Obsah

• Vysvetlenie štandardov rýchleho nabíjania
• USB napájanie
• Rýchle nabíjanie Qualcomm
• Iné normy
• Ako rýchlo nabiť lítium-iónovú batériu
• Rýchle nabíjanie pri vysokom napätí?
• Prečo používať vyššie napätie?
• Zabaliť
• súvisiace

Rýchle nabíjanie je v dnešných telefónoch nevyhnutnosťou. Udržuje naše batérie doplnené počas náročných dní. Existujú však rôzne normy rôznych spoločností. Niektoré pracujú iba s konkrétnymi káblami a nabíjačkami, zatiaľ čo iné používajú vyššie napätie. Môže to byť trochu mätúce, takže sme tu, aby sme to pochopili.

Stručne povedané, rýchle nabíjanie zvyšuje prúd posielaný do batérie, aby sa rýchlejšie naplnila jej kapacita. Základná špecifikácia USB vysiela iba 0,5 A prúdu (A) s použitím 5 voltov (V) len za 2,5 W (W). Tieto čísla podporujú technológie rýchleho nabíjania. Huawei 10V / 4A SuperCharge vyrába 40 W a najnovšie adaptívne rýchle nabíjanie spoločnosti Samsung produkuje 15 W šťavy. Niektoré čínske spoločnosti sa môžu pochváliť aj technológiami nabíjania, ktoré môžu dosiahnuť až 100 W. Všetky služby rýchleho nabíjania zdieľajú spoločnú tému - viac energie.

Toto je len základný prehľad. To, ako sa batéria skutočne nabíja, je zložitejšie. Skôr ako sa k tomu dostaneme, pozrime sa podrobnejšie na rozdiely medzi všetkými týmito štandardmi rýchleho nabíjania.

Vysvetlenie štandardov rýchleho nabíjania

USB napájanie

USB Power Delivery (USB-PD) je oficiálna špecifikácia rýchleho nabíjania publikovaná spoločnosťou USB-IF už v roku 2012. Normu môžu používať všetky zariadenia s portom USB za predpokladu, že výrobca obsahuje potrebné obvody a softvér. Rovnako ako všetky štandardy rýchleho nabíjania, aj USB-PD implementuje dátový protokol na komunikáciu medzi nabíjačkou a telefónom. Týmto sa dohodne maximálna prípustná dodávka energie pre nabíjačku aj pre slúchadlo.

USB Power Delivery zvyšuje základné rýchlosti nabíjania USB až na 100 W výstupného výkonu. Množstvo dostupného výkonu je rozdelené do rôznych výkonov, ktoré pracujú pri rôznych napätiach. Režimy 7,5 W + a 15 W + sú najlepšie pre telefóny, zatiaľ čo režimy 27 W a viac sú určené pre notebooky a ďalšie zariadenia s vyšším výkonom. Štandard tiež podporuje obojsmerné napájanie, ktoré umožňuje telefónu nabíjať ďalšie periférne zariadenia.

Séria Pixel od spoločnosti Google využíva oficiálnu špecifikáciu napájania a táto technológia je podporovaná v drvivej väčšine vlajkových telefónov dnes. Spoločnosť Apple tiež implementuje štandard do zariadení iPhone 8, iPhone X, iPhone XS a najnovších MacBookov. Mnoho spoločností však dáva prednosť svojim vlastným normám spoplatňovania hneď po vybalení.

Rýchle nabíjanie Qualcomm

Proprietárna technológia rýchleho nabíjania Qualcomm bola kedysi predvoleným štandardom v priemysle smartfónov, pretože popularizovala rýchle nabíjanie pred dodávkou energie USB. Najnovšia verzia 4.0+ Quick Charge je kompatibilná s technológiou Power Delivery, ktorá umožňuje rýchlejšie nabíjanie a väčšiu podporu.

Rýchle nabíjanie je voliteľná funkcia, ktorá je k dispozícii pre procesory Snapdragon spoločnosti Qualcomm. Takže to, že telefón má čip Qualcomm, neznamená, že je kompatibilný s rýchlym nabíjaním. Široká škála telefónov sa napriek tomu pýši podporou rýchleho nabíjania vrátane LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus a mnohých ďalších. Tam je tiež široký ekosystém starých nabíjačiek a príslušenstva tretích strán, kvôli popularite normy.

Iné normy

V ekosystéme smartfónov veľa modelov používa interné technológie a nie všadeprítomné normy uvedené vyššie. Iba niektoré z týchto noriem sú však skutočne chránené. Mnohé z nich sú iba dodávkou energie alebo rýchlym nabíjaním, ktoré sú prebalené pod inou obchodnou značkou alebo ktoré obsahujú určité vylepšenia technológie - myslia si technológie Adaptive Charging a Motorola Turbo Charging od spoločnosti Samsung.

Iní ako Oppo's VOOC a Huawei SuperCharge fungujú úplne inak. Tieto výrazne zvyšujú množstvo prúdu na nabíjanie s vysokým výkonom, nie na zvyšovanie napätia. Rýchlosti nabíjania týchto proprietárnych technológií sa v priebehu rokov výrazne zvýšili, pričom SuperCharge, Super VOCC a OnePlus WarpCharge 30 sú jedny z najrýchlejších na trhu. Tu je zoznam niektorých najbežnejších technológií.

Je možné podporovať viacero štandardov alebo aspoň zabezpečiť určitú úroveň kompatibility s rôznymi metódami rýchleho nabíjania. Bohužiaľ to vedie k veľkej nepredvídateľnosti presných rýchlostí nabíjania, ktoré získate pri používaní telefónov s rôznymi nabíjačkami a dokonca aj s rôznymi káblami.

Po testovaní niekoľkých telefónov sme našli veľkú variabilitu toho, koľko energie každý telefón dohodol, v závislosti od použitej nabíjačky a kábla. Najlepšie výsledky sa dosahujú obvykle pomocou kábla a nabíjačky dodávanej v balení spolu s telefónom.

Ako rýchlo nabiť lítium-iónovú batériu

Teraz, keď sme pokryli normy, poďme sa pustiť do toho, ako rýchle nabíjanie v skutočnosti zrýchľuje cyklus nabíjania batérie. Lítium-iónové batérie používané vo smartfónoch a iných elektronických zariadeniach sa nabíjajú lineárnym spôsobom. Nabíjací cyklus je rozdelený do dvoch rôznych fáz.

Prvou je fáza zvyšovania napätia alebo konštantného prúdu. Keď sa nabíja, napätie batérie neustále stúpa z nízkych ako 2V na maximum okolo 4,2 V. To sa líši v závislosti od presnej batérie. Batéria odoberá najvyšší špičkový prúd počas tejto fázy, ktorá zostáva konštantná až do špičiek napätia batérie.

Napätie potom zostane konštantné a prúd začne klesať. Batérie, ktoré sa nabíjajú po tomto bode, sú vybité menej a preto sa nabíjajú pomalšie. Preto sa prvých 50 alebo 60 percent vášho telefónu nabíja oveľa rýchlejšie.

Nabíjanie batérie nastáva v dvoch fázach. Stúpajúce napätie / konštantný prúd a konštantné napätie / klesajúci prúd. Prvá fáza je vhodná pre vysokoprúdové rýchle nabíjanie.

Technológie rýchleho nabíjania využívajú fázu konštantného prúdu. Čerpanie čo najväčšieho množstva prúdu do batérie skôr, ako dosiahne svoje špičkové napätie. Preto sú technológie rýchleho nabíjania najúčinnejšie, keď je vaša batéria nabitá na menej ako 50%, ale pri prechode na 80% majú malý alebo žiadny účinok. Mimochodom, nabíjanie konštantným prúdom je najmenej škodlivé pre dlhodobé zdravie batérie. Vyššie konštantné napätie spolu s teplom má nepriaznivý vplyv na výdrž batérie.

Nakoniec sa množstvo napätia a prúdu odovzdaného do batérie riadi obvodom kontroléra nabíjania vo vnútri telefónu. V spojení so snímačmi teploty a napätia môže regulátor riadiť množstvo prúdu, aby optimalizoval rýchlosť nabíjania batérie a dlhodobé zdravie.

Rýchle nabíjanie pri vysokom napätí?

Niektorí z vás tu možno videli zjavný problém. Ak majú lítium-iónové batérie typické napätie okolo 3 až 4,2 V, nie je nebezpečné používať nabíjačky s vysokým napätím?

Normálne by to tak bolo, ale obvody smartfónov znižujú napätie a zvyšujú prúd. Tým sa zachová rovnaké množstvo prenášaného výkonu (P = IV), ale napätie sa presunie do správneho rozsahu. A nie, rýchle nabíjacie káble nerobia konverziu striedavého napätia. Ak sa pozriete na zadnú stranu nabíjačky, budete si môcť všimnúť malú prerušovanú ikonu DC prúdu ⎓. USB je vždy jednosmerný napájací systém.

Vysokonapäťové rýchle nabíjacie obvody využívajú spínané napájacie zdroje, známe tiež ako buck invertor. Tento obvod má vysoké jednosmerné napätie a prevádza ho na nižšie jednosmerné napätie. V ideálnom prípade tiež vďaka charakteristikám „nabíjacieho čerpadla“ vynásobí prúd inverznou hodnotou. Je to v podstate prepínač prepínajúci vstupné napätie, aby sa nabil kondenzátor s množstvom prúdu.

Vyzerá to komplikovane, ale postupujte podľa grafov vpravo. Vysoké vstupné napätie sa zapína a vypína, aby sa vytvoril signál PWM od Vin. To indukuje vysoký „čerpací“ prúd cez induktor L do kondenzátora Cout. Pri zaťažení (batéria) vidíme vysoký prúd a nízke priemerné napätie (Vout).

Zníženie z 10 V / 1 A na 5 V ideálne poskytuje prúd 2 A po prevodníku. V skutočnom svete sú s týmito konverziami vždy spojené nejaké straty (zvyčajne sú vyššie ako 90%), rozptýlené ako teplo. Spínané napájacie zdroje tiež zvyčajne míňajú menej energie ako lineárny regulátor.

Prečo používať vyššie napätie?

Existujú dva hlavné dôvody na použitie vyššieho napätia. Po prvé, spínané napájacie zdroje sú účinnejšie ako lineárne regulátory, ktoré znižujú napätie rozptylom tepla. Toto je obzvlášť dôležité pre udržanie našich telefónov a ich batérií v chlade.

Druhá sa týka straty energie cez káble USB, najmä pri dlhších kábloch. Odpor, napríklad dĺžka vodiča, znižuje napätie na základe prúdu, ktorý ním prechádza (Ohmov zákon V = IR). Pri prenose toho istého výkonu s použitím vyššieho napätia a nižšieho prúdu dôjde k strate energie po celej dĺžke kábla. To je efektívnejšie a dôvod, prečo je hlavná rozvodná sieť stovky voltov a nie 5V.

Kompromisom však je, že prevodníky peňazí sú ľahšie obmedzené na prúd ako lineárne regulátory. Maximálny výstupný výkon okrem výkonových schopností tranzistorov závisí od veľkosti induktora, kondenzátora a zvlnenia napätia, ako aj od spínacej frekvencie. Je možné dosiahnuť iba veľmi vysoké prúdy pomocou tradičnejšieho lineárneho regulátora napätia. To je dôvod, prečo niektoré nízkonapäťové 5V technológie rýchleho nabíjania, ako napríklad technológie od spoločností Huawei a OPPO, ponúkajú viac celkového výkonu ako verzie s prepínaním Buck s vyšším napätím od spoločností Qualcomm a Samsung.

Najnovšia technológia spoločnosti MediaTek Pump Express sa stará o prepínanie do režimu aj nabíjanie lineárneho regulátora.

Diagram hore ukazuje, ako sa PumpExpress 3.0 a 4.0 programu MediaTek podarí dosiahnuť až 5 A nabíjacieho prúdu. Ak je pripojený 5A kábel, jeho technológia obchádza konvenčnú spínaciu nabíjačku, aby umožnila vyšší prúd. V tomto prípade obvod dohodne požadované napätie cez dátové vedenia, čím zvýši a zníži nabíjacie napätie Vbus pre maximálnu účinnosť.

Zabaliť

Rýchle nabíjanie zahŕňa celý rad rôznych možných technológií, z ktorých každá má svoje vlastné klady a zápory. To je čiastočne dôvod, prečo je na trhu toľko rôznych noriem, pretože spoločnosti prijímajú svoje vlastné prístupy na urýchlenie nabíjania a maximalizáciu životnosti batérie.

Pred niekoľkými generáciami sa vysokonapäťové nabíjanie stalo normou a technológie teraz zavádzajú nižšie regulované napätie a vysoké prúdy, aby ešte viac zvýšili rýchlosť. Vyžaduje si to však hrubšie káble a ďalšie bolesti hlavy zlučiteľné s kompatibilitou.

USB napájanie je už veľmi rozšírené. Pravdepodobne bude tvoriť chrbtovú kosť všetkých štandardov nabíjania USB, ale pravdepodobne uvidíme, že spoločnosti experimentujú so svojimi vlastnými ešte rýchlejšími riešeniami okrem podpory tohto univerzálneho štandardu.

súvisiace

• Tu sú najlepšie telefóny s rýchlym nabíjaním batérií
• Tu sú najlepšie nabíjačky Samsung Galaxy
• Quick Charge 3.0 vysvetlil: čo potrebujete vedieť
• Najrýchlejšie nabíjacie káble - ktorý z nich je pre vás najlepší?
• 6 bežných mýtov o batériách, ktorým pravdepodobne veríte
• Ako vyriešiť problémy s vybíjaním batérií v systéme Android a predĺžiť ich výdrž
• Smartfóny s Androidom s najlepšou výdržou batérie
• Najlepšie telefóny s možnosťou bezdrôtového nabíjania
•  Nabíjacie návyky na maximalizáciu životnosti batérie
• Najlepšie bezdrôtové nabíjačky - aké sú vaše možnosti?