Стандарты быстрой зарядки

Стандарты быстрой зарядки

Быстрая зарядка - это обязательная функция в современных телефонах. Однако существует множество различных стандартов от разных компаний, а скорость зарядки часто зависит от кабелей и зарядных устройств. 

Выход заряда измеряется в силе тока и напряжении. Их умножение - это показатель общей мощности.

Чтобы ускорить заряд устройства, большинство производителей либо увеличивают силу тока, либо изменяют напряжение, чтобы увеличить количество передаваемой энергии. Большинство стандартов быстрой зарядки обычно изменяют напряжение, а не увеличивают силу тока.

Порты USB-A в компьютерах могут запитывать устройства, но очень медленно: USB 2.0 выдает до 2.5Вт (5В/0.5А), USB 3.0 - до 4.5Вт (5В/0.9A), что достаточно для устройств с небольшим потреблением и аккумулятором. Спецификация USB Battery Charging (USB BC), разработанный в августе 2007 года, увеличила мощность до 7,5Вт (5В/1,5А). USB BC 1.2, выпущенный в декабре 2010 года, повысил надежность USB-зарядки, но использовался  как правило в дорогих материнских платах и помечался красным цветом. Большинство же телефонов и других устройств способны работать с напряжением 5В/2,4А. Для более быстрой зарядки повышает напряжение до 9 В, 12 В и выше или увеличивает силу тока до 3 А и выше. 

Standards of Fast Charging

Имейте в виду, что ваше устройство будет потреблять столько энергии, сколько рассчитано на его зарядную схему. Для быстрой зарядки для работы вам нужен телефон или другое устройство со схемой зарядки, способной использовать один из стандартов быстрой зарядки, а также адаптер и кабель, соответствующие этому же стандарту.

Как и все электронные устройства, батареи устройств работают с определенным напряжением и могут вводить и выводить определенное количество тока. Однако батареи имеют очень строгие рабочие ограничения, особенно в отношении напряжения, которые необходимо соблюдать для их безопасной зарядки.Поэтому зарядка аккумулятора разбивается на две отдельные фазы — постоянный ток и постоянное напряжение. Технологии быстрой зарядки используют фазу постоянного тока, накачивая как можно больше тока в батарею до того, как она достигнет своего пикового напряжения. Поэтому технологии быстрой зарядки наиболее эффективны, когда ваша батарея заполнена менее чем на 50%, но оказывает меньшее влияние на время зарядки, как только батарея разряжается на 80%. Кстати, зарядка постоянным током является наименее вредным периодом для долгосрочного использования батареи. Более высокое постоянное напряжение, наряду с высокой температурой, более пагубно сказывается на сроке службы батареи.
 

USB Power Delivery

USB Power Delivery (USB PD) - это официальная спецификация быстрой зарядки, опубликованная USB-IF еще в 2012 году. С 2020 года USB PD стал наиболее распространненным стандартом зарядки в индустрии смартфонов. Несмотря на то, что часть телефонов по-прежнему может использовать более быстрые собственные стандарты, большинство телефонов сегодня поддерживают USB-PD через порт USB-C.

Как и все стандарты быстрой зарядки, USB PD реализует протокол передачи данных для связи между зарядным блоком и телефоном. Это обеспечивает максимально допустимую подачу питания как для зарядного блока, так и для подключенного устройства. USB PD масштабируется по мощности всего от 0,5 Вт до 100 Вт.

Standards of Fast Charging

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.

Версия USB PD 1.0 (июль 2012г) предлагала шесть фиксированных профилей мощности для разных категорий устройств: 10Вт (5В/2А), 18Вт (12В/1,5А), 36Вт (12В/3А), 60Вт (12В/5А), 60Вт (20/3А) и 100Вт (20В/5А). Это было не совсем гибко для широкого спектра гаджетов, включая небольшие аккумуляторы для смартфонов, которые предпочитают зарядку под более низким напряжением.

Более современные варианты PD 2.0 (2014г) и 3.0 (2015г) отказываются от фиксированных профилей в пользу более гибких правил питания. Эти правила сохраняют фиксированные скобки напряжения, но допускают более широкий диапазон согласованных уровней тока. Конечным результатом является гораздо более гибкий стандарт, который лучше подходит для широкого спектра устройств. USB Power Delivery 3.0 также расширяет протокол связи для поддержки таких функций, как состояние батареи, повышенная безопасность и быстрая смена ролей.

Новейший стандарт USB PD также включает в себя дополнительный протокол с программируемым источником питания Programmable Power Supply (USB PD PPS) (2018г). Это обеспечивает более гибкое регулирование выходного напряжения с шагом 20 мВ, что делает его гораздо более полезным для оптимальной быстрой зарядки. Кроме того заряжаемое устройство может аналогично запрашивать у источника выходной ток с шагом 50 мА. Контрольный запрос по току и напряжению отправляется каждые 10 секунд. Серия Samsung Galaxy S21 является примером смартфонов с поддержкой USB PD PPS.

Apple PD Fast Charging

До iPhone 6 телефоны Apple поддерживали только зарядку мощностью 5Вт (5В/1А), модели 6 и 7 серии уже стали поддерживать более быстрые блоки 10.5Вт (5В/2.1А) и 12Вт (5В/2.4А), разработанные для Ipad. Начиная с выхода в 2017 году 8 серии, смартфоны Apple стали поддерживать стандарт USB-C PD 18Вт кабелем Lightning-USB-C, что позволило зарядить устройство до 50% за 30 минут.

Standards of Fast Charging

Компьютеры iMac также на смену блоков с MagSafe 1 и MagSafe2, с 2015 года стали поддерживать блоки USB-C PD (2015г - 29Вт и 30Вт, 2016г - 61Вт, 2018г - 87Вт, 2019г - 96Вт

Standards of Fast Charging

Qualcomm Quick Charge

Наиболее распространенным стандартом быстрой зарядки является Qualcomm Quick Charge из-за широкого распространения чипсетов компании. Qualcomm Quick Charge, возможно, уже не так преобладает в области быстрой зарядки смартфонов, как это было несколько лет назад, из-за роста как собственных стандартов производителей телефоном, так и роста распространения USB PD. 

Standards of Fast Charging

Quick Charge 3.0 является одним из наиболее распространенных протоколов быстрой зарядки Qualcomm. QC 3.0 динамически повышает напряжение с 3,2 В до 20 В, хотя пиковая мощность для обоих стандартов составляет 18 Вт. Это означает, что теоретически телефоны емкостью от 3500 до 4500 мАч могут заряжаться примерно на 80 процентов всего за 35 минут, когда батарея разряжена. Быстрая зарядка 3+ обеспечивает аналогичную скорость зарядки для менее дорогих чипсетов Qualcomm Snapdragon 700 серии.

Quick Charge 4+ сужает диапазон напряжений при увеличении силы тока. Он обеспечивает 5В при напряжении от 4,7А до 5,6А или 9В при 3А. Устройства быстрой зарядки 4+ используют порты USB-C и совместимы с USB-питанием. Они также имеют второй чип управления питанием, обеспечивающий мощность до 27Вт без перегрева. 

Новейшая версия Quick Charge 5 обратно совместима со всеми предыдущими версиями быстрой зарядки и USB-PD. Он также совместим со спецификацией USB PD и способен обеспечивать до 100 Вт мощности для более требовательных гаджетов. Это намного больше мощности, чем в предыдущих версиях, которые обычно обеспечивали мощность 18 Вт и 27 Вт для совместимых гаджетов. При возрастающем рабочем напряжении до 20В, токе от 3А до 5А Quick Charge 5 очень похожа на возможности быстрой зарядки USB PD PPS. Qualcomm дополняет свой стандарт возможностями идентификации зарядного устройства, а также протоколами защиты от напряжения, тока и температуры. По словам Qualcomm, он разработан так, чтобы быть еще более безопасным, чем стандарт USB PD.

Samsung AFC and SFC

Standards of Fast Charging

 

Тип зарядки Вольтаж Ток Мощность
Samsung Adaptive Fast Charging 5В/9В 2А/1.67А 10Вт/15Вт
Samsung Super Fast Charging 1.0 11В 2.25А 25Вт
Samsung Super Fast Charging 2.0 10В 4.5А 45Вт

 

Samsung помимо стандартных сетевых блоков 7,5Вт (5В/1.55А) разработала Adaptive Fast Charging (адаптивную быструю зарядку). AFC работает аналогично быстрой зарядке Qualcomm, повышая напряжение и/или силу тока. Важно отметить, что, хотя некоторые телефоны Samsung поддерживают более старые версии Qualcomm QC2.0 и 3.0, они зарядятся быстрее с помощью адаптера, сертифицированного Samsung.

Standards of Fast Charging

Samsung Super Fast Charging реализован в блоках с USB-C. С сетевым блоком Samsung 10В/4,5Вт Galaxy S20 Ultra и Note 10+ теоретически могут заряжаться при мощности 45 Вт. Большинство флагманов текущего поколения Samsung поддерживают SFC до 25 Вт с адаптером в коробке.

Standards of Fast Charging