Як працює швидка зарядка? Порівняно кожен стандарт

На зростаючому конкурентному ринку смартфонів люди прискіпливо вивчають кожну функцію, яку можуть запропонувати смартфони, від розміру екрана до потужності процесора, перш ніж вибрати найкращий смартфон для них.

Відносним новачком в рядах затребуваних функцій є швидка зарядка. Технологія тепер дозволяє швидко заряджати під час обмеженого простою, який ми маємо в нашому напруженому повсякденному житті. Хто б не хотів мати смартфон, який заряджається за хвилини, а не за години?

Якби це було так просто. Стандарти заряджання — це складна суміш хімії та фізики, і кожен має свої власні обмеження, а також несумісність. Що ще гірше, виробники смартфонів, як правило, наклеюють незрозумілі етикетки на свої технології зарядки.

Отже, як працює швидка зарядка? Глибоко вдихнути. Наш довідник із найпопулярніших стандартів бездротової зарядки на ринку розбиває їх до найпростішого рівня. Ось усе, що вам потрібно знати про адаптивну швидку зарядку Samsung, USB Power Delivery, Qualcomm Quick Charge, OnePlus Warp Charge тощо.

Основи

Як швидко працює зарядка

Перш ніж ми заглибимося в бур’яни, давайте почнемо з основ.

У кожного смартфона є акумулятор, і кожен акумулятор забезпечує живлення більш-менш однаковим чином.

Елементи, що складаються з двох електродів (одного позитивного й одного негативного) і електроліту, каталізують реакції, які перетворюють сполуки на нові речовини. З часом в електродах утворюються іони — атоми з надто малою чи великою кількістю електронів, що створює потік електронів до негативної зовнішньої клеми батареї та живлення вашого телефону електрикою заряд.

У неперезаряджуваних батареях ці хімічні реакції відбуваються лише один раз. Але в перезаряджуваних літій-іонних батареях, які живлять смартфони, реакції є «оборотними». Коли акумулятор розряджається, хімічна реакція виробляє електроенергію, а коли батарея заряджається, хімічна реакція поглинає потужність.

Швидка зарядка

Отже, ми з’ясували, як відбувається заряд і розряд акумуляторів. Але щоб зрозуміти, як працює швидка зарядка, вам потрібно знати дещо про так званий контролер заряду.

Коротка примітка:

Оскільки під час обговорення ми будемо мати на увазі вольти, ампери та вати, ось нагадаємо. Вольт є мірою напруги, ампер є мірою струму, а ват є мірою електричної потужності. Поширеною аналогією є садовий шланг: вольти еквівалентні тиску води в шлангу; струм еквівалентний витраті; потужність еквівалентна об’єму струменю носика. Отже, вати є добутком вольт і ампер — вольт (В), помножений на ампер (А), дорівнює ватам (Вт).

Акумулятори смартфонів заряджаються, коли через них проходить струм. Більший струм і вища напруга заряджають батареї швидше, але є обмеження на те, що вони можуть витримати. Контролер заряду (IC) захищає від небезпечних стрибків струму.

Мікросхема контролера регулює загальний потік електроенергії в акумулятор і з нього. Загалом, літій-іонні контролери визначають струм (в амперах), яким заряджається батарея, вимірюючи струм і напругу елемента батареї, а потім регулюючи струм, що надходить. Деякі використовують перетворювач постійного струму в постійний для зміни вхідної напруги, а модніші інтегральні схеми регулюють опір між входом зарядного пристрою та клемою акумулятора, щоб збільшити або зменшити потік струму.

Сила струму, яку споживає контролер заряду, зазвичай визначається програмним забезпеченням телефону.

Стандарти USB зарядки

Якщо ви все ще не використовуєте Palm Pilot початку 90-х, швидше за все, ваш смартфон заряджається через USB-кабель. Є вагома причина: окрім того, що USB-кабелі відносно легко знайти USB має дійсно надійний, чітко визначений стандарт заряджання під назвою USB Power Delivery Специфікація.

Форум розробників USB визначає кілька типів, по одному для кожної відповідної специфікації USB: USB 1.0, 2.0, 3.0/3.1/3.2 і USB4. USB 1.0 і 2.0 зустрічаються дедалі рідше і несумісні з нашими сучасними смартфонами. За замовчуванням порти USB 3.0 подають 5 В/0,9 А (4,5 Вт).

Але завдяки оновленню до фізичного з’єднання USB-C (переворотний штекер овальної форми на новіших смартфонах) і USB 3.1 (і пізніших версій) PD може стати зовсім іншою твариною. Він технічно здатний підтримувати специфікацію USB 2.0, але більшість виробників обирають новітні стандарти, такі як USB 3.2 або USB4, які потенційно можуть забезпечити набагато вищу напругу.

Ці пізніші стандарти USB дозволяють пристроям використовувати переваги специфікації USB Power Delivery (USB-PD), яка, починаючи з USB-PD версії 3.1, має максимальну вихідну потужність 48 В (240 Вт) під час зарядки, хоча пристрої, як правило, дотримуються версії 20 В/5 А (100 Вт) на початку часу. Смартфони поки не споживають стільки енергії — виробники зазвичай дотримуються нижчої сили струму (наприклад, 3 А), але це благо для ноутбуків USB-C, таких як MacBook Pro і Google Chromebook Pixel.

Трохи ускладнює ситуацію специфікація заряджання батареї, яка конкретно стосується живлення, що надходить від порту USB для заряджання. Найновіша специфікація, ред. 1.2, визначає три різні джерела живлення: стандартний вихідний порт (SDP), вихідний порт заряджання (CDP) і спеціальний порт зарядки (DCP). CDP, специфікація сучасних смартфонів, ноутбуків та іншого обладнання, може забезпечити до 1,5 А.

Повністю сумісні смартфони та зарядні пристрої відповідають обмеженням USB 2.0 і BC1.2, але не всі телефони та зарядні пристрої сумісні. Ось чому, як правило, смартфони завжди встановлюють найнижчу швидкість зарядки.

Однак специфікації USB більше схожі на вказівки, ніж на вислів. Стандарти швидкої зарядки, такі як Quick Charge від Qualcomm і Adaptive Fast Charging від Samsung, можуть перевищувати USB параметри напруги специфікації, але навмисно — тому ваш телефон здатний заряджатися за хвилини, а не години.

Стандарти швидкої зарядки: у чому різниця?

USB-PD також забезпечує лише необхідну потужність для пристрою, тому той самий зарядний пристрій USB-PD може заряджати смартфон на максимальній швидкості, а потім також заряджати ноутбук на його найвища швидкість.

Різні виробники по-різному використовують стандарт USB-PD. Ось як це використовують Apple і Google, наприклад.

Швидка зарядка Apple через USB-PD

плюси

• USB-PD, промисловий стандарт, працює з дедалі більшою кількістю пристроїв.

мінуси

• Вам доведеться викласти кілька доларів, щоб скористатися перевагами — Apple не включає зарядні пристрої, сумісні з USB-PD, для багатьох своїх телефонів.

Стандарт USB Power Delivery (USB-PD) був розроблений Форум розробників USB (USB-IF), і це стандарт, який будь-який виробник може використовувати на будь-якому пристрої з портом USB. Він здатний видавати до 100 Вт, тож підходить для використання з усіма видами пристроїв, крім смартфонів, включаючи деякі ноутбуки, якщо вони мають порт USB-C. USB-PD також має інші переваги. Напрямок сили не фіксований, тому ви знайдете портативні зарядні пристрої для акумуляторів, наприклад, які мають порт USB-C, який можна використовувати як для заряджання іншого пристрою, так і для заряджання самого акумулятора.

Apple iPhone від iPhone 8 до моделі iPhone 12 використовувати USB-PD, той самий галузевий стандарт, який використовується в iPad Pro, 12-дюймовому MacBook, Chromebook Pixel від Google і X1 Carbon від Lenovo. Взаємосумісність є його найбільшою перевагою — USB-PD не потребує жодних спеціальних кабелів чи настінних адаптерів.

Підтримувані виходи, кабелі та адаптери

Вам доведеться викластися на аксесуари, якщо ви хочете скористатися перевагами Сумісність iPhone з USB-PD тому що Apple донедавна не пакувала кабелі або адаптери USB-C в коробки iPhone. Вам також потрібно буде придбати кабель Lightning — USB-C, який підтримує USB-PD — якщо ви використовуєте стандартний кабель Lightning із адаптером USB-C — USB-A, зарядний пристрій за замовчуванням матиме найнижчу потужність.

Ось що Apple рекомендує:

• Адаптер живлення USB-C потужністю 18 Вт, 20 Вт, 29 Вт, 30 Вт, 61 Вт, 87 Вт або 96 Вт.
• Порівняний адаптер живлення USB-C стороннього виробника, який підтримує USB Power Delivery (USB-PD).

Швидкість зарядки

Незалежно від того, який зарядний пристрій USB-C ви придбаєте, вам доведеться змиритися з жорстко закодованими обмеженнями безпеки у вашому iPhone. Швидка зарядка включається, коли ємність становить від 0% до 79%, але припиняється, коли ємність досягає 80%.

Якщо ви не проти витратити кілька додаткових доларів на аксесуари для зарядки, ви отримаєте набагато швидшу зарядку, ніж інакше. iPhone з швидкою зарядкою може заряджати від 0% до 50% за 30 хвилин за допомогою USB-PD.

Швидка зарядка Google через USB-PD

плюси

• Той самий комплект USB-PD працюватиме з низкою пристроїв.
• Google постачає зарядний пристрій для швидкої зарядки та кабель у коробці.

мінуси

• Максимальна швидкість не така висока, як пропонують деякі інші виробники.

Кожен телефон Google Pixel, від оригінального до найновішого Pixel 4a, здатний здійснювати швидку дротову зарядку до 18 Вт за стандартом USB-PD. Для цього не потрібні спеціальні зарядні пристрої чи кабелі.

Підтримувані виходи, кабелі та адаптери

Ви можете використовувати зарядний пристрій і кабель із комплекту телефону Pixel, щоб насолоджуватися максимальною швидкістю заряджання. Якщо ви купуєте аксесуари сторонніх виробників, використовуйте будь-який USB-C з адаптерами живлення та кабелями USB 2.0. Якщо ви використовуєте кабель USB-C – USB-A, ваш Pixel заряджатиметься повільніше, незалежно від адаптера живлення, до якого ви під’єднуєтеся.

Швидкість зарядки

Телефон Pixel може швидко заряджатися від 0% до приблизно 80%, але після цього сповільнюється. У більшості телефонів ви знайдете ті самі обмеження.

Використовуючи кабель і адаптер на 18 Вт, що входять у комплект, або будь-який пристойний сторонній адаптер із аналогічним або вищим рейтингом, ви можете отримати сім годин використання після 15-хвилинної зарядки.

Qualcomm Quick Charge

плюси

• Один із найпоширеніших стандартів зарядки.
• Зворотна сумісність зі старими версіями Quick Charge.
• Вбудовані функції безпеки запобігають перегріву та короткому замиканню.

мінуси

• Швидка зарядка 3.0 не сумісна з USB-PD.

Quick Charge від виробника мікросхем Qualcomm є одним із найпоширеніших стандартів заряджання на ринку. Це не помилка — це додаткова функція технології системи на чіпі Qualcomm, як-от Snapdragon 855, 845, 835, 820, 620, 618, 617, 430 та інших, яка працює на таких телефонах, як Samsung Galaxy S10, Google Pixel 3, і LG V40 ThinQ. Але ця технологія не прив’язана до процесорів Qualcomm Snapdragon — будь-який виробник смартфонів може вільно ліцензувати технологію контролера живлення Quick Charge.

Технічні характеристики та сумісні адаптери

Швидка зарядка забезпечує швидке заряджання шляхом підвищення напруги заряджання, що, у свою чергу, збільшує потужність. Анонсовано в липні 2020 р. Швидка зарядка 5 це останній стандарт у серії, який обіцяє можливість заряджати телефони до 50% за п’ять хвилин. Хоча наразі підтримка обмежена останніми телефонами, такими як Samsung Galaxy S20, підтримка Quick Charge 4.0+ стає все популярнішою. Ви можете знайти його в таких телефонах, як LG G8 ThinQ, Razer Phone 2, і Xiaomi Mi Mix 3, і він може забезпечити до 27 Вт потужності.

Quick Charge 4 і новіші мають додаткову перевагу сумісності із зарядними пристроями USB-PD, але Quick Charge 3.0 і старіші версії працюють лише з аксесуарами, сертифікованими Quick Charge. Тим не менш, повсюдне поширення Quick Charge означає, що є з чого вибрати. На веб-сайті Qualcomm є частковий список найпопулярніших варіантів.

Швидкість зарядки

Qualcomm стверджує, що Quick Charge 5 може повністю зарядити смартфони за 15 хвилин і довести телефон до 50% всього за п'ять хвилин.

в наше тестування, Швидка зарядка 4+ збільшила заряд акумулятора Razer Phone 2 ємністю 4000 мАг з 18% до 90% трохи більше ніж за годину.

Заходи безпеки

Завдяки інтелектуальному тепловому балансуванню Quick Charge струм переміщається по найхолоднішому шляху, а датчики пристрою відстежують температуру корпусу та роз’єму, щоб запобігти перегріву та короткому замиканню.

Супершвидка зарядка Samsung і адаптивна швидка зарядка

плюси

• Вбудований у всі пристрої Samsung.
• Адаптивна швидка зарядка, сумісна з Quick Charge 2.0, і супершвидка зарядка, сумісна з USB PD.

мінуси

• Схильний до консервативності.

Технологія Adaptive Fast Charging від Samsung є ексклюзивною для пристроїв Galaxy. На відміну від Quick Charge та інших конкуруючих швидких стандартів, він повністю сумісний із Exynos, системою на чіпі, яка зазвичай зустрічається в міжнародних варіантах пристроїв Samsung.

Samsung представила надшвидку зарядку з Samsung Galaxy S10 5G. Цей телефон має акумулятор ємністю 4500 мАг і підтримує зарядку потужністю до 25 Вт за стандартом заряджання USB Power Delivery 3.0 PPS (програмований блок живлення). The Samsung Galaxy Note 10 Plus хіти навіть більш високі швидкості, використовуючи Super Fast Charging 2.0 (як і пізніші моделі, такі як S20 і Note 20). Однак для досягнення найшвидшої зарядки, на яку він здатний, потрібен спеціальний адаптер із незвичайним номіналом 10 В і 4,5 А для вихідної потужності 45 Вт, що означає, що для цього також потрібен кабель 5 А.

Технічні характеристики та сумісні адаптери

Адаптивна швидка зарядка Samsung має теоретичний пік 9 В/2 А (18 Вт), тоді як надшвидка зарядка має пік 10 В/4,5 А (45 Вт) із зарядним пристроєм і 25 Вт при підключенні до звичайного зарядного пристрою. На практиці обидва стандарти, як правило, дещо консервативніші. Щоб досягти найвищої швидкості, потрібно придбати сертифікований зарядний пристрій, але більшість пристроїв Samsung підтримують аксесуари, сумісні з Quick Charge або PPS.

Швидкість зарядки

Samsung не публікує час зарядки для адаптивної швидкої зарядки або надшвидкої зарядки. Але в наше тестування, Galaxy S8, який має акумулятор ємністю 3000 мАг, потребував близько двох годин, щоб повністю зарядити. Note 10 Plus для повної зарядки знадобилося близько години використовуючи стандарт Super Fast Charging.

Заходи безпеки

Технічну статистику Adaptive Fast Charging важко отримати, але, якщо говорити анекдотично, вона консервативна. Відповідно до Детальний аналіз XDA Відповідно до стандартів швидкої зарядки, Galaxy S8 Plus підтримує найхолоднішу температуру серед усіх флагманів із швидкою зарядкою на ринку.

Motorola TurboPower

плюси

• Вбудований у всі пристрої Motorola.
• Сумісний із Quick Charge 3.0.

мінуси

• Не так швидко, як деякі стандарти зарядки.

Стандарт TurboPower від Motorola, змінена версія Quick Charge 3.0, постачається на таких пристроях Motorola, як Moto G Power 2021.

Технічні характеристики та сумісні адаптери

Адаптери TurboPower доступні в трьох варіантах: TurboPower 15, TurboPower 25 і TurboPower 30. Найшвидший, TurboPower 30, забезпечує 5 В і до 5,7 А для потужності приблизно 28,5 Вт.

У TurboPower є більше, ніж зарядний пристрій. Компанія Motorola заявляє, що співпрацює з виробниками, щоб розробити індивідуальні батареї, і що її програмне забезпечення для керування живленням відстежує стан і працездатність батареї, а потім відповідно регулює вхідний заряд.

Як і Samsung Adaptive Fast Charge, вам не потрібен адаптер TurboPower, щоб швидко заряджати смартфон, оснащений TurboPower. Стандарт заряджання Motorola сумісний з будь-яким адаптером Quick Charge 3.0 (або новішим).

Швидкість зарядки

Motorola стверджує, що TurboPower 30 може забезпечити до 15 годин автономної роботи за 15 хвилин.

Заходи безпеки

Апаратне забезпечення TurboPower для управління температурою розроблено, щоб уникнути уповільнення заряджання через спеку, каже Motorola, і підтримувати стабільну та швидку швидкість заряджання.

OnePlus Warp Charge і Oppo VOOC

плюси

• Зберігає телефони холоднішими.
• Один із найшвидших стандартів зарядки.
• Адаптери в комплекті з сумісними смартфонами.

мінуси

• Високо запатентований.

Компанія OnePlus, розташована в Шеньчжені, Китай, ліцензує Warp Charge (спочатку називалася Dash Charge) від Oppo. Він заснований на системі VOOC від Oppo (Voltage Open Multi-Step Constant-Current Charging) і є основною функцією в OnePlus 6T і всі інші телефони OnePlus назад до OnePlus 3. Oppo також розробила набагато швидший Super VOOC, але він доступний лише в кількох телефонах, таких як Oppo RX17 Pro.

Технічні характеристики та сумісні адаптери

Warp Charge використовує спеціальний настінний адаптер, який модулює силу струму в реальному часі. Мікроконтролер відстежує рівень заряду та синхронізується зі схемою телефону для регулювання напруги та струму, а спеціально розроблений кабель забезпечує більший струм, мінімізуючи коливання потужності.

Все це є власністю. Warp Charge працює лише з телефонами OnePlus і сумісними настінними адаптерами та автомобільними зарядними пристроями. Зовнішні акумулятори, сертифіковані Warp Charge, важко знайти, а стандарт швидкої зарядки OnePlus цього не робить. працювати зі стандартними USB-кабелями — кабелі Warp Charge трохи товщі для розміщення додаткових Напруга.

Однак вам не доведеться викладати додаткові гроші, якщо ви купите телефон OnePlus. Кожен смартфон OnePlus постачається з настінним адаптером, сумісним з Warp Charge, і шнуром для заряджання.

Швидкість зарядки

Ми виявили, що Warp Charge виявився дуже ефективним під час заряджання OnePlus 9 Pro від нуля до 100% за 31 хвилину.

Oppo стверджує, що телефони з підтримкою VOOC можуть заряджатися до 75% за 30 хвилин. Коли ми зарядили систему Super VOOC за допомогою Oppo RX17 Pro, вона піднялася з 0% до 40% всього за 10 хвилин.

Заходи безпеки

Warp Charge призначений для швидкого розсіювання тепла. Оскільки зарядний пристрій перетворює високу напругу від джерела живлення адаптера в нижчу напругу, більшість із них тепло від перетворення ніколи не досягає телефону, а постійний струм зменшує потенціал перегріву дроселювання.

Пристрої, сумісні з Warp Charge, також оснащені обладнанням для керування та розсіювання тепла, яке проходить ретельну перевірку безпеки за п’ятьма точками.

Huawei SuperCharge

плюси

• Сумісність з USB-PD.
• Ретельні заходи безпеки.
• Адаптери в комплекті з сумісними смартфонами.

мінуси

• Потенційно повільніше, ніж деякі стандарти.

SuperCharge, власний стандарт заряджання китайського виробника смартфонів Huawei, вбудований у такі телефони, як Huawei P40 Pro, Huawei P30 Pro, Huawei Mate 20 Pro, і Huawei P10. Це трохи схоже на Quick Charge, оскільки він використовує напругу, вищу за середню, для досягнення швидшої зарядки, але це трохи більше, ніж здається на перший погляд.

Технічні характеристики та сумісні адаптери

SuperCharge автоматично адаптує вхідну напругу та струм залежно від стану батареї телефону та внутрішньої температури телефону. Старіші настінні адаптери та автомобільні зарядні пристрої, сумісні з SuperCharge, підтримують три режими заряджання — 5 В/2 А, 4,5 В/5 А та 5 В/4,5 А (до 22,5 Вт) — і використовуйте вбудований зарядний пристрій для регулювання напруги, усуваючи потребу в тепловій напрузі в телефоні перетворення. Остання версія пропонує 10 В/4 А для потужності до 40 Вт.

На відміну від власних стандартів зарядки, таких як Pump Express і Dash Charge, Supercharge сумісний з USB-PD. Це завдяки протоколу Huawei Smart Charge, який інтелектуально перемикає режими заряджання залежно від підключеного зарядного адаптера.

Щоб скористатися технологією SuperCharge від Huawei, потрібно придбати сумісний настінний адаптер, але мати вбудовану сумісність зі стандартом Quick Charge від Qualcomm означає, що будь-які пристрої, сумісні з SuperCharge, можуть скористатися перевагами Quick Зарядити. Кожен смартфон, сумісний із SuperCharge, постачається з сумісним настінним адаптером.

Швидкість зарядки

Останній зарядний пристрій Huawei стверджує, що підтримує швидкість SuperCharge до 135 Вт, хоча він ще не випущений, і Huawei не виробляє смартфони, які можуть споживати щось більше, ніж близько 44 Вт.

Заходи безпеки

Функція SuperCharge разом із Smart Charge доступна на пристроях Huawei. Цей унікальний інструмент може зчитувати будь-який зарядний пристрій, який ви використовуєте, і точно визначити його оптимальну ємність. Звідти інструмент може змінювати напругу зарядного пристрою за потреби.

Виробники створили SuperCharge зі спеціальними конструктивними особливостями, щоб ретельно контролювати високі струми. Деякі з цих компонентів включають систему охолодження з восьми частин і футеровку, яка може підтримувати пристрої на 5 градусів за Цельсієм нижче, ніж інші методи заряджання. Пристрої Huawei Supercharge створені для довговічності та ретельно перевірені, щоб гарантувати, що продукти відповідають суворим стандартам безпеки та продуктивності. Компанія буде тестувати свої пристрої протягом року, щоб спостерігати за їхніми продуктами в екстремальних умовах протягом тривалого часу.

Майбутнє швидкої зарядки

Ми знаємо, що це недооцінка року, але технології стрімко розвиваються. Можна посперечатися, що швидка зарядка незабаром стане універсальним стандартом і, швидше за все, повільно замінить звичайні зарядні пристрої протягом наступних кількох років. Завдяки значному розвитку інтегральних схем, контролерів заряду, адаптерів і шнурів телефони незабаром потенційно зможуть перезаряджатися лише за кілька хвилин замість кількох годин. Рання модель швидкі зарядні пристрої нещодавно набули популярності завдяки обіцянкам збільшити портативність вашого пристрою та швидко заряджати.

Оскільки ця технологія розвивається та стає доступнішою, швидка зарядка буде лише розвиватися та вдосконалюватися разом із виробництвом. Поточні прототипи можуть похвалитися неймовірною швидкістю, як-от заява Xiaomi, що її технологія HyperCharge може заряджати акумулятор ємністю 4000 мАг. через вісім хвилин, але ми дізнаємося більше про нові стандарти, коли вони будуть повністю розроблені та з’являться на ринку.

Рекомендації редакції

• Що таке NFC? Як це працює і що з ним можна робити
• Як змінити оператора зв'язку
• Folding Wireless Power Bank від Otterbox забезпечує швидку зарядку під час гри
• Скільки оперативної пам'яті насправді потрібно смартфону? Ми запитали експертів
• Чи працюватиме цей розблокований телефон із вашим оператором бездротового зв’язку? Ось як сказати