Innehåll

• Snabbladdningsstandarder förklaras
• USB-kraftleverans
• Qualcomm snabbladdning
• Andra standarder
• Hur du laddar snabbt ett litiumjonbatteri
• Snabbladdning vid högspänning?
• Varför använda högre spänningar?
• Sammanfatta
• Relaterad

Snabbladdning är en måste-funktion i dagens telefoner. Det håller våra batterier fyllda upptagna dagar. Men det finns en mängd olika standarder från olika företag. Vissa arbetar bara med specifika kablar och laddare, medan andra använder högre spänningar. Allt kan bli lite förvirrande, så vi är här för att känna till det.

I ett nötskal ökar snabbladdningen den ström som skickas till batteriet för att fylla på kapaciteten snabbare. Den grundläggande USB-specifikationen skickar bara 0,5 ampere (A) ström med 5 volt (V) för bara 2,5 watt (W). Snabbladdningstekniker ökar dessa siffror. Huaweis 10V / 4A SuperCharge producerar 40W och Samsungs senaste Adaptive Fast Charging producerar 15W juice. Vissa kinesiska företag kan även skryta med laddningstekniker som kan ta upp till 100W. Alla snabbladdningstjänster delar ett gemensamt tema - mer kraft.

Det är bara den grundläggande översikten. Hur ett batteri faktiskt laddar är mer komplicerat. Innan vi kommer till det, låt oss titta på skillnaderna mellan alla dessa snabbladdningsstandarder mer i detalj.

Snabbladdningsstandarder förklaras

USB-kraftleverans

USB Power Delivery (USB-PD) är den officiella specifikationen för snabbladdning som publicerades av USB-IF sedan 2012. Standarden kan användas av alla enheter med en USB-port, förutsatt att tillverkaren innehåller nödvändiga kretsar och programvara. Precis som alla snabbladdningsstandarder implementerar USB-PD ett dataprotokoll för att kommunicera mellan laddaren och telefonen. Detta förhandlar om maximal tolerabel kraftleverans för både laddaren och handenheten.

USB Power Delivery förstärker de grundläggande USB-laddningshastigheterna för upp till 100W uteffekt. Mängden tillgänglig effekt delas upp i olika effektvärden, som arbetar med olika spänningar. 7.5W + och 15W + -lägena är bäst för telefoner, medan 27W eller högre är för bärbara datorer och andra enheter med högre effekt. Standarden stöder också dubbelriktad ström, vilket gör att din telefon kan ladda andra kringutrustning.

Googles Pixel-serie använder den officiella specifikationen för Power Delivery, och tekniken stöds i de allra flesta flaggskeppssmartphones i dag. Apple implementerar också standarden i iPhone 8, iPhone X, iPhone XS och senaste MacBooks. Många företag föredrar emellertid sina egna egna laddningsstandarder ut ur lådan.

Qualcomm snabbladdning

Qualcomms egenutvecklade Quick Charge-teknik var en gång standardstandarden inom smartphonebranschen, eftersom den populariserade snabbladdning innan USB Power Delivery. Den senaste versionen av 4.0+ av Quick Charge är kompatibel med strömförsörjning, vilket möjliggör snabbare laddningshastigheter och ett större supportintervall.

Quick Charge är en valfri funktion som är tillgänglig med Qualcomms Snapdragon-processorer. Så bara för att en telefon har ett Qualcomm-chip betyder det inte att den är kompatibel med Quick Charge. Trots detta har ett brett sortiment av telefoner stöd för Quick Charge, inklusive LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus och många fler. Det finns också ett brett ekosystem av gamla laddare och tillbehör från tredje part där, på grund av standardens popularitet.

Andra standarder

I smartphone-ekosystemet använder många modeller egen teknik snarare än de mer allestädes närvarande standarderna ovan. Men endast ett fåtal av dessa standarder är verkligen äganderätt. Många är bara Power Delivery eller Quick Charge ompaketerade under ett annat varumärke eller har vissa specifika justeringar till tekniken - Samsungs Adaptive Charging och Motorolas Turbo Charging-teknik kommer i hjärnan.

Andra som Oppos VOOC och Huawei's SuperCharge fungerar helt annorlunda. Dessa ökar kraftigt mängden ström för högeffektladdning snarare än att öka spänningen. Laddningshastigheterna för dessa teknik har ökat kraftigt under åren, med SuperCharge, Super VOCC och OnePlus 'WarpCharge 30 som några av de snabbaste på marknaden. Så här staplar några av de vanligaste teknologierna sida vid sida.

Det är möjligt att stödja flera standarder eller åtminstone säkerställa viss kompatibilitetsnivå med olika snabbladdningsmetoder. Tyvärr leder detta till mycket oförutsägbarhet om de exakta laddningshastigheter du får när du använder telefoner med olika laddare och till och med olika kablar.

Efter att ha testat flera telefoner hittade vi en stor variation i hur mycket effekt varje telefon förhandlade fram, beroende på vilken laddare och kabel som användes. De bästa resultaten uppnås vanligtvis genom att använda kabeln och laddaren som medföljer i lådan med din handenhet.

Hur du laddar snabbt ett litiumjonbatteri

Nu när vi har täckt standarderna, låt oss undersöka hur snabb laddning faktiskt påskyndar batteriets laddningscykel. Litiumjonbatterier som används i smartphones och andra elektroniska prylar laddar inte på ett linjärt sätt. Laddningscykeln är indelad i två distinkta faser.

Den första är den ökande spänningen eller konstantströmfasen. Batterispänningen ökar stadigt från så låg som 2V upp till sin topp på cirka 4,2 V när den laddas upp. Detta varierar beroende på det exakta batteriet. Batteriet drar den högsta toppströmmen under denna fas, som förblir konstant tills batterispänningen toppar.

Spänningen blir då konstant och strömmen börjar falla. Batterier som laddas bortom denna punkt drar mindre ström och laddar därför långsammare. Det är därför de första 50 eller 60 procenten av din telefon laddar betydligt snabbare.

Batteriladdning sker i två faser. Stigande spänning / konstant ström och konstant spänning / fallande ström. Den första fasen är lämplig för snabbström med hög ström.

Snabbladdningstekniker utnyttjar konstantströmfasen. Pumpa så mycket ström som möjligt i batteriet innan det når sin toppspänning. Därför är tekniken för snabbladdning mest effektiv när ditt batteri är mindre än 50 procent fullt, men har liten eller ingen effekt när du passerar 80 procent. Förresten, konstant strömladdning är den minst skadliga perioden för batteriets långvariga hälsa. Högre konstant spänning, tillsammans med värme, är skadligt för batteriets livslängd.

Slutligen styrs mängden spänning och ström som överförs till batteriet via en laddningsstyrkrets inuti telefonen. Tillsammans med temperatur- och spänningssensorer kan regulatorn hantera mängden ström för att optimera batteriets laddningshastighet och långvarig hälsa.

Snabbladdning vid högspänning?

Några av er har kanske sett en uppenbar fråga här. Om litiumjonbatterier har en typisk spänning på mellan 3 och 4,2 V, är det inte farligt att använda högspänningsladdare?

Vanligtvis skulle detta vara fallet, men smartphone-kretsar stänger ned spänningen och strömmen uppåt. Detta håller mängden överförd effekt densamma (P = IV), men flyttar spänningen till rätt intervall. Och nej, snabbladdningskablar gör inte växelströmspänning. Om du ser på baksidan av laddaren kommer du att kunna se den lilla streckade likströmsikonen ⎓. USB är alltid ett DC-leveranssystem.

Högspänning snabbladdningskretsar använder en switch-mode nedstängd strömförsörjning, även känd som en buck inverter. Denna krets tar en hög likspänning och omvandlar den till en lägre likspänning. Idealt multiplicerar den också strömmen med det omvända beloppet tack vare dess "laddningspump" -egenskaper. Det är i huvudsak en switch som växlar på ingångsspänningen för att ladda upp en kondensator med mycket ström.

Det här ser komplicerat ut, men följ graferna till höger. Den höga ingångsspänningen slås på och av för att skapa en PWM-signal från Vin. Detta inducerar en hög "pumpande" ström genom induktorn L till kondensatorn Cout. Vid belastningen (batteriet) ser vi en hög ström och låg medelspänning (Vout).

Stegning från 10V / 1A till 5V ger idealiskt 2A ström efter omvandlaren. I den verkliga världen är det alltid en del förluster i samband med dessa omvandlingar (vanligtvis är dessa över 90 procent effektiva), som sprids som värme. Strömförsörjningar i switch-mode slösar också vanligtvis mindre energi än en linjär regulator.

Varför använda högre spänningar?

Det finns två huvudsakliga skäl att använda högre spänningar. För det första är strömförsörjningslägesströmförsörjning effektivare än linjära regulatorer som minskar spänningar via värmeavledning. Detta är särskilt viktigt för att hålla våra telefoner och deras batterier svala.

Den andra avser strömförlust via USB-kablar, särskilt längre. Ett motstånd, såsom en trådlängd, tappar en spänning baserad på strömmen som passerar genom den (Ohms lag V = IR). Att sända samma effekt med högre spänning och lägre ström förlorar mindre kraft över kabelns längd. Detta är mer effektivt och varför huvudnätet är hundratals volt och inte 5V.

Avvägningen är emellertid att bokomvandlare är lättare nuvarande begränsade än linjära regulatorer. Den maximala uteffekten beror på induktorstorleken, kondensatorn och spänningsrippeln, samt kopplingsfrekvensen, utöver transistorns effektfunktioner. Det är bara möjligt att nå mycket höga strömmar via en mer traditionell linjär spänningsregulator. Detta är anledningen till att några av lågspännings-5V-snabbladdningsteknologierna, som de från Huawei och OPPO, erbjuder mer total effekt än högre spänning med buck-switching-versioner från Qualcomm och Samsung.

MediaTeks senaste Pump Express-teknik tar hänsyn till både switchläge och linjär regulatorladdning.

Diagrammet ovan visar hur MediaTeks PumpExpress 3.0 och 4.0 lyckas nå upp till 5A laddningsström. Om en 5A-kabel är ansluten kringgår tekniken den konventionella omkopplaren för att möjliggöra en högre ström. I detta fall förhandlar kretsen över den nödvändiga spänningen över dataledningarna, höjer och sänker Vbus-laddningsspänningen för maximal effektivitet.

Sammanfatta

Snabbladdning omfattar en rad olika möjliga tekniker, var och en med sina egna fördelar och nackdelar. Det är delvis varför det finns så många olika standarder på marknaden, eftersom företag tar sina egna metoder för att påskynda laddningen och maximera batteriets livslängd.

För några generationer sedan började högspänningsladdning bli normen och nu implementerar teknik lägre kontrollerade spänningar och höga strömmar för att öka hastigheterna ytterligare. Detta kräver dock tjockare kablar och lägger till en annan kompatibilitetshuvudvärk.

USB-kraftleverans är redan ganska allmänt antagen. Det kommer sannolikt att utgöra ryggraden i alla USB-laddningsstandarder framöver, men vi kommer troligtvis se företag experimentera med sina egna ännu snabbare lösningar på toppen av att stödja denna universella standard.

Relaterad

• Här är de bästa telefonerna med snabbladdande batterier
• Här är de bästa Samsung Galaxy-laddarna
• Quick Charge 3.0 förklarade: vad du behöver veta
• Snabbaste laddningskablar - vilken är bäst för dig?
• 6 vanliga batterimyter tror du antagligen
• Hur du löser problem med Android-batteriladdning och förlänger batteriets livslängd
• Android-smartphones med bästa batteritid
• Bästa telefoner med trådlös laddningsmöjlighet
•  Laddningsvanor för att maximera batteriets livslängd
• Bästa trådlösa laddare - vad är dina val?