Как работает быстрая зарядка?

Процессор. Память. Экран. Это критерии, по которым миллионы людей выбирают смартфон. Но в последние годы еще один фактор - быстрая зарядка - потихоньку вышел в топ характеристик, которые учитываются при покупке. Вы же хотите, чтобы ваш смартфон заряжался за считанные минуты вместо часов?

Если бы все было так просто. Стандарты зарядки - это сложная смесь химии и физики. Они имеют свои ограничения и зачастую несовместимы между собой. Чтобы усугубить ситуацию, производители смартфонов вносят еще больше путаницы.

Так как все-таки работает технология быстрой зарядки? В нашем гайде мы рассмотрим популярные стандарты, существующие на рынке, и попробуем объяснить доступным языком. Вы узнаете, что из себя представляют Samsung Adaptive Fast Charging, Qualcomm Quick Charge, OnePlus Dash Charge и другие.

Основы

Как работает быстрая зарядка

Перед тем, как углубиться в тему, давайте начнем с основ. У каждого смартфона есть батарея, которая питает его более-менее одинаково. Ячейки, состоящие из двух электродов (положительного и отрицательного) и электролита, катализируют реакции, которые превращают состав в другую субстанцию. По прошествии времени ионы - атомы с избытком или недостатком электронов - формируются у электродов, заставляя электроны бежать от минусового полюса батареи, и поддерживать этой энергией устройство.

В неперезаряжаемых батареях эти реакции осуществляются только один раз. Но в доступных для зарядки литий-ионных батареях, которые и питают наши с вами смартфоны, реакции обратимы. Когда батарея разряжается, химическая реакция выделяет электричество, а когда батарея заряжается, химическая реакция поглощает электричество.

Быстрая зарядка

Мы пришли к пониманию, как батарея заряжается или разряжается. Но чтобы понять, как работает быстрая зарядка, вам нужно знать о такой вещи, как контроллер заряда.

Небольшое отступление. Так как мы упоминаем вольты (В), амперы (А) и ватты (Вт), то уточним, что в вольтах измеряется напряжение, в амперах - ток, а в ваттах - мощность. Тут можно провести аналогию с садовым шлангом: вольты - это давление в нем, ток является аналогом скорости потока, а мощность - это количество выливаемой воды. Ватты - это производная от вольтов и амперов.

Батареи смартфонов заряжаются, когда ток проходит через них. Больший ток и более высокое напряжение заряжают батарею быстрее, но есть определенный предел, больше которого батарея не будет способна заряжаться. Контроллер заряда служит для предотвращения всплесков по току.

Контроллер заряда, в общем случае, регулирует как поступающее в батарею электричество, так и уходящее. Литий-ионные контроллеры определяют ток в амперах, при котором батарея заряжается, меряя текущий ток и напряжение и регулируя их. Некоторые производители используют DC/DC преобразователи напряжения для смены входящего напряжения, а также регулируют сопротивление между выходом зарядного устройства и батарейным входом для регулировки силы тока.

Регулировку силы тока контроллер осуществляет с помощью программного обеспечения, встроенного в смартфон.

Стандарты зарядки USB

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
USB 1.0	5 В	0,5 А	2,5 Вт
USB 2.0	5 В	0,5 А	2,5 Вт
USB 3.0	5 В	0,5 А / 0,9 А	4,5 Вт
USB 3.1 (USB-C + USB-PD)	5-20 В	0,5 А / 0,9 А / 1,5 А / 3 А / 5 А	100 Вт

Высока вероятность, что ваш смартфон заряжается посредством USB-кабеля, если вы, конечно, не фанат старых устройств вроде Nokia 3310 или Palm Pilot. И это на самом деле хорошо: помимо того, что кабели этого типа легко найти в продаже, USB имеет надежный, хорошо описанный стандарт зарядки, который называется USB Power Delivery Specification (USB PD).

Форум разработчиков стандарта USB выделяет 4 основных стандарта, по каждому на спецификацию: USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1.

Типичный USB-порт версии 1.0 и 2.0 может обеспечить зарядку 5 В / 0,5 А (2,5 Вт). Это обычный показатель для телефона, которому, в принципе, и не нужно большее. iPhone потребляет 2А через USB, что дает 5В * 2А = 10 Вт потребляемой мощности. Для сравнения, средняя лампа накаливания потребляет 40 Вт.

По умолчанию USB 3.0 порты отдают 5В * 0,9А = 4,5 Вт мощности.

USB-C, овальный реверсивный разъем на новых смартфонах - это уже немного другая зверушка в целом. Технически она совместима с USB 2.0, но большинство производителей внедряют поддержку для USB 3.1, которая потенциально способна на куда более высокое напряжение.

Многие USB 3.1 устройства имеют преимущества технологии USB Power Delivery (USB-PD), которая способна на 20 В * 5 А = 100 Вт мощности. Смартфоны обычно не потребляют столько энергии: производители, как правило, остаются в рамках небольшой силы тока (не более 3А), но зато это большое подспорье для ультрабуков, таких как MacBook Pro или Google Chromebook Pixel.

Более сложная вещь - спецификация зарядки батарей (BC 1.1), которая описывает процесс отдачи энергии от поставщика. В самой последней ревизии выделяют три типа источника энергии: стандартный порт (SDP), зарядный порт (CDP) и выделенный зарядный порт (DCP). CDP, который поддерживается в большинстве современных смартфонов, ноутбуков и другом оборудовании, поддерживает до 1,5А.

Полностью совместимые смартфоны и зарядные устройства придерживаются USB 2.0 и BC1.1, но не все смартфоны и зарядные устройство совместимы. Поэтому, в общем, смартфоны всегда заряжаются на самой низкой скорости по умолчанию.

Впрочем, спецификации USB - это больше гайдлайны, чем правило. Стандарты быстрой зарядки Qualcomm Quick Charge и Samsung Adaptive Fast Charging превышают спецификации USB по напряжению, зато ваш смартфон может заряжаться за минуты, а не за часы.

Стандарты быстрой зарядки: в чем разница?

Apple Fast Charging

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
USB-PD	14,5В	2А	29Вт

За: USB-PD - индустриальный стандарт, работает с большим количеством устройств.

Против: придется раскошелиться на новый зарядник - в комплекте с девайсом его нет

iPhone X, iPhone 8 и iPhone 8 Plus поддерживают USB-PD, который есть и в iPad Pro, 12-дюймовом MacBook, Google Chromebook Pixel и Lenovo X1 Carbon. Кросс-совместимость - это самое большое преимущество стандарта: USB-PD не нужны специальные адаптеры и переходники.

Вам придется вынуть дополнительную наличность, если вы захотите воспользоваться всеми преимуществами USB-PD, потому Apple не кладет в комплект USB-C кабели. Сначала вам придется купить переходник с Lightning на USB-C, который поддерживает USB-PD: при использовании стандартного кабеля зарядник будет выдавать самый маленький ток по умолчанию.

Что рекомендует Apple:

• фирменные адаптеры USB-C на 29, 61 или 87 Вт;

• совместимый адаптер, который поддерживает USB-PD.

Неважно, какое зарядное устройство вы купите. Быстрая зарядка будет работать в районе между 0% и 79% заряда батареи. Как только емкость достигнет 80%, быстрая зарядка прекратится. Вышеперечисленные смартфоны Apple заряжаются с 0% до 50% за 30 минут при использовании USB-PD.

Qualcomm Quick Charge

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
Quick Charge 1.0	5В	2А	10 Вт
Quick Charge 2.0	5В / 9В / 12В	1,67А / 2А	18 Вт
Quick Charge 3.0	3,6В - 20В (с шагом 200мВ)	2,5А / 4,6А	18 Вт
Quick Charge 4.0	неизвестно	неизвестно	неизвестно
Quick Charge 4.0+	5В/9В (UDB-PD); 3,6В - 20В (с шагом 200мВ)	3А (USB-PD), 2,5А / 4,6А	27 Вт (USB-PD)

Преимущества: один из наиболее широко распространенных стандартов зарядки; обратная совместимость с более ранними версиями Quick Charge; встроенная защита от перегрева и замыкания электродов.

Недостатки: Quick Charge 3.0 не совместим с USB-PD

Производитель процессоров Qualcomm - это один из производителей, задающих стандарты на рынке. Почти во всех своих чипах эта американская корпорация реализует опциональную поддержку быстрой зарядки. Но технология не ограничена только процессорами Snapdragon: любая компания может лицензировать ее для своих нужд.

Технология Quick Charge обеспечивает быструю зарядку, повышая напряжение, что приводит к повышению мощности. Quick Charge 4.0 пока еще слабо распространена. Диапазон напряжения Quick Charge 3.0 плавает в районе от 3,6 В до 20 В, которое Quick Charge регулирует при помощи интеллектуальной системы оптимального напряжения (INOV) для определения наиболее эффективного напряжения в любой заданной точке в процессе зарядки. В пиковом значении Quick CHarge 3.0 может выдавать 18 Вт мощности.

Quick Charge 4.0 и более новые версии получили совместимость с USB-PD зарядками, но Quick Charge 3.0 и более старые версии совместимы только с Quick Charge аксессуарами. Однако вездесущность Quick Charge означает, что выбрать всегда есть из чего.

Qualcomm утверждает, что последняя версия Quick Charge 4+ может заряжать смартфон до 50 процентов всего за 15 минут. Более распространенный Quick Charge 3.0 способен на такой результат за полчаса.

В наших тестах для зарядки совместимого с Quick Charge 3.0 LG G5 потребовался 1 час 18 минут.

Стоит сказать и об интеллектуальной термической балансировке Quick Charge. Она способствует предотвращению перегрева и замыканию контактов.

Samsung Adaptive Fast Charging

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
Samsung Adaptive Fast Charging	5В / 9В	2А	18 Вт

Преимущества: встроена во все устройства от Samsung; совместима с Quick Charge 2.0

Недостатки: консервативная

Технология быстрой зарядки от Samsung - это эксклюзив для серии смартфонов Galaxy. В отличие от Quick Charge и других технологий быстрой зарядки, она полностью совместима с процессорами Exynos, которые ставятся в международные версии устройств от Samsung.

Теоретический пик данной технологии составляет 9 В * 2 А = 18 Вт, но на практике является более консервативным. Продаются специальные сертифицированные адаптеры для Adaptive Fast Charging, но большинство устройств от Samsung поддерживают Quick Charge зарядники.

Samsung не публикует данные о скорости зарядки своих устройств. В нашем тестировании Galaxy S8 с 3000 мА*ч батареей зарядился за два часа. Примерно такое же время можно ожидать и от устройств, поддерживающих Quick Charge 2.0.

Технологию Adaptive Fast Charging можно уличить в не очень быстрой зарядке, но одно можно сказать точно: согласно сайту XDA Developers, Galaxy S8 Plus сохраняет самую низкую температуру при заряде среди всех устройств, поддерживающих быструю зарядку.

Motorola TurboPower

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
TurboPower 15	9В / 12В	1,2А / 1,67А	15Вт
TurboPower 25	5В / 9В / 12В	2,15А / 2,85А	25Вт
TurboPower 30	5В	5,7А	28,5Вт

Преимущества: встроена во все устройства от Motorola; совместима с Quick Charge 2.0

Недостатки: не такая быстрая, как другие стандарты

Технология Motorola TurboPower, доработанная версия Quick Charge 2.0, работает в таких устройствах, как Moto Z2 Force и Moto G5 Plus.

Адаптеры поставляются в трех вариантах: TurboPower 15, TurboPower 25 и TurboPower 30. Самая быстрая, TurboPower 30, работает при напряжении 5В и силе тока 5,7А, выдавая в пике 28,5Вт.

Motorola утверждает, что работает с производителями для проектирования особых батарей. Программное обеспечение контролирует состояние заряда и здоровье батареи, и исходя из этих данных увеличивает или уменьшает силу заряда.

Как и в случае с быстрой зарядкой от Samsung, необязательно покупать зарядное устройство TurboPower для быстрой зарядки смартфона. Этот стандарт совместим с любой зарядкой, поддерживающей Quick Charge 2.0 (или более новой версией).

Motorola утверждает, что TurboPower 30 способна зарядить смартфон за 15 минут так, что он будет работать в течение 15 часов.

Что же касается контроля за работой зарядного устройства, то программно-аппаратное обеспечение позволяет контролировать различные нюансы с перегревом, которые могут повлечь замедление заряда.

MediaTek Pump Express

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
MediaTek Pump Express 2.0+	5 - 20 В (шаг 0,5В)	3А / 4,5А	15Вт
MediaTek Pump Express 3.0	3 - 6 В (шаг 10-20 мВ)	5А+	25Вт / 30Вт

Преимущества: встроенная защита от перегрева и замыкания контактов; совместима с Quick Charge 2.0

Недостатки: потенциально медленнее, чем другие стандарты

MediaTek, тайваньский производитель микропроцессоров, фокусируется преимущественно на бюджетном и среднем ценовом сегментах. У нее есть свой стандарт зарядки - PumpExpress. PumpExpress 2.0+ и PumpExpress 3.0 - две новые ревизии - существует параллельно: если первая нацелена на недорогие microUSB и USB-C девайсы, то вторую разработали специально для более дорогих USB-C смартфонов.

Напряжение зарядки PumpExpress 2.0+ плавает в диапазоне 5 - 20 В, в то время как у PumpExpress 3.0 оно находится в районе 3 - 6 В, что может прозвучать как преимущество первой технологии. Однако PumpExpress 2.0+ способно на силу тока 4,5А, а PumpExpress 3.0 - на 5А и больше. К тому же у первого стандарта максимальная мощность ограничена 15Вт.

PumpExpress 3.0 имеет и другие преимущества относительно предшественника. Она совместима с любым USB-PD адаптером, который поддерживает напряжение от 3 до 6 В при токе 5А и больше, и кабелем, способным выдержать 5А.

Скорость зарядки PE 3.0 составляет до 75% за 20 минут, по словам MediaTek. PE 2.0+ нужно 30 минут, чтобы зарядить смартфон до той же емкости.

Pump Express включает в себя 20 механизмов защиты для предотвращения замыкания контактов. Чип от Richtek (компании, которую недавно поглотила MediaTek) защищает батарею от флуктуаций и колебаний температуры.

OnePlus Dash Charge и Oppo Vooc

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
Dash Charge	5В	4А	20Вт
Oppo Vooc	5В	5А	25Вт

Преимущества: смартфон остается холодным; один из самых быстрых стандартов

Недостатки: сильно закрытый

OnePlus лицензировала Dash Charge у Oppo. Она основана на технологии Oppo Vooc и применяется во всех флагманах компании, начиная с OnePlus 3.

В пиковом моменте Dash Charge способна выдавать 20 Вт, что немного меньше, чем у Oppo Vooc (25 Вт). Увеличив силу тока вместо напряжения, компания смогла добиться более четкого распределения энергии на высоких уровнях. И все благодаря адаптеру, который контролирует силу тока в реальном времени. Микроконтроллер мониторит уровень заряда и синхронизируется с микросхемами на смартфоне, а специально разработанный кабель способен на передачу большего тока с минимальными флуктуациями.

И все это проприетарное. Dash Charge работает только со смартфонами OnePlus. Внешние аккумуляторы, поддерживающие Dash Charge, вы едва ли найдете в продаже. Также не работают с Dash Charge обычные USB-C кабели - провод у Dash Charge сильно толще.

С другой стороны, вам не придется раскошеливаться на него. С каждым смартфоном OnePlus поставляется зарядное устройство и провод.

Dash Charge создан для того, чтобы быстро рассеивать тепло. Совместимые с Dash Charge устройства также могут управлять нагревом.

Huawei SuperCharge

Стандарт	Напряжение	Сила тока	Максимальная мощность
Huawei SuperCharge	4,5В / 5В	4,5А / 5А	25Вт

Преимущества: совместима с USB-PD; высокий уровень безопасности

Недостатки: скорость потенциально ниже, чем у других стандартов

SuperCharge компании Huawei встроен в Mate 9, Huawei P10 и более поздние флагманские решения этой китайской фирмы. Данная технология автоматически подстраивает напряжение и ток в зависимости от состояния и температуры батареи смартфона. Совместимые с SuperCharge зарядные устройства могут работать в трех режимах: 5В / 2А, 4,5В / 5А, и 5В / 4,5А. Для регулировки напряжения используется чип, встроенный в зарядник. Такой подход избавляет от необходимости регулировать напряжение на смартфоне и предотвращает нагрев.

В отличие от проприетарных стандартов Pmp Express и Dash Charge, SuperCharge совместим с USB-PD. Благодаря протоколу Huawei Smart Charge устройство само переключается на тот режим зарядки, который поддерживает зарядное устройство. Также есть поддержка Qualcomm Quick Charge.

Huawei не предоставляет данные по скорости заряда SuperCharge, но результаты разных ресурсов ставят его в один ряд с Dash Charge и Vooc. Сайт XDA Developers зафиксировали зарядку до 90% за один час в Mate 9.

Протокол Huawei Smart Charge, закрытая часть стандарта SuperCharge, анализирует емкость батареи и пропускную способность кабеля и регулирует напряжение в соответствии с ними. В дополнение к этому SuperCharge использует специальные компоненты, которые настроены для управления высокими токами, например, 8-слойную систему охлаждения и специальную прослойку, которая позволяет сохранять температуру в устройстве на 5 градусов холоднее, чем у аналогичных девайсов с другим стандартом быстрой зарядки. Huawei утверждает, что в SuperCharge предусмотрены 10 тестов: начиная от короткого замыкания и заканчивая экстремальными температурами.

Будущее быстрой зарядки

Технологии быстрой зарядки постоянно совершенствуются. Все более современные интегральные микросхемы, контроллеры заряда, адаптеры и кабели означают, что скоро для зарядки смартфона потребуются минуты, а не часы.

Meizu Super mCharge

Китайский производитель смартфонов Meizu обещает, что благодаря новому стандарту Super mCharge батарея смартфона будет заряжаться с нуля до 100 процентов за 20 минут. Это зарядное устройство, выдающее напряжение 11В и силу тока 5А, то есть мощность до 55Вт. Температура батареи будет не выше 40 градусов. Кроме того, Meizu уверяет, что Super mCharge не повлияет на жизнь батареи: средняя батарея на 3000 мА*ч будет иметь 80% номинальной емкости после 800 циклов заряда-разряда.

Конечно, для Super mCharge понадобится особенное зарядное устройство, кабель, смартфон и батарея.

Oppo Super Vooc

Oppo Super Vooc, эволюция Vooc - это технология, позволяющая зарядить смартфон даже быстрее, чем Meizu Super mCharge: с нуля до 100 процентов аж за 15 минут. Она использует технологию низких напряжений, что предотвращает излишнее выделение тепла, а алгоритмы регулируют напряжение и силу тока динамически для предотвращения коротких замыканий.

В отличие от Super mCharge, Super Vooc не ограничена строгими рамками. Она работает только с совместимыми батареями, но также способна работать с microUSB и USB Type-C зарядками.