نخستین بار در سال ۲۰۰۷ تجاری‌سازی کرد.
انواع فناوری شارژ بی‌سیم
به‌طورکلی سه روش برای انتقال بی‌سیم نیرو و شارژ دستگاه‌ها وجود دارد که هرکدام از آن‌ها دارای روش‌ها و استانداردهای زیرمجموعه‌ای مختلفی هستند. اجازه دهید قبل از اینکه با روش‌ها و استانداردهای مختلف شارژ بی‌سیم آشنا شویم، ابتدا روش کلی شارژ باتری با سیستم شارژ بی‌سیم را برای شما توضیح دهیم.
نمونه‌ای از شارژر Qi
در سیستم‌های بی‌سیم شارژ باتری القایی، انتقال نیرو در پنج مرحله صورت می‌گیرد که به‌شرح زیر است:
- در مرحله‌ی اول جریان برق DC با ولتاژی بین ۵ تا ۱۹ ولت از یک پورت USB یا اداپتور AC یا DC به فرستنده انتقال داده می‌شود.
- در مرحله‌ی بعد ترانزیستور با استفاده از چهار ترانزیستور اثر میدانی، جریان را در داخل یک سیم‌پیچ و خازن هدایت می‌کند. سپس خازن‌ها یک فرکانس تشدیدی (فرکانس معمولی ارتعاشی) را به داخل ترانزیستور منتقل می‌کنند.
- در داخل فرستنده سیم‌پیچی وجود دارد که برق را با استفاده از نیروی القایی الکترومغناطیسی منتقل می‌کند. در برخی از فرستنده‌ها چندین سیم‌پیچ با آرایش‌های سیم‌پیچی‌های متفاوت وجود دارد که با پل‌های متفاوت هدایت می‌شوند. این پل‌ها به‌صورت خودکار انتخاب می‌شوند تا بیشترین نیروی ممکن از فرستنده به گیرنده منتقل شود.
- پس از انتقال نیروی القایی برق از فرستنده به گیرنده، دستگاه گیرنده با استفاده از یک سیم‌پیچ که مشابه سیم‌پیچ فرستنده است، نیروی دریافتی را جمع‌آوری می‌کند.
- دستگاه گیرنده پس از دریافت نیرو و جمع‌آوری برق، برای تقویت جریان‌های مختلف و عملکرد آن‌ها، این جریان‌ها را با استفاده از دیودهای یک‌سو‌کننده هدایت می‌کند که معمولا با ترانزیستورهای اثر میدانی ساخته می‌شوند. همچنین دستگاه گیرنده با استفاده از خازن‌های خروجی سرامیکی، جریان برق را فیلتر و آن را وارد باتری می‌کند تا باتری شارژ شود. ورود برق به باتری هم میتواند با رگلاتور (تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ) سوئیچینگ انجام شود و هم رگلاتور خطی. درضمن دستگاه گیرنده میتواند برای تنظیم جریان ورودی به باتری یا ولتاژ برق و همچنین توقف انتقال جریان برق پس از شارژ باتری، به دستگاه فرستنده پیام دهد.
میدان نزدیک / غیرتابشی
در این روش انتقال نیرو به‌صورت القایی انجام می‌شود و دو استاندارد Qi و PMA برپایه‌ی این روش شکل گرفته‌اند.
استاندارد Qi
یک نمونه شارژر بی‌سیم Qiدر آینده توان انتقال نیروی استاندارد Qi که محبوب‌ترین روش شارژ بی‌سیم است، به ۱۲۰ وات خواهد رسید
در استاندارد Qi (با تلفظ چی) امکان انتقال ۵ وات برق در مسافتی درحدود ۴ سانتی‌متر وجود دارد. این استاندارد از قابلیت هم‌کنش‌پذیری نیز برخوردار است که باعث شده اکثر کاربران بتوانند به‌راحتی از آن استفاده کنند؛ زیرا در‌صورتی‌که پد شارژر و دستگاه فرستنده‌ی آن، برندهایی متفاوتی داشته باشند؛ اما هر دو از Qi پشتیبانی کنند، می‌توانید از آن‌ها همراه یکدیگر استفاده کنید. این موضوع درباره‌ی دستگاه‌هایی که سیم‌پیچ آن‌ها از چند استاندارد مختلف پشتیبانی می‌کنند، نیز این چنین است. درضمن ظاهرا در آینده توان انتقال نیروی شارژ بی‌سیم Qi به ۱۵ وات و پس از آن به ۱۲۰ وات در مسافت طولانی‌تر خواهید رسید.
در این نمودار افزایش توان شارژ بی‌سیم چی از توان پایه به توان توسعه‌یافته، نمایش داده شده است.
استاندارد PMA
یک نمونه شارژر بی‌سیم PMA
استاندارد Power Matters Alliance یا PMA شباهت بسیار زیادی با استناندارد Qi دارد و هر دو استاندارد برپایه‌ی اصول «مغناطیس القایی» شکل گرفته‌اند، تنها تفاوت این دو استاندارد شارژ بی‌سیم، به گسترده‌ی فرکانس انتقال نیرو مربوط می‌شود. این میزان در استاندارد چی ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلوهرتز و در PMA دوبرابر این میزان است. استاندارد PMA میتواند تا ۵ وات نیرو را انتقال دهد. در هر دو استاندارد از روش‌های نسبتا متفاوتی برای برقراری ارتباط بین دستگاه فرستنده و گیرنده استفاده می‌شود.
اتصال خازنی
اتصال خازنی یکی دیگر از انواع انتقال برق به‌صورت بی‌سیم است که در آن برای انتقال نیرو، یک میدان الکترونیکی درمقابل یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد. شرکت ژاپنی موراتا (Murata) مدعی است سیستمی مبتنی بر این روش برای شارژ بی‌سیم گوشی ساخته است. درواقع در این روش نیروی برق آی‌سی با استفاده از یک خازن کوپلاژ از یک مدار سری به مدار دیگر آن منتقل و جریان برق دی‌سی مسدود می‌شود.
یکی دیگر از روش‌های شارژ بی‌سیم روش ارتباط میدان نزدیک از نوع القای مغناطیسی است که در آن یک لایه‌ی فیزیکی برای ایجاد ارتباط بی‌سیم بین دو دستگاه در مسافت کوتاه و یک میدان مغناطیسی کم قدرت و کوچک که قابلیت توسعه ندارد، بین آن‌ها قرار می‌گیرد. در این روش نیز سیم‌پیچی در دو دستگاه گیرنده و فرستنده قرار می‌گیرد. سیم‌پیچ فرستنده مدلاسیون میدان مغناطیسی را انجام می‌دهد و سیم‌پیچ دستگاه گیرنده مدلاسیون را اندازه‌گیری می‌کند. در این روش می‌توان از برچسب NFC و بلوتوث برای انتقال شارژ بین دو گوشی استفاده کرد.