На рынке существует множество стандартов быстрой зарядки, но все они имеют общую базовую технологию. Вот как это работает.
Быстрая зарядка стала обязательной функцией современных телефонов. Она позволяет заряжать наши аккумуляторы в течение всего напряженного дня и возвращает нас к работе всего за несколько минут. Однако существует множество различных стандартов от разных компаний, и скорость часто зависит от отдельных кабелей и зарядных адаптеров. Все это может немного сбить с толку, поэтому мы здесь, чтобы разобраться в этом.
Если вы новичок в идее быстрой зарядки, идея заключается в том, чтобы обеспечить большую мощность аккумулятора через USB-порт, чем довольно жалкие стандартные 2,5 Вт мощности разъема. Если вы когда-нибудь задумывались, почему зарядка вашего смартфона через USB-порт занимает несколько часов, вот почему. Без возможности быстрой зарядки старые порты USB-A могут работать мучительно медленно. Порты USB Type-C могут работать быстрее — до 15 Вт быстрее, — но гарантий нет.
Мощность современных смартфонов с быстрой зарядкой составляет от 18 до 120 Вт, а время зарядки составляет от 20 минут до чуть более часа. На рынке есть даже телефоны со сверхбыстрой зарядкой мощностью 240 Вт, хотя они определенно не являются нормой. Быстрая зарядка в наши дни предназначена не только для проводной зарядки. Беспроводная зарядка также входит в игру.
Если вы хотите знать, как работает эта технология и как сравниваются все популярные стандарты быстрой зарядки, тогда придерживайтесь этого.
Как работает быстрая зарядка смартфона?
Прежде чем углубиться в стандарты быстрой зарядки, давайте рассмотрим некоторые основы зарядки аккумуляторов. Как и все электронные устройства, аккумуляторы работают с определенным напряжением и могут вводить и выводить определенное количество тока. Чем больше и того, и другого, тем больше мощность и, следовательно, быстрее зарядка. Однако аккумуляторы имеют очень строгие эксплуатационные ограничения, особенно в отношении напряжения, которые необходимо соблюдать для их безопасной зарядки.
Быстрая зарядка аккумулятора - это не просто подача на него максимально возможного напряжения и тока. Вместо этого зарядка аккумулятора разбивается на две отдельные фазы — постоянный ток и постоянное напряжение. На приведенной ниже диаграмме показано, как изменяется напряжение во время зарядки и как это влияет на величину тока, который может быть передан аккумулятору.
Более низкое напряжение аккумулятора помогает со временем увеличить емкость. Зеленый: сначала зарядка при более низком напряжении составляет ~ 65%. Желтый: начало постоянного напряжения. Красный: длительный период зарядки при высоком напряжении в течение последних 15%.
Технологии быстрой зарядки используют фазу постоянного тока, подавая в аккумулятор как можно больше тока до того, как он достигнет своего пикового напряжения. Таким образом, технологии быстрой зарядки наиболее эффективны, когда ваша батарея заполнена менее чем на 50%, но оказывают меньшее влияние на время зарядки, когда уровень заряда батареи превышает 80%. Кстати, зарядка постоянным током - наименее вредный период для долговременного функционирования аккумулятора. Более высокое постоянное напряжение, наряду с нагревом, более пагубно сказывается на сроке службы аккумулятора.
Существует ряд методов, которые производители могут использовать для повышения эксплуатационных возможностей своих аккумуляторов и увеличения времени зарядки. Например, более дорогие аккумуляторы могут поставляться с более высокой частотой разрядки и новыми материалами, позволяющими выдерживать более высокие токи и температуры. Аккумуляторы с несколькими анодными и катодными выступами могут снизить внутреннее сопротивление аккумулятора и увеличить его ток. Двухэлементные батареи разделяют ток между двумя батареями параллельно, чтобы создать видимость более быстрой зарядки.
Оптимизация времени зарядки аккумулятора теперь также включает мониторинг напряжения и тока и оптимизацию алгоритмов. Наряду с температурой эти данные могут передаваться обратно в интеллектуальные зарядные устройства для оптимизации подачи питания на устройство, такое как ваш смартфон. При согласовании мощности вступают в действие стандарты быстрой зарядки, изложенные ниже.
Стандарты быстрой зарядки смартфонов
Теперь, когда мы знаем, как работает быстрая зарядка, давайте рассмотрим различные стандарты, используемые в смартфонах и других гаджетах.
Подача питания через USB
USB Power Delivery (USB PD)- это официальная спецификация быстрой зарядки, опубликованная USB-IF еще в 2012 году. С 2020 года USB PD стал наиболее часто поддерживаемым стандартом зарядки в индустрии смартфонов. Несмотря на то, что большое количество телефонов по-прежнему оснащено более быстрыми фирменными стандартами, большинство телефонов сегодня поддерживают USB PD через порт USB-C.
Как и во всех стандартах быстрой зарядки, USB PD реализует протокол передачи данных для обмена данными между зарядным устройством и телефоном. Это обеспечивает максимально допустимую подачу энергии как для зарядного устройства, так и для трубки. Мощность USB PD варьируется от всего лишь 0,5 Вт до 100 Вт.
Диапазон мощности USB PD
0,5 - 15 Вт. 15-27 Вт 27-45 Вт. 45-100 Вт
Фиксированное напряжение
5 В. 9 В 15 В 20 В
Текущий диапазон
0,1 - 3,0А 1.67 - 3.0A 1,8 - 3,0А 2,25 - 3,0А
3,0 - 5,0
А только с
номинальным
кабелем
Примеры устройств
Наушники, Смартфоны, Планшеты, Большие небольшие USB камеры небольшие ноутбуки -аксессуары дроны ноутбуки. дисплеи
Смартфоны обычно используют мощность около 18-25 Вт для зарядки с помощью USB PD. Стандарт также поддерживает двунаправленное питание, что позволяет вашему телефону заряжать другие периферийные устройства. Большинство смартфонов перешли от базового стандарта USB PD, но некоторые, такие как iPhone 14, все еще используют его.
Действительно, дополнительный программируемый источник питания (USB PD PPS) в наши дни стал гораздо более распространенным. Эта дополнительная часть спецификации USB PD обеспечивает более гибкое регулирование напряжения с шагом 20 мВ, что делает ее гораздо более полезной для оптимальной быстрой зарядки. Samsung Galaxy S23 Ultra и Pixel 7 серии являются примерами телефонов с быстрой зарядкой, использующих USB PD PPS.
Qualcomm Quick Charge
Quick Charge от Qualcomm, возможно, уже не так заметна в сфере зарядки смартфонов, как это было несколько лет назад, из-за роста как фирменных стандартов, так и стандартов USB PD. Но сейчас это пятое поколение, и оно все еще используется в ряде смартфонов.
Последняя версия Quick Charge 5 обратно совместима со всеми предыдущими версиями Quick Charge и USB PD. Она также совместима со спецификацией USB PD и способна обеспечивать до 100 Вт мощности для более требовательных устройств. Это намного больше мощности, чем предыдущие версии, которые обычно обеспечивали 18 Вт и 27 Вт мощности для совместимых гаджетов.
Напряжения Макс. Макс.
ток мощность
Быстрая 5 В 2A 10 Вт
зарядка 1.0
Быстрая 5/9 / 12V 3A 18 Вт
зарядка 2.0
Быстрая 3,6 - 20 В 2.5 / 4.6A 18 Вт
зарядка 3.0 с шагом 200 мВ
Быстрая Режим контроля Режим контроля Режим зарядка 4+ качества 3,6 - 20 В качества 2,5 / 4,6A. контроля
(с шагом 200 мВ) Режим USB-PD 3A. кач-ва мощн.
18 Вт
Режим USB-PD 5/9 В Режим USB-
PD мощн.27 Вт
Быстрая 3,3 - 20 В Режимы 100 Вт
зарядка 5 3A, 5A, > 5A
При увеличении рабочего напряжения до 20 В и тока от 3 А до 5 А Quick Charge 5 очень напоминает возможности быстрой зарядки USB PD PPS. Qualcomm дополняет свой стандарт возможностями идентификации зарядного устройства, а также протоколами защиты от напряжения, тока и перегрева. По словам Qualcomm, он разработан так, чтобы быть еще более безопасным, чем стандарт USB PD.
Другие распространенные проприетарные стандарты
За прошедшие годы множество других компаний разработали свои собственные стандарты быстрой зарядки. Многие из них были созданы еще тогда, когда порты USB-A. Однако некоторые из них более или менее устарели с переходом на USB-C и распространением USB PD. Однако некоторые остаются на месте из-за широкой поддержки устаревших устройств или потому, что они быстрее, чем предлагаемые с более универсальными стандартами.
Например, протокол Apple 2.4A расширяет возможности стандартных портов USB-A с током 2,4 А вместо базовых возможностей 0,5 А. Новые iPhone и ряд старых гаджетов используют эти возможности для зарядки от старых портов. Samsung Adaptive Fast Charge - это аналогичный устаревший стандарт, разработанный для старых смартфонов Samsung Galaxy, и он поддерживается также в моделях нового поколения. Она обеспечивает мощность до 15 Вт, что значительно медленнее, чем более современные технологии быстрой зарядки.
Многие известные бренды смартфонов используют USB PD PPS, замаскированные под кричащим названием Super Fast Charging.
Другие менее популярные и старые стандарты, такие как Motorola Turbo Charge и Pump Express от MediaTek, обесценились или, по сути, стали не более чем оболочками для доставки питания по USB. Последний стандарт Samsung, получивший название Super Fast Charging, также является просто другим названием USB PD PPS.
В индустрии смартфонов по-прежнему используются запатентованные стандарты очень быстрой зарядки, особенно китайских производителей. Примерами могут служить HUAWEI SuperCharge, SuperVOOC от OPPO и технология зарядки Xiaomi мощностью 120 Вт. Эти технологии варьируются от 40 Вт до 240 Вт, что намного превосходит реализации, применяемые в стандартах Quick Charge и USB Power Delivery.
Хорошие новости заключаются в том, что фирменные зарядные устройства от таких компаний, как OnePlus и Xiaomi, все чаще поддерживают USB PD в дополнение к их собственным протоколам. Это позволяет с помощью этих блоков питания быстро заряжать смартфоны, ноутбуки и многое другое, одновременно уменьшая потребность в нескольких адаптерах.
Беспроводная быстрая зарядка смартфона: как это работает?
Беспроводная зарядка смартфоны имеют те же принципы и препятствия, что и проводная быстрая зарядка. Устройствам по-прежнему требуется быстро заряжаемый аккумулятор и способ передачи информации от гаджета к зарядному устройству. Кроме того, возникает дополнительная сложность, связанная с эффективной передачей большого количества энергии по воздуху.
Qi (произносится как "чи") - наиболее широко принятый стандарт в области мобильной беспроводной зарядки. Так же, как и USB PD, стандарт претерпел несколько изменений, улучшив возможности питания стандарта и варианты использования связи. В Qi также реализована обратная беспроводная зарядка, позволяющая телефонам медленно заряжать другие беспроводные гаджеты.
Мощность Qi версии 1.0, выпущенной в 2010 году, составляла всего 5 Вт. С годами она увеличилась до 10 Вт, 15 Вт, 30 Вт и даже 65 Вт для устройств большего размера. Однако в области смартфонов 15 Вт, как правило, является верхним пределом, и многие устройства выбирают более медленные конфигурации мощностью 10 Вт и 7,5 Вт. Таким образом, Qi по-прежнему работает медленнее, чем проводная зарядка.
Все смартфоны с беспроводной зарядкой поддерживают универсальный стандарт Qi, но некоторые выходят за его рамки.
Apple также представила собственную запатентованную технологию беспроводной зарядки с помощью MagSafe в 2020 году. MagSafe также заряжает с мощностью 15 Вт, что делает его медленнее, чем 20 Вт проводной мощности iPhone 12, обеспечиваемой USB Power Delivery. В 2023 году Apple представила универсальный стандарт беспроводной зарядки Qi2, который включает магнитное крепление в стиле MagSafe. Хотя это магнитное соединение повысит эффективность беспроводной зарядки, ранние версии Qi2 не превысят барьер в 15 Вт.
Тем не менее, растет рынок гораздо более быстрых фирменных стандартов беспроводной зарядки, особенно среди китайских брендов. OPPO и OnePlus могут похвастаться беспроводным AirVOOC мощностью 80 Вт, Xiaomi - зарядным устройством мощностью 100 Вт, а HUAWEI - технологией мощностью 40 Вт, и это лишь некоторые из них.
Ключом к более быстрой беспроводной зарядке является использование большего количества катушек для передачи тока по воздуху. Однако это имеет побочный эффект - удорожание реализации, занимает больше места и повышает температуру зарядки. Хотя быстрая беспроводная зарядка, безусловно, возможна, это не самый эффективный способ быстрой зарядки смартфонов и других гаджетов.
Состояние быстрой зарядки в 2023 году
По сравнению с тем, что было всего несколько лет назад, рынок смартфонов в 2023 году, наконец, объединился вокруг небольшого набора стандартов для быстрой проводной и беспроводной зарядки. Что касается проводной сферы, мы рады сообщить, что USB PD стал стандартом де-факто для зарядки смартфонов в экосистемах Android и iOS.
USB PD также пользуется популярностью на рынках ноутбуков. Это означает, что вы можете использовать всех ваших устройств. Тем не менее, внедрение USB PD PPS создало новый уровень путаницы для потребителей. Беспроводная зарядка находится в аналогичной ситуации: бренды объединяются вокруг Qi как повсеместного отраслевого стандарта, но некоторые по-прежнему полагаются на свои собственные проприетарные реализации.
Тем не менее, запатентованные стандарты занимают свое место в сфере зарядки и поднимают скорость до новых высот. Проводная мощность 240 Вт, не говоря уже о беспроводной мощности 100 Вт, была немыслима всего несколько лет назад. И, несмотря на их растущее распространение, USB PD и Qi определенно не являются самыми быстрыми технологиями в бизнесе.
