Indhold

• Hurtigopladningsstandarder forklaret
• USB strømforsyning
• Qualcomm hurtigopladning
• Andre standarder
• Sådan hurtig oplades et lithium-ion-batteri
• Hurtig opladning ved højspænding?
• Hvorfor bruge højere spændinger?
• Pak ind
• Relaterede

Hurtigopladning er en must have funktion i dagens telefoner. Det holder vores batterier fyldt op gennem travle dage. Der er dog en række forskellige standarder fra forskellige virksomheder. Nogle arbejder kun med specifikke kabler og opladere, mens andre bruger højere spændinger. Det hele kan blive lidt forvirrende, så vi er her for at give mening om det.

Kort sagt øger hurtig opladning den strøm, der sendes til batteriet for at udfylde dens kapacitet hurtigere. Den grundlæggende USB-specifikation sender kun 0,5 ampere (A) strøm ved hjælp af 5 volt (V) for kun 2,5 watt (W). Hurtigopladningsteknologier øger disse tal. Huaweis 10V / 4A SuperCharge producerer 40W, og Samsungs seneste Adaptive Fast Charging producerer 15W juice. Nogle kinesiske virksomheder prale endda med opladningsteknologier, der kan ramme op til 100W. Alle hurtigopladningstjenester deler et fælles tema - mere strøm.

Det er bare den grundlæggende oversigt. Hvordan et batteri faktisk oplades, er mere kompliceret. Før vi kommer til det, lad os se på forskellene mellem alle disse hurtigopladningsstandarder mere detaljeret.

Hurtigopladningsstandarder forklaret

USB strømforsyning

USB Power Delivery (USB-PD) er den officielle hurtigopladningsspecifikation, der blev offentliggjort af USB-IF tilbage i 2012. Standarden kan bruges af enhver enhed med en USB-port, forudsat at dens producent inkluderer det nødvendige kredsløb og software. Ligesom alle hurtigopladningsstandarder implementerer USB-PD en dataprotokol til kommunikation mellem opladeren og telefonen. Dette forhandler den maksimale tolerable strømforsyning for både opladeren og håndsættet.

USB Power Delivery øger de grundlæggende USB-opladningshastigheder for op til 100W udgangseffekt. Mængden af ​​tilgængelig effekt er opdelt i forskellige effektklassificeringer, der fungerer ved forskellige spændinger. 7,5 W + og 15W + tilstande er bedst til telefoner, mens 27W og derover er til bærbare computere og andre enheder med højere strømforsyning. Standarden understøtter også tovejs strøm, så din telefon kan oplade andre perifere enheder.

Googles Pixel-serie bruger den officielle specifikation for strømlevering, og teknologien understøttes i langt de fleste flagskibs smartphones i dag. Apple implementerer også standarden i iPhone 8, iPhone X, iPhone XS og nyeste MacBooks. Imidlertid foretrækker mange virksomheder deres egne proprietære opladningsstandarder ud af boksen.

Qualcomm hurtigopladning

Qualcomms proprietære Quick Charge-teknologi var engang standardstandarden i smartphonebranchen, da den populariserede hurtigopladning inden USB Power Delivery. Den seneste 4.0+ revision af Quick Charge er kompatibel med strømforsyning, hvilket giver mulighed for hurtigere opladningshastigheder og et bredere spektrum af support.

Quick Charge er en valgfri funktion, der er tilgængelig med Qualcomms Snapdragon-processorer. Så bare fordi en telefon har en Qualcomm-chip, betyder det ikke, at den er kompatibel med Quick Charge. Alligevel kan en bred vifte af telefoner prale af Quick Charge-support, inklusive LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus og mange flere. Der er også et bredt økosystem af ældre opladere og tredjeparts tilbehør derude på grund af standardens popularitet.

Andre standarder

I smartphone-økosystemet bruger mange modeller interne teknologier snarere end de mere allestedsnærværende standarder ovenfor. Imidlertid er kun et par af disse standarder virkelig proprietære. Mange er bare strømforsyning eller hurtigopladning ompakket under et andet mærkenavn eller med nogle specifikke justeringer til teknologien - Samsungs adaptive opladning og Motorolas Turbo-opladningsteknologier kommer til at tænke på.

Andre som Oppos VOOC og Huaweis SuperCharge fungerer ganske anderledes. Disse øger mængden af ​​strøm til højeffektladning i stedet for at øge spændingen. Opladningshastigheden for disse proprietære teknologier er steget meget gennem årene, hvor SuperCharge, Super VOCC og OnePlus 'WarpCharge 30 er nogle af de hurtigste på markedet. Her er, hvordan nogle af de mest almindelige teknologier stables op side om side.

Det er muligt at understøtte flere standarder eller i det mindste sikre et vist niveau af kompatibilitet med forskellige hurtigopladningsmetoder. Desværre fører dette til en masse uforudsigelighed om de nøjagtige opladningshastigheder, du får, når du bruger telefoner med forskellige opladere og endda forskellige kabler.

Efter test af flere telefoner fandt vi en bred variation i, hvor meget strøm hver telefon forhandlede, afhængigt af den oplader og det anvendte kabel. De bedste resultater opnås typisk ved at bruge det kabel og den oplader, der leveres i kassen med dit håndsæt.

Sådan hurtig oplades et lithium-ion-batteri

Nu hvor vi har dækket standarderne, lad os undersøge, hvor hurtig opladning rent faktisk fremskynder et batteris opladningscyklus. Lithium-ion-batterier, der bruges i smartphones og andre elektroniske gadgets, oplades ikke lineært. Opladningscyklussen er opdelt i to forskellige faser.

Den første er den stigende spænding eller konstant strømfase. Batterispændingen stiger støt fra så lavt som 2V op til sit højdepunkt på omkring 4,2V, når det oplades. Dette varierer afhængigt af det nøjagtige batteri. Batteriet trækker den højeste spidsstrøm i denne fase, der forbliver konstant, indtil batterispændingen topper.

Spændingen bliver derefter konstant, og strømmen begynder at falde. Batterier, der oplades ud over dette punkt, trækker mindre strøm og oplades derfor langsommere. Dette er grunden til, at de første 50 eller 60 procent af din telefon oplades betydeligt hurtigere.

Batteriopladning finder sted i to faser. Stigende spænding / konstant strøm og konstant spænding / faldende strøm. Den første fase er velegnet til hurtig strømopladning med høj strøm.

Hurtigopladningsteknologier udnytter konstant nuværende fase. Pumpe så meget strøm som muligt ind i batteriet, før det når sin højeste spænding. Derfor er hurtigopladningsteknologier mest effektive, når dit batteri er mindre end 50 procent fuldt, men har ringe eller ingen effekt, når du passerer 80 procent. I øvrigt er konstant strømopladning den mindst skadelige periode for batteriets langvarige helbred. Højere konstant spænding sammen med varme er skadelig for batteriets levetid.

Endelig styres mængden af ​​spænding og strøm, der overføres til batteriet, via et ladningskontrolkredsløb inde i telefonen. Sammen med temperatur- og spændingssensorer kan controlleren styre mængden af ​​strøm for at optimere batteriets opladningshastighed og langvarige sundhed.

Hurtig opladning ved højspænding?

Nogle af jer har muligvis set et åbenbart problem her. Hvis lithium-ion-batterier har en typisk spænding på mellem 3 og 4,2 V, er det ikke farligt at bruge højspændingsopladere?

Normalt ville dette være tilfældet, men smartphone-kredsløb trækker spændingen ned og strømmen op. Dette holder mængden af ​​overført effekt den samme (P = IV), men flytter spændingen til det rigtige område. Og nej, hurtigopladningskabler foretager ikke vekselstrømspænding. Hvis du ser på bagsiden af ​​opladeren, kan du se det lille stiplede DC-nuværende ikon ⎓. USB er altid et jævnstrømsforsyningssystem.

Højspændings hurtigopladningskredsløb bruger en switch-mode nedadgående strømforsyning, også kendt som en buck inverter. Dette kredsløb tager en høj jævnspænding og konverterer den til en lavere jævnspænding. Ideelt gang multipliceres det også strømmen med den omvendte mængde takket være dens “ladepumpe” -egenskaber. Det er hovedsageligt en switch, der skifter indgangsspænding til at oplade en kondensator med masser af strøm.

Dette ser kompliceret ud, men følg grafene til højre. Den høje indgangsspænding tænder og slukker for at skabe et PWM-signal fra Vin. Dette inducerer en høj "pumpende" strøm gennem induktoren L ind i kondensatoren Cout. Ved belastningen (batteriet) ser vi en høj strøm og lav gennemsnitlig spænding (Vout).

At afbryde fra 10V / 1A til 5V giver ideelt 2A strøm efter konverteren. I den virkelige verden er der altid noget tab, der er forbundet med disse konverteringer (typisk er disse over 90 procent effektive), spredt som varme. Strømforsyninger med switch-mode spilder også typisk mindre energi end en lineær regulator.

Hvorfor bruge højere spændinger?

Der er to hovedårsager til at bruge højere spændinger. For det første er strømforsyninger med switch-mode mere effektive end lineære regulatorer, der reducerer spændinger via varmeafledning. Dette er især vigtigt for at holde vores telefoner og deres batterier kølige.

Det andet vedrører strømtab over USB-kabler, især længere. En modstand, såsom en længde af ledning, falder en spænding baseret på den strøm, der passerer gennem den (Ohms lov V = IR). Overførsel af den samme effekt ved hjælp af en højere spænding og lavere strøm mister mindre strøm over kablets længde. Dette er mere effektivt, og hvorfor hovednettet er hundreder af volt og ikke 5V.

Afvejningen er dog, at pengekonvertere lettere er strømbegrænsede end lineære regulatorer. Den maksimale udgangseffekt afhænger af induktorstørrelse, kondensator og spændingskrimp samt koblingsfrekvens ud over transistorenes effektkapacitet. Det er kun muligt at nå meget høje strømme via en mere traditionel lineær spændingsregulator. Dette er grunden til, at nogle af lavspændings-5V-hurtigopladningsteknologierne, som dem fra Huawei og OPPO, tilbyder mere total effekt end højspændings-buck-switching-versioner fra Qualcomm og Samsung.

MediaTeks seneste Pump Express-teknologi henvender sig til både switch mode og lineær regulatoropladning.

Diagrammet ovenfor viser, hvordan MediaTeks PumpExpress 3.0 og 4.0 formår at nå op til 5A ladestrøm. Hvis der er tilsluttet et 5A-kabel, omgår teknologien den konventionelle koblingsoplader for at muliggøre en højere strøm. I dette tilfælde forhandler kredsløbet den krævede spænding over datalinjerne, hæver og sænker Vbus-ladespændingen for maksimal effektivitet.

Pak ind

Hurtigopladning omfatter en række forskellige mulige teknologier, hver med deres egne fordele og ulemper. Dette er delvis grunden til, at der er så mange forskellige standarder på markedet, da virksomheder tager deres egne fremgangsmåder for at fremskynde opladning og maksimere batteriets levetid.

For et par generationer siden blev højspændingsopladning ved at blive normen, og nu implementerer teknologier lavere kontrollerede spændinger og høje strømme for at øge hastigheden endnu mere. Dette kræver dog tykkere kabler og tilføjer en anden kompatibilitetshovedpine.

USB-strømforsyning er allerede temmelig bredt anvendt. Det vil sandsynligvis danne rygraden i alle USB-opladningsstandarder fremover, selvom vi sandsynligvis vil se virksomheder eksperimentere med deres egne endnu hurtigere løsninger oven på understøttelse af denne universelle standard.

Relaterede

• Her er de bedste telefoner med hurtigopladede batterier
• Her er de bedste Samsung Galaxy opladere
• Quick Charge 3.0 forklarede: hvad du har brug for at vide
• Hurtigste opladningskabler - hvilken er bedst for dig?
• 6 almindelige batterimyter tror du sandsynligvis
• Sådan løses problemer med Android-batteriafløb og forlænger batteriets levetid
• Android-smartphones med den bedste batterilevetid
• Bedste telefoner med trådløs opladningskapacitet
•  Opladningsvaner for at maksimere batteriets levetid
• Bedste trådløse opladere - hvad er dine valg?