Беспроводная зарядка для телефона: как сделать своими руками

Мобильные устройства давно стали неотъемлемой составляющей жизни современного человека. Но для их работы надо постоянно пользоваться блоком питания для восполнения ресурса батарейки. Шнур часто становится помехой при эксплуатации гаджета в процессе подзарядки. Чтобы эффективно решить эту проблему, достаточно узнать, как сделать беспроводную зарядку своими руками.

Что-то новое? Нет, давно известное «старое»

Впервые увидев беспроводную зарядку, я подумал, что производители сделали прорыв, открыв какую-то новую технологию. Благо есть Интернет, который поведал мне правду. На самом деле, появления беспроводной передачи энергии стало возможным благодаря открытию закона Андре Мари Ампером, который доказал, что электрический ток производит магнитное поле.

А случилось это, на минуточку, почти 200 лет назад. В последующие годы ряд ученых подтвердили существование электромагнитных волн, а Никола Тесла посвятил годы своей жизни изучению возможности передачи энергии на расстоянии. Посредством электромагнитной индукции физик сумел на расстоянии зажечь лампу накаливания.

Стандарт Qi

Беспроводная передача энергии была интересна многим сферам человеческой жизни, но долгое время не выходила за стены лабораторий. Уже в нынешнем столетии компании, которые занимаются разработкой потребительской электроники (планшеты, смартфоны), стали проявлять инициативы по созданию беспроводных зарядок. Огромный вклад внес Консорциум беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium), разработавший стандарт Qi («Ци») для малых токов.

Спецификация стандарта была бесплатна и доступна, поэтому очень скоро стала применяться в портативной технике. Спустя три года Qi обзавелся спецификацией для средних токов. Есть и другие стандарты, но они сложнее Qi, да и менее распространены. Совсем недавно, в 2015 году, ученые Вашингтонского университета выяснили, что энергия может передаваться посредством сетей Wi—Fi. Ждем, когда смартфон будет заряжаться, подключившись к роутеру.

Как работает беспроводная зарядка

Принцип работы такой схемы беспроводной зарядки достаточно прост. Роль зарядного устройства играет передающий контур, само устройство состоит из двух контуров — передатчика и приемника.

Приемный контур (плоская катушка) находится в самом телефоне, передатчик сделан в виде небольшой подставки, внутрь которого запрятана передающая катушка.

Cхема беспроводной зарядки

Электричество передается из одного контура в другой методом индукции, возникший во втором контуре ток сначала выпрямляется и подается на аккумулятор. В качестве выпрямителя можно использовать буквально любой маломощный диод шоттки.

Сборку беспроводной зарядки своими руками начнем с передатчика.

Передатчик

Схема передатчика проста и понятна. Обычная схема блокинг-генератора на одном транзисторе. Оправа для намотки передающей катушки — на ваше усмотрение. Желательно взять оправу с диаметром 7-10 см. На оправу мотаем 40 витков медной проволоки с диаметром 0,5мм. Обмотка имеет отвод от середины. Сначала аккуратно мотаем 20 витков, затем провод скручиваем, делаем отвод и в том же направлении мотаем остальные 20 витков. С катушкой все понятно? Пошли дальше.

Транзистор  абсолютно любой, я пробовал и полевые и биполярные, с полевыми чуть быстрее заряжается. Можно использовать полевые ключи серии IRFZ44/48, IRL3705, IRF3205 (указываю только те, которые использовал сам), но можно ставить буквально любые. Из биполярных можно использовать отечественные: КТ819, 805, 817, 815, 829. Выбор не критичен. Можно также использовать и транзисторы прямой проводимости, но в этом случае придется поменять полярность питания.

Номинал базового резистора не критичен (22 Ом-830 Ом).

Приемник

Приемный контур — мотал целых полчаса. Катушка плоская, состоит из 25 витков провода 0,3-0,4мм. Контур удобно мотать на небольшом куске пластмассы, витки постепенно нужно укрепить при помощи суперклея, работа достаточно грязная и долгая. После намотки отделяем контур от пластмассового стенда, на который он был намотан. Это удобно делать при помощи монтажного ножа или лезвием.

Далее контур был подключен к аккумулятору через диод SS14, последний является высокочастотным кремниевым диодом в СМД исполнении.

В моем случае, не работал разъем зарядки на телефоне, поэтому зарядку подключил напрямую к аккумулятору. Такое решение неудобно тем, что датчик не будет показывать, что телефон заряжается. С телефоном все завершено, теперь нужно поставить заднюю крышку.

Время зарядки напрямую зависит от мощности источника питания, в моем случае было использовано заводское зарядное устройство подопытного телефона. Устройство обеспечивает выходное напряжение в 5Вольт, при токе в 350мА.

Такая беспроводная зарядка для телефона работает безотказно, при таком раскладе компонентов мобильник полностью заряжается за 7 часов, долго, но зато заряжается. Ускорить время зарядки можно только умощнением схемы — использовать более мощный блок питания и намотать контура более толстым проводом.

Обзор готовых зарядных устройств для тех, кто не хочет их собирать своими руками

Сделать зарядное устройство для телефона своими руками не так уж сложно, но немногие захотят с этим связываться. Купить намного проще, чем сконструировать его своими руками, если есть возможность и нет особого желания что-то мастерить. Для той категории пользователей, кто не захотел соорудить всё своими руками, предлагаем обзор популярных беспроводных зарядных устройств.

Перед тем, как выбрать гаджет, проверьте: есть ли возможность коннекта между ним и телефоном.

• RAVPower Wireless Charging Pad. Аккумулятор этого устройства имеет ёмкость 5000 мАч, благодаря чему он может одновременно заряжать два смартфона. Но они должны поддерживать Qi-стандарт.
• Anker Wireless Charger PowerPort Qi Wireless Charging Pad. У него есть температурный датчик, чтобы контролировать перегрев, защита от перезарядки. Когда это зарядное устройство не используется, оно входит в спящий режим. Стоит примерно $17.
• Woodpuck FAST Edition Bamboo Qi Wireless Charging Pad. Эта зарядка более мощная и более стильная. Она сделана из бамбука, что само по себе большое преимущество. При этом заряжает телефон она на 40% быстрее. Цена около $40.
• Samsung Fast Charge Qi Wireless Charging Pad. У этого варианта есть поддержка быстрой зарядки, но и стоит он порядка 50 долларов. Естественно, это наилучший вариант для тех же смартфонов и планшетов от Самсунг, если вы хотите на зарядку тратить не больше часа.
• Tylt Vü. Это беспроводное зарядное устройство для телефона отличается от остальных необычной формой, из-за которой телефон заряжается в необычном положении. Выглядит он как обычная подставка. Телефон или планшет размещается на нём в полунаклоне, поэтому намного удобнее становится пользоваться ими во время зарядки.
• Nokia DT-903. Зарядка для телефона от Нокиа имеет подсветку, которая меняет цвет, подстраиваясь под корпус. Специально для родной Нокиа Люмиа встроены индикатор пропущенных вызовов и смс.

Какие телефоны поддерживают беспроводные зарядки?

В предыдущем пункте мы описали принцип действия беспроводной зарядки телефона. Прочитав его, мы понимаем, что по стандарту Qi такая зарядка будет работать, если в смартфон встроен приёмник-ресивер. Этот приёмник сможет принять энергию от того магнитного поля, которое создаётся в катушке зарядного устройства. Какие телефоны поддерживают беспроводную зарядку? Почти все современные смартфоны и планшеты созданы с учётом этой технологии. Это такие фирмы как Yota, Sony, Nokia, Samsung, Kyosera, Motorola, LG, Asus, Google, HTC и Blackerry.

Как сделать беспроводную зарядку своими руками?

Ниже будет приведена инструкция по изготовлению в домашних условиях самого простого беспроводного зарядного устройства. Оно будет рассчитано на работу только с одним аппаратом, практически не подлежит настройке и представляет определённую опасность для работоспособности мобильного аппарата. Если описанный процесс не удовлетворит обладателя телефона или покажется ему чрезмерно сложным, самым разумным решением будет приобрести заводскую модель — или продолжать пользоваться «проводами».

Прежде чем приступать к работе, следует внимательно ознакомиться с пошаговыми инструкциями для каждого технологического блока.

Инструкция по созданию беспроводной зарядки своими руками

Описываться будет достаточно простая схема беспроводной зарядки. Передатчик в ней выполнен на микросхеме таймере – формирователе одиночных импульсов и полевом транзисторе, а приемник на диоде и стабилизаторе.

Схема беспроводной зарядки

Простота конструкции дает возможность произвести ее даже навесным монтажом. Необходимо только помнить о том, что микросхемы и вообще полупроводниковые элементы не любят перегрева, поэтому сборку нужно выполнять придерживая пинцетом ножки критических компонентов схемы между их корпусом и местом пайки. Это позволит уменьшить температуру чувствительной части – пинцет будет работать, как радиатор. Лучше использовать специальную панельку, для размещения на ней микросхемы таймера.

Инструменты и материалы для изготовления беспроводной зарядки

Для изготовления схемы беспроводной зарядки понадобятся:

• ножницы или кусачки для работы с проволокой;
• флюс и припой, в простейшем варианте канифоль и олово;
• паяльник 25-40Вт;
• обычное зарядное устройство от мобильного телефона;
• микросхема формирователя импульсов NE555 на 5В;
  
• мощный полевой транзистор IRF-Z44;
  
  Пример расположения выводов на аналоге транзистора

• стабилизатор напряжения 7805;
  
  Расположение пинов стабилизатора

• диод M4, для схемы приемника;
• конденсаторы – два по 10n, и по одному 100n и 10µ;
• резисторы – 10 Ом и 1 кОм;
• медная, лакированная проволока для антенны – сечением 1 мм и 0,35-0,4 мм.

Изготовление передатчика

Как уже говорилось, монтаж схемы передатчика можно сделать, как навесной, так и на макетной или самостоятельно травленой плате. Здесь его размеры особого значения не имеют. Единственное замечание – антенна должна быть расположена ближе к подложке, на которую впоследствии помещается приемник.

Сама форма катушки также влияния на представленную схему большого не имеет, но рекомендуется выполнить ее спиральной формой, как на фотографии. Это улучшит характеристики передачи энергии, позволит повысить расстояние между приемником и излучателем.

Передатчик на травленной плате и с антенной хорошей формы

Намотку рекомендуется проводить внутри какого-либо корпуса круглой формы – к примеру, в коробке от CD диска – в том месте, где он сам находился. Туда укладывается провод, с оставлением кончика, к которому будет припаян один из контактов самого передатчика, и потом витками, оборачивая вокруг предыдущих, укладывается проволока. Нужно сделать 25 таких оборотов.

После окончания намотки рекомендуется залить всю конструкцию универсальным клеем или эпоксидной смолой, оставив только конечные выходы проволоки. Которые в свою очередь необходимо залудить, а впоследствии и подсоединить к выходам излучателя.

Схема излучателя

Приемник

Конструкция приемника до безобразия проста — контур, выпрямитель, стабилитрон и накопительный конденсатор. Диод нужен импульсный, желательно в СМД исполнении, поскольку вся схема будет находится в мобильном телефоне. В моем случае применен довольно мощный и распространенный диод Шоттки SS14. Такой диод способен работать на частотах до 1МГц, ток составляет до 1А!

Конденсатор не критичен, имеет емкость от 47 до 220 мкФ (больше конечно лучше, но места может не хватить). Напряжение конденсатора от 10 до 25 Вольт.
Стабилитрон — любой на напряжение 5-6 вольт (часто встречаются с напряжением 5.6 Вольт, к примеру — BZX84C5V6).

Контур приемника (L3) содержит 15 витков провода 0,3-0,7мм, мотается по спирали на внешней или внутренней стороне задней крышки телефона.

Схему можно собрать на компактной плате или же разместить в удобном месте при помощи навесного монтажа, но желательно залить монтаж резиновым клеем или силиконом.

В качестве подопытного телефона использовался сони Sony Ericsson K750, он полностью рабочий и был куплен специально для этих опытов (куплен на запчасти за 5$), затем уже был переделан подручный Nokia N95.
Устройство может заряжать мобильный телефон достаточно быстро, все зависит от общей мощности, в данном случае аккумулятор 1000мА полностью заряжается за 3 часа.

Ток во второй контур передается методом электромагнитной индукции, в данном случае это полностью безопасно, поскольку частота понижена, никаких вредных воздействий на человека нет.

Для того, чтобы установить приемный контур, мобильный телефон разбирают. К гнезду зарядки подключают промышленное зарядное устройство и находят полярность на контактах гнезда. Далее выводы приемника подключают к соответствующим выводам гнезда.

Контур можно прикрепить к задней крышке телефона при помощи эпоксидной смолы, силикона (крайне не желательно), супер клея (использовать только тогда, когда контур планируется закрепить с внешней стороны крышки).

Подключение элементов

Прежде чем включать катушку-передатчик, нужно определить, куда будут подсоединены выходы приёмника. Варианта два:

• непосредственно к аккумулятору — особенно удобно, если перестал функционировать стандартный microUSB-разъём или пользователь планирует «закрыть» его от внешней среды;
• к соответствующему разъёму — тогда заряжать устройство можно будет как от собранной катушки, так и стандартным способом от сети.

В первом случае достаточно продумать, как будет батарея с «довесками» располагаться внутри корпуса, и подсоединить контакты. Во втором владелец устройства должен обратить внимание на два крайних разъёма — обычно левый из них, смотря от основания «трапеции», «плюсовой», а правый — «минусовой».

Устройство готово к работе. Теперь нужно «упаковать» приёмник в корпус, закрыть его крышкой, подключить передатчик к сети и поднести телефон ближе чем на пять сантиметров к катушке-передатчику — если сработал индикатор зарядки, схемотехник-любитель всё сделал правильно. Если нет — следует поискать слабые места сборки, проверить наличие тока и при необходимости перепаять контакты.

Важно: магнитное поле, как любое другое излучение, ослабевает по закону обратных квадратов — чем больше расстояние, тем незаметнее индукция. Чтобы «обезопасить» окружающие приборы, достаточно отставить от них беспроводную зарядку на 20–25 сантиметров — большего отдаления для устройства, собранного своими руками, не требуется.

Особенности процесса сборки и подключения

Тут нужно помнить о том, что приемник будет присоединен к реальному, достаточно дорогому устройству–потребителю. Поэтому, перед присоединением нужно мультиметром проверить полярность на выходах приемника и наличие необходимого напряжения при работе собранной схемы – оно должно быть в пределах 4-5В. Стрелочный мультиметр – удобен для определения полярности.

Также нужно определиться, как подключать потребителя. Здесь два варианта – или напрямую к аккумулятору, но в этом случае не будет видно, заряжен он уже или нет при выключенном устройстве, или в штатный разъем питания. В обоих случаях обязательна проверка полярности и допустимых токов! Цена упущения – последующая функциональность мобильного устройства.

Простая технология модификации мобильного телефона «кнопочника»

Чтобы усовершенствовать мобильник, необходимо выполнить ряд простых действий. После обновления гаджета такие проблемы, как выход из строя гнезда для зарядки, путающиеся провода и прочее, станут несущественными.

Для реализации беспроводной зарядки потребуется пара метров медной проволоки тонкого сечения. Проводник необходимо смотать в катушку. Оптимальное количество витков 15 шт. Спираль желательно закрепить посредством клея или двухстороннего скотча, чтобы сохранить её форму. При этом для пайки контактов оставляется несколько сантиметров проволоки. Для соединения с гнездом зарядного устройства применяется импульсный диод и конденсатор, прикрепляемые к разным концам.

С целью создания передающего контура беспроводной зарядки формируются витки размером 1,5 см. Диаметр катушки после скручивания должен составлять 10 см. Оба конца должны быть свободными. Остальная конструкция скрепляется при помощи изоленты или скотча.

Далее наматывается 30 витков более тонкого медного проводника для передатчика. Для замыкания контура применяются транзистор и конденсатор. Положив устройство, оснащённое под крышкой приёмника, в зоне передающего кольца вверх дисплеем, можно добиться беспроводной зарядки телефона.

Преимущества и недостатки беспроводных зарядок

Плюсы:

• нет надобности в присоединении провода к смартфону;
• практичность в применении;
• возможность зарядки сразу нескольких телефонов;
• отсутствие проводов, которые спутываются и со временем перетираются.

Недостатками беспроводных зарядок считаются такие факторы:

• сравнительно высокая стоимость;
• небольшая скорость процесса пополнения аккумулятора энергией;
• часть подаваемого питания расходуется в виде тепла;
• совместимость не со всеми смартфонами, например, для зарядки iPhone понадобятся дополнительные приспособления;
• невозможность или неудобство использования заряжаемого девайса (при удалении от зарядного устройства процесс заряда прерывается).

Беспроводная зарядка своими руками