Zawartość

• Wyjaśnienie standardów szybkiego ładowania
• Zasilanie USB
• Szybkie ładowanie Qualcomm
• Inne standardy
• Jak szybko naładować akumulator litowo-jonowy
• Szybkie ładowanie przy wysokim napięciu?
• Dlaczego warto stosować wyższe napięcia?
• Zakończyć
• Związane z

Szybkie ładowanie jest koniecznością w dzisiejszych telefonach. Dzięki temu nasze akumulatory są doładowywane przez pracowite dni. Istnieje jednak wiele różnych standardów różnych firm. Niektóre działają tylko z określonymi kablami i ładowarkami, podczas gdy inne używają wyższych napięć. Wszystko może być trochę mylące, dlatego jesteśmy tutaj, aby to zrozumieć.

Krótko mówiąc, szybkie ładowanie zwiększa prąd przesyłany do akumulatora, aby szybciej wypełnić jego pojemność. Podstawowa specyfikacja USB wysyła tylko 0,5 ampera (A) prądu przy użyciu 5 woltów (V) przy zaledwie 2,5 wata (W). Technologie szybkiego ładowania podnoszą te liczby. SuperCharge 10 V / 4A Huawei wytwarza 40 W, a najnowsze adaptacyjne szybkie ładowanie Samsunga wytwarza 15 W soku. Niektóre chińskie firmy oferują nawet technologie ładowania, które mogą osiągnąć nawet 100 W. Wszystkie usługi szybkiego ładowania mają wspólny motyw - więcej mocy.

To tylko podstawowy przegląd. Sposób, w jaki bateria faktycznie się ładuje, jest bardziej skomplikowany. Zanim do tego dojdziemy, spójrzmy bardziej szczegółowo na różnice między tymi wszystkimi standardami szybkiego ładowania.

Wyjaśnienie standardów szybkiego ładowania

Zasilanie USB

USB Power Delivery (USB-PD) to oficjalna specyfikacja szybkiego ładowania opublikowana przez USB-IF w 2012 roku. Standard może być używany przez każde urządzenie z portem USB, pod warunkiem, że jego producent zawiera niezbędne obwody i oprogramowanie. Podobnie jak wszystkie standardy szybkiego ładowania, USB-PD implementuje protokół danych do komunikacji między ładowarką a telefonem. Negocjuje to maksymalne dopuszczalne zasilanie zarówno ładowarki, jak i słuchawki.

USB Power Delivery zwiększa podstawowe prędkości ładowania USB do 100 W mocy wyjściowej. Ilość dostępnej mocy jest podzielona na różne moce znamionowe, które działają przy różnych napięciach. Tryby 7,5 W + i 15 W + są najlepsze dla telefonów, a 27 W i więcej dla laptopów i innych urządzeń o większej mocy. Standard obsługuje również zasilanie dwukierunkowe, umożliwiając telefonowi ładowanie innych urządzeń peryferyjnych.

Seria Pixel Google wykorzystuje oficjalną specyfikację Power Delivery, a technologia jest obsługiwana w zdecydowanej większości flagowych smartfonów. Apple wdraża również standard w iPhone'ach 8, iPhone'ach X, iPhone'ach XS i najnowszych MacBookach. Jednak wiele firm preferuje własne, autorskie standardy ładowania od razu po wyjęciu z pudełka.

Szybkie ładowanie Qualcomm

Zastrzeżona przez Qualcomm technologia szybkiego ładowania była kiedyś standardem w branży smartfonów, ponieważ spopularyzowała szybkie ładowanie przed zasilaniem USB. Najnowsza wersja Quick Charge 4.0+ jest kompatybilna z Power Delivery, pozwalając na szybsze ładowanie i szerszy zakres wsparcia.

Szybkie ładowanie to opcjonalna funkcja dostępna w procesorach Snapdragon firmy Qualcomm. To, że telefon ma układ Qualcomm, nie oznacza, że ​​jest on zgodny z funkcją szybkiego ładowania. Mimo to szeroka gama telefonów oferuje obsługę szybkiego ładowania, w tym LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus i wiele innych. Istnieje również szeroki ekosystem starszych ładowarek i akcesoriów innych producentów, ze względu na popularność standardu.

Inne standardy

W ekosystemie smartfonów wiele modeli wykorzystuje własne technologie zamiast bardziej wszechobecnych standardów powyżej. Jednak tylko kilka z tych standardów jest naprawdę zastrzeżonych. Wiele z nich to po prostu Power Delivery lub Quick Charge przepakowane pod inną marką lub zawierające pewne poprawki w technologii - przychodzą na myśl technologie Samsung Adaptive Charging i Motorola Turbo Charging.

Inne, takie jak VOOC Oppo i SuperCharge Huawei, działają zupełnie inaczej. Znacznie zwiększają one ilość prądu przy ładowaniu dużej mocy zamiast zwiększać napięcie. Prędkości ładowania tych zastrzeżonych technologii znacznie wzrosły na przestrzeni lat, przy czym SuperCharge, Super VOCC i OnePlus WarpCharge 30 są jednymi z najszybszych na rynku. Oto jak niektóre z najpopularniejszych technologii układają się obok siebie.

Możliwe jest wsparcie wielu standardów lub przynajmniej zapewnienie pewnego poziomu zgodności z różnymi metodami szybkiego ładowania. Niestety prowadzi to do dużej nieprzewidywalności co do dokładnych prędkości ładowania, jakie otrzymasz, gdy będziesz używać telefonów z różnymi ładowarkami, a nawet różnymi kablami.

Po przetestowaniu kilku telefonów stwierdziliśmy dużą różnorodność mocy negocjowanej przez każdy telefon, w zależności od zastosowanej ładowarki i kabla. Najlepsze wyniki uzyskuje się zazwyczaj za pomocą kabla i ładowarki dostarczonej wraz z zestawem słuchawkowym.

Jak szybko naładować akumulator litowo-jonowy

Teraz, gdy omówiliśmy standardy, przyjrzyjmy się, jak szybkie ładowanie faktycznie przyspiesza cykl ładowania akumulatora. Baterie litowo-jonowe stosowane w smartfonach i innych gadżetach elektronicznych nie ładują się w sposób liniowy. Cykl ładowania jest podzielony na dwie odrębne fazy.

Pierwszym z nich jest wzrost napięcia lub stała faza prądu. Napięcie akumulatora stale rośnie od 2 V aż do szczytowego poziomu około 4,2 V podczas ładowania. Zależy to od dokładnej baterii. Akumulator pobiera najwyższy prąd szczytowy podczas tej fazy, który pozostaje stały, dopóki napięcie akumulatora nie osiągnie wartości szczytowej.

Napięcie staje się wtedy stałe i prąd zaczyna spadać. Baterie, które ładują się poza tym punktem, pobierają mniej prądu i dlatego ładują się wolniej. Dlatego pierwsze 50 lub 60 procent twojego telefonu ładuje się znacznie szybciej.

Ładowanie akumulatora odbywa się w dwóch fazach. Rosnące napięcie / stały prąd i stałe napięcie / opadający prąd. Pierwsza faza nadaje się do szybkiego ładowania wysokoprądowym.

Technologie szybkiego ładowania wykorzystują fazę prądu stałego. Pompowanie jak największej ilości prądu do akumulatora, zanim osiągnie ono szczytowe napięcie. Dlatego technologie szybkiego ładowania są najskuteczniejsze, gdy akumulator jest naładowany w mniej niż 50 procentach, ale mają niewielki lub żaden wpływ, gdy przekroczysz 80 procent. Nawiasem mówiąc, stałe ładowanie prądu jest najmniej szkodliwym okresem dla długoterminowego zdrowia akumulatora. Wyższe stałe napięcie wraz z ciepłem ma negatywny wpływ na żywotność baterii.

Wreszcie, napięcie i prąd przekazywane do baterii są kontrolowane przez obwód kontrolera ładowania wewnątrz telefonu. W połączeniu z czujnikami temperatury i napięcia kontroler może zarządzać ilością prądu, aby zoptymalizować prędkość ładowania akumulatora i jego długoterminowe zdrowie.

Szybkie ładowanie przy wysokim napięciu?

Niektórzy z was mogli zauważyć tutaj wyraźny problem. Jeśli akumulatory litowo-jonowe mają typowe napięcie około 3 do 4,2 V, czy nie jest niebezpieczne stosowanie ładowarek o wyższym napięciu?

Zwykle tak by było, ale obwody smartfonów obniżają napięcie i zwiększają prąd. Dzięki temu ilość przenoszonej mocy pozostaje taka sama (P = IV), ale przesuwa napięcie do właściwego zakresu. I nie, kable szybkiego ładowania nie przetwarzają napięcia zmiennego. Jeśli spojrzysz na tył ładowarki, zauważysz małą przerywaną ikonę prądu stałego ⎓. USB to zawsze system zasilania prądem stałym.

Obwody szybkiego ładowania wysokiego napięcia wykorzystują obniżające napięcie źródło zasilania, znane również jako falownik buck. Obwód ten przyjmuje wysokie napięcie stałe i przekształca je w niższe napięcie stałe. Idealnie pomnaża również prąd przez wartość odwrotną dzięki charakterystyce „pompy ładującej”. Zasadniczo jest to przełącznik przełączający napięcie wejściowe w celu naładowania kondensatora dużą ilością prądu.

To wygląda na skomplikowane, ale postępuj zgodnie z wykresami po prawej stronie. Wysokie napięcie wejściowe włącza się i wyłącza, tworząc sygnał PWM z Vin. To indukuje wysoki prąd „pompujący” przez cewkę L do kondensatora Cout. Przy obciążeniu (baterii) widzimy wysoki prąd i niskie średnie napięcie (Vout).

Zmniejszenie napięcia z 10 V / 1 A do 5 V idealnie daje prąd 2 A za przetwornikiem. W prawdziwym świecie zawsze są pewne straty związane z tymi konwersjami (zwykle są one powyżej 90 procent wydajności), rozpraszane jako ciepło. Zasilacze impulsowe zwykle tracą mniej energii niż regulator liniowy.

Dlaczego warto stosować wyższe napięcia?

Istnieją dwa główne powody, aby używać wyższych napięć. Po pierwsze, zasilacze impulsowe są bardziej wydajne niż regulatory liniowe, które zmniejszają napięcia poprzez rozpraszanie ciepła. Jest to szczególnie ważne, aby utrzymać nasze telefony i ich baterie w niskiej temperaturze.

Drugi dotyczy utraty mocy przez kable USB, szczególnie dłuższe. Rezystor, taki jak długość drutu, obniża napięcie w oparciu o przepływający przez niego prąd (prawo Ohma V = IR). Przesyłanie tej samej mocy przy użyciu wyższego napięcia i niższego prądu traci mniej mocy na całej długości kabla. Jest to bardziej wydajne i dlatego główna sieć energetyczna ma setki woltów, a nie 5 V.

Jednak kompromis polega na tym, że konwertery buck są łatwiej ograniczone prądem niż regulatory liniowe. Maksymalna moc wyjściowa zależy od wielkości induktora, tętnienia i tętnienia napięcia, a także częstotliwości przełączania, a także mocy tranzystorów. Możliwe jest osiąganie bardzo wysokich prądów tylko za pomocą bardziej tradycyjnego liniowego regulatora napięcia. Właśnie dlatego niektóre technologie szybkiego ładowania 5 V niskiego napięcia, takie jak Huawei i OPPO, oferują większą całkowitą moc niż wersje przełączania buck buck wyższego napięcia od Qualcomm i Samsung.

Najnowsza technologia Pump Express MediaTek obsługuje zarówno tryb przełączania, jak i ładowanie regulatora liniowego.

Powyższy schemat pokazuje, w jaki sposób MediaEtek PumpExpress 3.0 i 4.0 osiągają prąd ładowania do 5A. Jeśli podłączony jest kabel 5A, jego technologia omija konwencjonalną ładowarkę przełączającą, aby umożliwić większy prąd. W takim przypadku obwód negocjuje wymagane napięcie na liniach danych, podnosząc i obniżając napięcie ładowania Vbus w celu uzyskania maksymalnej wydajności.

Zakończyć

Szybkie ładowanie obejmuje szereg różnych możliwych technologii, z których każda ma swoje zalety i wady. Po części dlatego na rynku istnieje tak wiele różnych standardów, ponieważ firmy stosują własne podejście do przyspieszenia ładowania i wydłużenia żywotności baterii.

Kilka pokoleń temu ładowanie wysokim napięciem stało się normą, a teraz technologie wprowadzają niższe kontrolowane napięcia i wysokie prądy, aby jeszcze bardziej zwiększyć prędkości. Wymaga to jednak grubszych kabli i powoduje dodatkowy ból głowy związany ze zgodnością.

USB Power Delivery jest już dość powszechnie stosowany. Prawdopodobnie będzie stanowić trzon wszystkich standardów ładowania USB w przyszłości, choć prawdopodobnie zobaczymy, że firmy eksperymentują z własnymi jeszcze szybszymi rozwiązaniami oprócz obsługi tego uniwersalnego standardu.

Związane z

• Oto najlepsze telefony z szybkim ładowaniem akumulatorów
• Oto najlepsze ładowarki Samsung Galaxy
• Quick Charge 3.0 wyjaśnił: co musisz wiedzieć
• Najszybsze kable ładujące - który jest dla Ciebie najlepszy?
• 6 typowych mitów dotyczących baterii, w które prawdopodobnie wierzysz
• Jak rozwiązać problemy z rozładowaniem baterii Androida i przedłużyć żywotność baterii
• Smartfony z Androidem o najlepszej żywotności baterii
• Najlepsze telefony z funkcjami ładowania bezprzewodowego
•  Zwyczaje ładowania, aby zmaksymalizować żywotność baterii
• Najlepsze ładowarki bezprzewodowe - jakie są twoje wybory?