شارژر بی سیم چیست و چگونه کار می‌کند؟

همه وسایل الکترونیکی از جمله گوشی‌های هوشمند، تبلت و موزیک پلیرها، نیاز به منبع تغذیه دارند. با این که می‌توان این وسایل را از طریق کابل به پریز برق وصل کرد، اما برخی از افراد ترجیح می‌دهند از شارژ بی‌سیم برای شارژ کردن وسایل الکترونیکی استفاده کنند. حال سؤال این است که اگر دستگاه خود را به پریز برق وصل نکنیم، جریان برق چگونه به باتری منتقل می‌شود؟ همه معلمان علوم ما در مدرسه به ما گفتند که برای ایجاد یک مدار نیاز به اتصال فیزیکی است، اما شارژ بی‌سیم فراتر از درس علوم دبیرستان است. در این مطلب توضیح می‌دهیم که شارژر بی سیم چیست و چگونه کار می‌کند. برای درک نحوه عملکرد این فناوری، تا پایان مقاله با ما همراه باشید.

شارژر بی سیم چیست؟

شارژ بی‌سیم، امکان انتقال انرژی از یک منبع به گیرنده را بدون استفاده از هرگونه کابل و سیم امکان‌پذیر می‌کند. به واسطه شارژ بی‌سیم نیازی به وارد کردن کابل به دستگاهی که در حال روشن‌کردن آن هستید ندارید. این امر فرسودگی کابل و پریز را کاهش می‌دهد. اشکال مختلفی از شارژر بی‌سیم وجود دارد که هر کدام مزایا، معایب و عملکرد خاص خود را دارند. جدای از این عوامل، مهم‌ترین ویژگی مشترک همه شارژرهای بی‌سیم، عدم نیاز به کابل برای شارژ کردن است. قبل از انتخاب و خرید شارژر بهتر است با انواع آن‌ها آشنا شوید. بنابراین در ادامه بیشتر درباره شارژر بی سیم صحبت خواهیم کرد.

شارژ بی سیم چگونه کار می‌کند؟

اگر می‌دانید که رادیو چگونه کار می‌کند، احتمالاً درک کارکرد شارژ بی‌سیم نیز، سخت نخواهد بود. یک شارژر بی سیم از جریان الکتریکی متناوب برای تبدیل انرژی استفاده کرده  و سپس این انرژی از طریق عنصر کوپلینگ به بیرون هدایت می‌کند. گیرنده‌ای که عنصر کوپلینگ را منعکس می‌کند، با ایجاد میدان الکترومغناطیسی، انرژی را دوباره در گیرنده به  جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. رایج‌ترین و ایمن‌ترین شکل انرژی در شارژرهای بی‌سیم، امواج مغناطیسی است. شارژرهای بی سیم همچنین می‌توانند از میدان‌های الکتریکی، امواج رادیویی، امواج مایکروویو و حتی طیف‌های مختلف نور برای تولید انرژی  استفاده کنند.

انواع شارژر بی سیم

تا به اینجا دانستید که شارژر بی سیم چیست. می‌دانیم که هنگام استفاده از شارژرهای سیمی، باید دائماً کابل را به دستگاهی که می‌خواهید شارژ کنید، وارد کرده و خارج کنید. اما می‌توانید شارژرهای بی سیم را به‌راحتی با دستگاه الکترونیکی همگام‌سازی کنید. شارژرهای بی سیم به دو دسته میدان نزدیک و میدان دور تقسیم می‌شوند. دور یا نزدیک بودن میدان برگرفته از برد و  آنتن دستگاه است.

شارژر بی سیم کوپلینگ القایی

کوپلینگ القایی، جریان  الکتریکی متناوب را به میدان‌های مغناطیسی تبدیل می‌کند و سپس با استفاده از سیم‌پیچ‌های القایی به بیرون هدایت می‌کند. دستگاه گیرنده از سیم‌پیچ‌های القایی مخصوص خود برای دریافت میدان‌های مغناطیسی استفاده کرده و آن را طریق همان فرایند به‌صورت معکوس به جریان‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیم‌پیچ‌ها مانند یک جفت ترانسفورماتور عمل می‌کنند و چون فرکانس و آنتن‌های میدان جفت القایی بسیار کوچک هستند، هر چه گیرنده از فرستنده دورتر باشد، انرژی منتقل شده به‌صورت تصاعدی کاهش می‌یابد. به همین دلیل برای شارژ دستگاه‌های هوشمند،  باید آن‌ها را روی شارژر بی سیم قرار دهید.

کوپلینگ القایی، برای گوشی‌ها، در حال حاضر با دو استاندارد Qi و PMA  عرضه می‌شود. شارژرهای Qi از میدان‌های ۱۰۰ تا ۲۰۵ کیلوهرتز استفاده می‌کنند، در حالی که PMA از میدان‌های ۲۷۷ تا ۳۵۷ کیلوهرتز استفاده می‌کند. شارژ بی‌سیم Qi به طور گسترده به عنوان استاندارد برای اکثر شارژرهای بی سیم کوپلینگ القایی در نظر گرفته می‌شود.

کوپلینگ القایی تشدید

کوپلینگ القایی تشدید بسیار شبیه به کوپلینگ القایی معمولی است. با استفاده از سیم‌پیچ القایی، امواج مغناطیسی به بیرون پرتاب می‌شود و گیرنده آن را دریافت می‌کند. اما افزودن مدارهای تشدید به شارژر به طور قابل‌توجهی محدوده میدان مغناطیسی را افزایش می‌دهند. این بدان معنی است که کوپلینگ القایی تشدیدکننده، می‌تواند دستگاه‌های تلفن همراه را در چند متری شارژر نیز، شارژ کند. 

کوپلینگ خازنی

از آنجایی‌ که کوپلینگ القایی، رایج‌ترین شکل شارژ بی‌سیم است و برای استفاده در اطراف بدن انسان نسبتاً ایمن است، تصور می‌شود که اکثر شارژرهای بی‌سیم، سازگار با بدن انسان هستند. اما این تصور واقعیت ندارد. کوپلینگ خازنی که به‌عنوان القای الکترواستاتیک نیز شناخته می‌شود، یک میدان الکتریکی بین دو الکترود یا صفحه رسانا ایجاد می‌کند. این شارژرهای بی‌سیم مانند شارژرهای جفت القایی است، اما با توجه به اینکه به‌جای میدان‌های مغناطیسی به میدان‌های الکتریکی متکی هستند، چندان با بدن انسان هماهنگ نیستند و می‌توانند در عملکرد بدن انسان تداخل ایجاد کنند.

کوپلینگ مغناطیسی دینامیکی

شارژرهای جفت القایی از میدان‌های مغناطیسی برای انتقال انرژی استفاده می‌کنند؛  اما آهنربا نیستند. برخی از شارژرهای بی‌سیم از میدان‌های مغناطیسی با آهن‌ربا برای تولید بارهای الکتریکی استفاده می‌کنند. کوپلینگ مغناطیسی یک ‌شکل منحصربه‌فرد از شارژ بی‌سیم است که به آهنرباهای دوار متکی است. در یک شارژر مغناطیسی دینامیکی، یک آهنربای اصلی (فرستنده) به بخشی از موتور متصل است که باعث چرخش آن می‌شود. با چرخش آن آهنربا، میدان مغناطیسی آن بر روی آهنربای ثانویه (گیرنده) گشتاور اعمال می‌کند و باعث می‌شود که به نوبه خود بچرخد. این آهنربا که معمولاً به‌نوعی آرمیچر متصل است، یک ژنراتور را در حین حرکت با تولید جریان الکتریکی خود نیرو می‌دهد. 

این مطلب را هم بخوانید: داک شارژ چیست؟

شارژر بی سیم الکترودینامیکی

اگر در یک  دستگاه‌، میدان مغناطیسی با آهنربا ترکیب شود، چه اتفاقی می‌افتد؟ در این نوع شارژرها،  فرستنده شامل یک سیم‌پیچ است که فرکانس مغناطیسی تولید می‌کند. در مقابل گیرنده هم از یک سیم‌پیچ و همچنین یک آهنربای دائمی متصل به روتور استفاده می‌کند. میدان مغناطیسی با آهنربای سیم‌پیچ گیرنده برهم‌کنش می‌کند و بر روی آن گشتاور اعمال می‌کند. این حرکت مکانیکی باعث تولید ولتاژ و توان در دستگاه متصل می‌شود.

اما چه چیزی این روش شارژ را از سایرین متمایز می‌کند؟ بیشتر شارژرهای بی‌سیم که میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند، امواج با فرکانس بالا ایجاد می‌کنند. درحالی‌که این نوع شارژر بی‌سیم الکترودینامیکی از میدان‌های فرکانس پایین در محدوده ۱۰ ثانیه تا ۱۰۰ ثانیه هرتز استفاده می‌کنند. فرکانس‌های این نوع شارژر برای انسان بسیار ایمن‌تر است و می‌توان از شارژر الکترودینامیکی در برق‌رسانی به تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌ها استفاده کرد، بدون اینکه عوارض جانبی منفی ایجاد کند.

انتقال موج  Zenneck 

انتقال موج Zenneck از امواج صفحه الکترومغناطیسی غیریکنواخت استفاده می‌کند که از دو رابط (سطوح لمسی) موازی، از موادی با قابلیت‌های ذخیره انرژی الکتریکی متفاوت تشکیل می‌شوند. این امواج را می‌توان در این رابط‌ها با استفاده از تشدیدکننده‌های امپدانس زمین و دو سیم‌پیچ مارپیچ نیمه‌موج تحریک کرد. هنگامی که جریان‌های متناوب فرکانس بالا از طریق تشدیدکننده تغذیه می‌شود، سیم‌پیچ اصلی جریان را افزایش می‌دهد و سیم‌پیچ ثانویه ولتاژ ایجاد می‌کند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، تشدیدکننده امپدانس زمین یک موج مغناطیسی عرضی ایجاد می‌کند، بنابراین اجازه می‌دهد انرژی در سراسر سطح رابط منتقل شود.

این روش نسبتاً جدید انتقال انرژی بی‌سیم، دارای چندین مزایا و معایب است. امواج Zenneck تحت‌تأثیر محافظ‌های نشتی قرار نمی‌گیرند که همین عامل به آن‌ها اجازه می‌دهد تا انرژی را  کارآمدتر انتقال دهند، اما ازآنجایی‌که این امواج غیر تابشی هستند، نمی‌توانند انرژی را به سطح مشترک  هم جنس خود منتقل کنند. طبق یک مطالعه در سال ۲۰۲۰، استفاده از امواج Zenneck برای انتقال انرژی در سراسر زمین به‌عنوان یک رسانا عملی نیست، اما بسیاری از نمونه‌های زیرساخت فلزی  مانند خطوط راه‌آهن، خطوط لوله و نیروگاه‌های هسته‌ای  می‌توانند از این روش شارژ بی‌سیم استفاده کنند.

لیزرها

چگونه می‌توان انرژی را به‌صورت بی‌سیم از طریق پرتوهای لیزر انتقال داد؟ این فرایند شامل تبدیل یک جریان الکتریکی به یک لیزر پرقدرت و شلیک آن به هر جهت است. برخلاف سایر دستگاه‌های شارژ بی‌سیم که از فرایندها و سخت‌افزارهای آینه‌ای تشکیل شده‌اند، شارژرهای لیزری برای گرفتن لیزر به قطعات تخصصی به نام دیودهای فتوولتائیک نیاز دارند. فرایند تبدیل لیزرها به جریان الکتریکی اساساً مانند عملکرد پانل‌های خورشیدی معمولی است. نیمه‌رساناها هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید، الکترون آزاد می‌کند، بنابراین بار الکتریکی تولید می‌کند که توسط یک اینورتر به جریان متناوب تبدیل می‌شود. بااین‌حال، ازآنجایی‌که لیزرها حاوی فوتون‌های بسیار بیشتری نسبت به نور معمولی خورشید هستند، الکتریسیته بسیار بیشتری تولید می‌کنند.

بر خلاف سایر اشکال شارژ بی‌سیم، لیزرها می‌توانند انرژی را در فواصل وسیع با حداقل هدررفت انتقال دهند. علاوه بر این، تنها دستگاه‌هایی که برای دریافت لیزر طراحی شده‌اند، از آنها انرژی دریافت می‌کنند. بااین‌حال، ازآنجایی‌که پرتوهای لیزری به خط دید متکی است، هر چیزی که مسیر ورود نور را مسدود کند، از شارژ شدن وسیله نیز جلوگیری می‌کند. 

کوپلینگ کانال پلاسمای اتمسفر

ماده بیشتر در سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. بااین‌حال، حالت چهارمی به نام  پلاسما نیز وجود دارد که فقط تحت شرایط خاصی ایجاد می‌شود. این ماده چندین ویژگی شگفت‌انگیز دارد؛ توانایی حمل  الکتریسیته در یک‌لحظه، همانند آنچه که در یک رعدوبرق می‌بینیم.

کوپلینگ کانال پلاسما  که به‌عنوان الکترولیز نیز شناخته می‌شود، شکل دیگری از شارژ بی‌سیم است که از لیزر استفاده می‌کند. اما به‌جای استفاده از لیزر به‌عنوان روشی برای تأمین انرژی، از لیزر برای ایجاد کانال استفاده می‌کند. این لیزر گازهای اطراف را تا زمانی که آنها را یونیزه کرده و یک کانال پلاسما ایجاد می‌کند. این پلاسمای القا شده با لیزر برای یک ثانیه کوتاه وجود دارد؛ اما به اندازه کافی ابررسانا است که باعث ایجاد انتقال الکتریکی قدرتمند می‌شود. نتیجه چیزی شبیه به صاعقه است، بیشتر به این دلیل که صاعقه در واقع پلاسما است.

اگر به شارژ سیمی بیشتر علاقه دارید، حتما راهنمای خرید کابل شارژ را بخوانید.

کلام پایانی

شارژرهای بی سیم برای لوازم دیجتال، از شارژ القایی برای تأمین انرژی استفاده می‌کنند. این شارژرها برای انتقال انرژی، به یک میدان مغناطیسی بسیار قوی نیاز دارند. در این مقاله سعی کردیم بیان کنیم که شارژر بی سیم چیست. همچنین چگونگی کارکرد این نوع شارژرها را بررسی کردیم. با مراجعه به فروشگاه اینترنتی نوینون می‌توانید با یک کلیک، به‌روزترین  و جدیدترین وسایل الکترونیکی و انواع شارژر بی سیم را خریداری کنید.

سؤالات متداول