Содержание

• Стандарты быстрой зарядки
• USB Power Delivery
• Qualcomm Quick Charge
• Другие стандарты
• Как быстро зарядить литий-ионный аккумулятор
• Быстрая зарядка при высоком напряжении?
• Зачем использовать более высокие напряжения?
• Заворачивать
• Связанный

Быстрая зарядка - обязательная функция современных телефонов. Он держит наши батареи заряженными в напряженные дни. Тем не менее, существует множество различных стандартов от разных компаний. Некоторые работают только с определенными кабелями и зарядными устройствами, в то время как другие используют более высокие напряжения. Все это может немного запутать, поэтому мы здесь, чтобы разобраться в этом.

Короче говоря, быстрая зарядка увеличивает ток, посылаемый батарее, чтобы быстрее заполнить ее емкость. Базовая спецификация USB передает только 0,5 ампер (А) тока, используя 5 вольт (В), всего 2,5 Вт (Вт). Технологии быстрой зарядки повышают эти показатели. 10V / 4A SuperCharge от Huawei вырабатывает 40 Вт, а новейшая адаптивная быстрая зарядка Samsung - 15 Вт сока. Некоторые китайские компании даже могут похвастаться технологиями зарядки, которые могут достигать 100 Вт. Все сервисы быстрой зарядки имеют общую тему - больше возможностей.

Это просто основной обзор. Как батарея на самом деле заряжается, сложнее. Прежде чем мы перейдем к этому, давайте рассмотрим различия между всеми этими стандартами быстрой зарядки более подробно.

Стандарты быстрой зарядки

USB Power Delivery

USB Power Delivery (USB-PD) - это официальная спецификация быстрой зарядки, опубликованная USB-IF еще в 2012 году. Стандарт может использоваться любым устройством с портом USB при условии, что его производитель включает необходимые схемы и программное обеспечение. Как и все стандарты быстрой зарядки, USB-PD реализует протокол данных для связи между зарядным устройством и телефоном. Это согласовывает максимально допустимую мощность питания для зарядного устройства и телефона.

USB Power Delivery увеличивает базовую скорость зарядки USB до 100 Вт выходной мощности. Количество доступной мощности делится на разные номинальные мощности, которые работают при разных напряжениях. Режимы 7.5 Вт + и 15 Вт + лучше всего подходят для телефонов, а 27 Вт и выше - для ноутбуков и других устройств с более высокой мощностью. Стандарт также поддерживает двунаправленное питание, позволяя вашему телефону заряжать другие периферийные устройства.

Серия Pixel от Google использует официальную спецификацию Power Delivery, и эта технология поддерживается сегодня в подавляющем большинстве флагманских смартфонов. Apple также реализует стандарт в iPhone 8, iPhone X, iPhone XS и последних MacBook. Однако многие компании предпочитают использовать собственные проприетарные стандарты тарификации.

Qualcomm Quick Charge

Запатентованная технология Qualcomm Quick Charge когда-то была стандартом по умолчанию в индустрии смартфонов, так как она способствовала быстрой зарядке до USB Power Delivery. Последняя версия Quick Charge 4.0+ совместима с Power Delivery, обеспечивая более быструю скорость зарядки и более широкий диапазон поддержки.

Быстрая зарядка - это дополнительная функция, доступная в процессорах Qualcomm Snapdragon. То есть, если в телефоне установлен чип Qualcomm, это не означает, что он совместим с Quick Charge. Тем не менее, широкий спектр телефонов может похвастаться поддержкой Quick Charge, включая LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus и многие другие. Из-за популярности стандарта также существует обширная экосистема устаревших зарядных устройств и аксессуаров сторонних производителей.

Другие стандарты

В экосистеме смартфонов многие модели используют собственные технологии, а не более повсеместные стандарты, описанные выше. Тем не менее, только некоторые из этих стандартов действительно являются собственностью. Многие из них - просто Power Delivery или Quick Charge, переупакованные под другой торговой маркой или имеющие некоторые специфические настройки технологии - на ум приходят технологии адаптивной зарядки Samsung и Turbo Charging от Motorola.

Другие, такие как VOOC от Oppo и SuperCharge от Huawei, работают совершенно по-разному. Это значительно увеличивает величину тока для зарядки большой мощности, а не увеличивает напряжение. За эти годы скорость зарядки этих запатентованных технологий значительно возросла, причем SuperCharge, Super VOCC и OnePlus WarpCharge 30 являются одними из самых быстрых на рынке. Вот как некоторые из наиболее распространенных технологий складываются рядом.

Можно поддерживать несколько стандартов или, по крайней мере, обеспечить некоторый уровень совместимости с различными методами быстрой зарядки. К сожалению, это приводит к непредсказуемости точных скоростей зарядки, которые вы получите при использовании телефонов с разными зарядными устройствами и даже с разными кабелями.

После тестирования нескольких телефонов мы обнаружили, что мощность каждого телефона зависит от зарядного устройства и используемого кабеля. Наилучшие результаты обычно достигаются при использовании кабеля и зарядного устройства, поставляемых в комплекте с вашей трубкой.

Как быстро зарядить литий-ионный аккумулятор

Теперь, когда мы рассмотрели стандарты, давайте углубимся в то, насколько быстрая зарядка на самом деле ускоряет цикл зарядки аккумулятора. Литий-ионные аккумуляторы, используемые внутри смартфонов и других электронных гаджетов, не заряжаются линейным образом. Цикл зарядки делится на две отдельные фазы.

Первый - это увеличение напряжения или фазы постоянного тока. Напряжение батареи постоянно увеличивается от 2 В до пика около 4,2 В при зарядке. Это зависит от конкретной батареи. Батарея потребляет максимальный пиковый ток во время этой фазы, который остается постоянным до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет пика.

Затем напряжение становится постоянным, а ток начинает падать. Батареи, которые заряжаются за пределами этой точки, потребляют меньше тока и поэтому заряжаются медленнее. Вот почему первые 50 или 60 процентов вашего телефона заряжаются значительно быстрее.

Зарядка аккумулятора происходит в две фазы. Восходящее напряжение / постоянный ток и постоянное напряжение / падающий ток. Первая фаза подходит для сильноточной быстрой зарядки.

Технологии быстрой зарядки используют фазу постоянного тока. Накачка максимально возможного тока в батарею, прежде чем она достигнет своего пикового напряжения. Поэтому технологии быстрой зарядки наиболее эффективны, когда аккумулятор заряжен менее чем на 50 процентов, но практически не дают эффекта, когда вы набираете 80 процентов. Между прочим, зарядка при постоянном токе является наименее вредным периодом для длительного срока службы батареи. Более высокое постоянное напряжение, наряду с нагревом, отрицательно сказывается на сроке службы батареи.

Наконец, величина напряжения и тока, передаваемого на батарею, контролируется через схему контроллера заряда внутри телефона. В сочетании с датчиками температуры и напряжения контроллер может управлять величиной тока, чтобы оптимизировать скорость зарядки аккумулятора и долгосрочную работоспособность.

Быстрая зарядка при высоком напряжении?

Некоторые из вас, возможно, заметили очевидную проблему здесь. Если литий-ионные аккумуляторы имеют типичное напряжение от 3 до 4,2 В, не опасно ли использовать зарядные устройства с более высоким напряжением?

Обычно это было бы так, но в смартфоне происходит понижение напряжения и увеличение тока. Это сохраняет количество передаваемой мощности одинаковым (P = IV), но перемещает напряжение в правильный диапазон. И нет, кабели быстрой зарядки не выполняют преобразование напряжения переменного тока. Если вы посмотрите на заднюю часть зарядного устройства, вы сможете увидеть маленький пунктирный значок постоянного тока ⎓. USB всегда является системой доставки постоянного тока.

В цепях быстрой зарядки высокого напряжения используется импульсный источник питания с переключением режимов, также известный как понижающий инвертор. Эта схема принимает высокое напряжение постоянного тока и преобразует его в более низкое напряжение постоянного тока. В идеале он также умножает ток на обратную величину благодаря своим характеристикам «подкачки заряда». По сути, это переключатель, переключающий входное напряжение для зарядки конденсатора с большим током.

Это выглядит сложно, но следуйте графикам справа. Высокое входное напряжение включается и выключается для создания ШИМ-сигнала от Vin. Это индуцирует высокий ток «накачки» через индуктор L в конденсатор Cout. На нагрузке (батарее) мы видим высокий ток и низкое среднее напряжение (Vout).

Понижение с 10 В / 1 А до 5 В в идеале дает ток 2 А после преобразователя. В реальном мире всегда есть некоторая потеря, связанная с этими преобразованиями (как правило, они эффективнее 90%), рассеиваемая в виде тепла. Импульсные источники питания также обычно расходуют меньше энергии, чем линейный регулятор.

Зачем использовать более высокие напряжения?

Есть две основные причины использовать более высокие напряжения. Во-первых, импульсные источники питания более эффективны, чем линейные регуляторы, которые снижают напряжение за счет рассеивания тепла. Это особенно важно для того, чтобы наши телефоны и их батареи оставались холодными.

Второе относится к потере мощности через USB-кабели, особенно более длинные. Резистор, такой как длина провода, сбрасывает напряжение на основе тока, проходящего через него (закон Ома V = IR). Передача той же мощности с использованием более высокого напряжения и более низкого тока теряет мощность по всей длине кабеля. Это более эффективно, и поэтому основная электрическая сеть имеет сотни вольт, а не 5В.

Однако компромисс заключается в том, что понижающие преобразователи легче ограничиваются по току, чем линейные регуляторы. Максимальная выходная мощность зависит от размера индуктивности, конденсатора и пульсации напряжения, а также от частоты переключения, в дополнение к мощностным возможностям транзисторов. Достигнуть очень высоких токов возможно только через более традиционный линейный регулятор напряжения. Вот почему некоторые технологии быстрой зарядки низкого напряжения 5 В, такие как Huawei и OPPO, предлагают большую общую мощность, чем версии с пониженным напряжением от Qualcomm и Samsung.

Новейшая технология MediaTek от Pump Express предназначена для переключения режимов и зарядки линейного регулятора.

На приведенной выше схеме показано, как MediaTek PumpExpress 3.0 и 4.0 могут достигать 5А зарядного тока. Если подключен кабель 5А, его технология обходит обычное коммутирующее зарядное устройство для обеспечения более высокого тока. В этом случае схема согласовывает требуемое напряжение на линиях передачи данных, повышая и понижая зарядное напряжение Vbus для максимальной эффективности.

Заворачивать

Быстрая зарядка включает в себя целый ряд различных технологий, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Отчасти поэтому на рынке так много разных стандартов, так как компании используют свои собственные подходы для ускорения зарядки и увеличения срока службы батареи.

Несколько поколений назад зарядка под высоким напряжением стала нормой, и теперь технологии внедряют более низкие контролируемые напряжения и высокие токи, чтобы еще больше повысить скорость. Однако это требует более толстых кабелей и добавляет еще одну головную боль совместимости.

USB Power Delivery уже достаточно широко принят. Скорее всего, он станет основой всех стандартов USB-зарядки в будущем, хотя мы, скорее всего, увидим, как компании экспериментируют с собственными, еще более быстрыми решениями, помимо поддержки этого универсального стандарта.

Связанный

• Вот лучшие телефоны с быстрой зарядкой аккумуляторов
• Вот лучшие зарядные устройства Samsung Galaxy
• Quick Charge 3.0 объяснил: что нужно знать
• Самые быстрые зарядные кабели - какой из них лучше для вас?
• 6 распространенных мифов о батареях
• Как исправить проблемы с разрядкой аккумулятора Android и продлить срок службы аккумулятора
• Android-смартфоны с лучшим временем автономной работы
• Лучшие телефоны с возможностью беспроводной зарядки
•  Зарядка, чтобы продлить срок службы батареи
• Лучшие беспроводные зарядные устройства - что вы выбираете?