Obsah

• Vysvětlení standardů rychlého nabíjení
• USB napájení
• Rychlé nabíjení Qualcomm
• Jiné standardy
• Jak rychle dobít lithium-iontovou baterii
• Rychlé nabíjení při vysokém napětí?
• Proč používat vyšší napětí?
• Zabalit
• Příbuzný

Rychlé nabíjení je v dnešních telefonech samozřejmostí. Udržuje naše baterie doplněné po rušné dny. Existuje však celá řada různých standardů od různých společností. Některé pracují pouze se specifickými kabely a nabíječkami, zatímco jiné používají vyšší napětí. To vše může být trochu matoucí, takže jsme tu, abychom to pochopili.

Stručně řečeno, rychlé nabíjení zvyšuje proud odeslaný do baterie, aby se její kapacita rychlejší naplnila. Základní specifikace USB odesílá pouze 0,5 A proudu (5 V) za pouhých 2,5 W (W). Technologie rychlého nabíjení tyto hodnoty zvyšuje. Huawei 10V / 4A SuperCharge produkuje 40 W a nejnovější adaptivní rychlé nabíjení Samsung produkuje 15 W šťávy. Některé čínské společnosti se mohou pochlubit i technologiemi nabíjení, které mohou dosáhnout až 100 W. Všechny služby rychlého nabíjení sdílejí společné téma - větší výkon.

To je jen základní přehled. Jak se baterie skutečně nabíjí, je složitější. Než se k tomu dostaneme, podívejme se podrobněji na rozdíly mezi všemi těmito standardy rychlého nabíjení.

Vysvětlení standardů rychlého nabíjení

USB napájení

USB Power Delivery (USB-PD) je oficiální specifikace rychlého nabíjení publikovaná USB-IF již v roce 2012. Standard může být používán jakýmkoli zařízením s portem USB za předpokladu, že jeho výrobce obsahuje potřebné obvody a software. Stejně jako všechny standardy rychlého nabíjení implementuje USB-PD datový protokol pro komunikaci mezi nabíječkou a telefonem. Tím se sjednává maximální přípustné napájení pro nabíječku i sluchátko.

USB Power Delivery zvyšuje základní rychlost nabíjení USB až na 100 W výstupního výkonu. Množství dostupného výkonu je rozděleno na různé jmenovité hodnoty výkonu, které pracují při různých napětích. Režimy 7,5 W + a 15 W + jsou nejlepší pro telefony, zatímco 27 ​​W a vyšší jsou pro notebooky a jiná zařízení s vyšší spotřebou. Standard také podporuje obousměrné napájení, které umožňuje telefonu nabíjet další periferie.

Série Pixel od společnosti Google využívá oficiální specifikaci napájení a technologie je dnes podporována v naprosté většině vlajkových smartphonů. Apple také implementuje standard do iPhone 8, iPhone X, iPhone XS a nejnovějších MacBooků. Mnoho společností však dává přednost vlastním proprietárním standardům účtování.

Rychlé nabíjení Qualcomm

Proprietární technologie rychlého nabíjení Qualcomm byla kdysi výchozím standardem v průmyslu smartphonů, protože popularizovala rychlé nabíjení před USB Power Delivery. Nejnovější revize rychlého nabíjení 4.0+ je kompatibilní s funkcí Power Delivery, která umožňuje rychlejší nabíjení a širší rozsah podpory.

Rychlé nabíjení je volitelná funkce dostupná u procesorů Qualcomm Snapdragon. Takže to, že telefon má čip Qualcomm, neznamená, že je kompatibilní s rychlým nabíjením. Široká řada telefonů se přesto může pochlubit podporou rychlého nabíjení, včetně LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus a mnoha dalších. Díky popularitě standardu je zde také široký ekosystém starých nabíječek a příslušenství třetích stran.

Jiné standardy

V ekosystému chytrých telefonů používá mnoho modelů spíše vlastní technologie než všudypřítomnější standardy výše. Pouze několik z těchto standardů je však skutečně proprietárních. Mnoho z nich je pouze dodávka energie nebo rychlé nabíjení přebalené pod jinou značkou nebo s určitými konkrétními vylepšeními technologie - na mysl přicházejí technologie společnosti Samsung Adaptive Charging a Motorola Turbo Charging.

Ostatní jako Oppo's VOOC a Huawei's SuperCharge fungují úplně jinak. Ty výrazně zvyšují množství proudu pro nabíjení s vysokým výkonem, spíše než zvyšují napětí. Rychlost nabíjení těchto proprietárních technologií se v průběhu let značně zvýšila, přičemž SuperCharge, Super VOCC a OnePlus WarpCharge 30 jsou jedny z nejrychlejších na trhu. Zde je přehled některých nejběžnějších technologií vedle sebe.

Je možné podporovat více standardů nebo alespoň zajistit určitou úroveň kompatibility s různými metodami rychlého nabíjení. Bohužel to vede k mnoha nepředvídatelným informacím o přesných rychlostech nabíjení, které získáte při používání telefonů s různými nabíječkami a dokonce i různých kabelů.

Po vyzkoušení několika telefonů jsme zjistili širokou variabilitu toho, kolik energie každý telefon dojednal, v závislosti na použité nabíječce a kabelu. Nejlepších výsledků obvykle dosáhnete použitím kabelu a nabíječky dodávané v krabici s telefonem.

Jak rychle dobít lithium-iontovou baterii

Nyní, když jsme pokryli normy, pojďme se pustit do toho, jak rychlé nabíjení ve skutečnosti urychluje nabíjecí cyklus baterie. Lithium-iontové baterie používané v chytrých telefonech a jiných elektronických zařízeních se nabíjejí lineárně. Nabíjecí cyklus je rozdělen do dvou různých fází.

První je fáze zvyšujícího se napětí nebo konstantní proud. Napětí baterie se neustále nabíjí z nízkých jako 2V na maximální hodnotu okolo 4,2 V. To se liší v závislosti na přesné baterii. Baterie během této fáze odčerpává nejvyšší špičkový proud, který zůstává konstantní, dokud nevyčerpá napětí baterie.

Napětí se pak ustálí a proud začne klesat. Baterie, které se nabíjejí po tomto bodě, čerpají méně proudu, a proto se nabíjejí pomaleji. Z tohoto důvodu se prvních 50 nebo 60 procent vašeho telefonu účtuje výrazně rychleji.

Nabíjení baterie probíhá ve dvou fázích. Rostoucí napětí / konstantní proud a konstantní napětí / klesající proud. První fáze je vhodná pro vysokorychlostní rychlé nabíjení.

Technologie rychlého nabíjení využívají fázi konstantního proudu. Nabíjení co největšího proudu do baterie, než dosáhne svého maximálního napětí. Technologie rychlého nabíjení je proto nejúčinnější, když je vaše baterie nabitá na méně než 50 procent, ale při průchodu 80 procent mají malý až žádný účinek. Mimochodem, nabíjení konstantním proudem je nejméně škodlivé období pro dlouhodobé zdraví baterie. Vyšší konstantní napětí spolu s teplem poškozuje životnost baterie.

Nakonec je množství napětí a proudu předávané do baterie řízeno obvodem ovladače nabíjení uvnitř telefonu. Ve spojení s teplotními a napěťovými senzory může řídicí jednotka řídit množství proudu, aby optimalizovala rychlost nabíjení baterie a dlouhodobé zdraví.

Rychlé nabíjení při vysokém napětí?

Někteří z vás si možná všimli zjevného problému. Pokud lithium-iontové baterie mají typické napětí kolem 3 až 4,2 V, není nebezpečné používat nabíječky s vyšším napětím?

Obvykle by tomu tak bylo, ale obvody smartphonu snižují napětí a zvyšují proud. To udržuje množství přenášeného výkonu stejné (P = IV), ale pohybuje napětí do správného rozsahu. A ne, rychlé nabíjecí kabely neprovádějí konverzi střídavého napětí. Pokud se podíváte na zadní stranu nabíječky, budete moci spatřit malou přerušovanou ikonu DC proudu ⎓. USB je vždy DC napájecí systém.

Vysokonapěťové rychlé nabíjecí obvody používají spínaný zdroj napájení, známý také jako buck invertor. Tento obvod odebírá vysoké stejnosměrné napětí a převádí jej na nižší stejnosměrné napětí. V ideálním případě také díky charakteristikám „nabíjecího čerpadla“ vynásobí proud inverzní hodnotou. Jde v podstatě o přepínač, který přepíná vstupní napětí a nabíjí kondenzátor se spoustou proudu.

Vypadá to komplikovaně, ale postupujte podle grafů vpravo. Vysoké vstupní napětí se zapíná a vypíná a vytváří signál PWM od Vin. To indukuje vysoký „čerpací“ proud přes induktor L do kondenzátoru Cout. Při zatížení (baterie) vidíme vysoký proud a nízké průměrné napětí (Vout).

Snížení z 10V / 1A na 5V ideálně poskytuje 2A proud za převodníkem. V reálném světě je s těmito konverzemi vždy spojena určitá ztráta (obvykle je účinnost vyšší než 90%), rozptýlená jako teplo. Spínané napájecí zdroje také obvykle plýtvají méně energie než lineární regulátor.

Proč používat vyšší napětí?

Existují dva hlavní důvody pro použití vyšších napětí. Zaprvé jsou spínané napájecí zdroje účinnější než lineární regulátory, které snižují napětí rozptylem tepla. To je zvláště důležité pro udržení našich telefonů a jejich baterií v chladu.

Druhá se týká ztráty energie přes kabely USB, zejména kabelů delší. Odpor, například délka drátu, snižuje napětí na základě proudu, který jím prochází (Ohmův zákon V = IR). Přenos stejného výkonu pomocí vyššího napětí a nižšího proudu ztratí po celé délce kabelu méně energie. To je efektivnější a důvodem, proč je hlavní rozvodná síť stovky voltů a ne 5V.

Kompromisem však je, že převodníky dolaru jsou snadněji omezeny na proud než lineární regulátory. Maximální výstupní výkon závisí na velikosti induktoru, kondenzátoru a zvlnění napětí, jakož i na spínací frekvenci, kromě výkonových schopností tranzistorů. Pouze tradičním lineárním regulátorem napětí je možné dosáhnout velmi vysokých proudů. To je důvod, proč některé nízkonapěťové 5V technologie rychlého nabíjení, jako například technologie od Huawei a OPPO, nabízejí více celkového výkonu než verze s přepínáním bucků od Qualcomm a Samsung.

Nejnovější technologie MediaTek Pump Express zajišťuje jak režim přepínání, tak nabíjení lineárního regulátoru.

Výše uvedený diagram ukazuje, jak se PumpExpress 3.0 a 4.0 MediaTek podařilo dosáhnout až 5A nabíjecího proudu. Pokud je připojen kabel 5A, jeho technologie obchází konvenční spínací nabíječku, aby umožnila vyšší proud. V tomto případě obvod vyjednává požadované napětí přes datová vedení a zvyšuje a snižuje nabíjecí napětí Vbus pro maximální účinnost.

Zabalit

Rychlé nabíjení zahrnuje řadu různých možných technologií, z nichž každá má své vlastní klady a zápory. To je zčásti důvodem, proč na trhu existuje tolik různých standardů, protože společnosti přijímají své vlastní přístupy k urychlení nabíjení a maximalizaci životnosti baterií.

Před několika generacemi se vysokonapěťové nabíjení stalo normou a nyní technologie zavádějí nižší řízená napětí a vysoké proudy, aby ještě více zvýšily rychlosti. To však vyžaduje silnější kabely a přidává další bolest hlavy kompatibility.

USB Power Delivery je již velmi rozšířený. Pravděpodobně bude tvořit páteř všech standardů nabíjení USB v budoucnu, ale pravděpodobně uvidíme, jak společnosti experimentují s vlastními ještě rychlejšími řešeními na vrcholu podpory tohoto univerzálního standardu.

Příbuzný

• Zde jsou nejlepší telefony s rychlým nabíjením baterií
• Zde jsou nejlepší nabíječky Samsung Galaxy
• Quick Charge 3.0 vysvětlil: co potřebujete vědět
• Nejrychlejší nabíjecí kabely - který z nich je pro vás nejlepší?
• 6 běžných mýtů o bateriích, kterým pravděpodobně věříte
• Jak vyřešit problémy s vybitím baterie Android a prodloužit životnost baterie
• Smartphony Android s nejlepší životností baterie
• Nejlepší telefony s možností bezdrátového nabíjení
•  Nabíjecí zvyky pro maximální výdrž baterie
• Nejlepší bezdrátové nabíječky - jaké jsou vaše možnosti?