Типы быстрых зарядок и нюансы используемых кабелей
Содержание
Содержание
Современные смартфоны потребляют намного больше энергии, чем их предшественники: больше быстродействие, больше экран, больше памяти, GPS, Bluetooth, Wi-Fi. Все это прекрасно, однако емкости аккумуляторов за прогрессом не поспевают. В результате многие современные смартфоны держат заряд не более суток. Рано или поздно вы забываете поставить вечером гаджет на зарядку, а утром понимаете, что через 15 минут выходить из дома, а заряда — «на донышке». Что делать? Бежать покупать портативный аккумулятор или можно что-то сделать за эти 15 минут?
Как долго должен заряжаться аккумулятор?
Так получилось, что USB стал стандартом для зарядных устройств всех гаджетов. Но разрабатывался этот стандарт, во-первых, давно, во-вторых, совсем не для этого.
Стандарт USB был разработан еще в 1996 году. Устройства тех лет, питающиеся от разъема USB, зачастую не имели контроллеров питания и могли просто сгореть, получив большой ток. Поэтому в стандарте вплоть до версии 2.0 максимальный ток составлял 500 мА, поэтому заряда смартфона с батарейкой емкостью в 3000 мАч требовалось 7-8 часов, хотя сам аккумулятор вполне мог бы потреблять 1,5 А и зарядиться за 2-3 часа.
Именно поэтому зарядка, идущая в комплекте с гаджетом, зачастую заряжает его намного быстрее — она просто выдает повышенный ток, рассчитанный на конкретный аккумулятор.
Сам стандарт разрабатывался для передачи данных, а не для питания. Разъемы и кабели USB не предназначены для больших токов, так что производители гаджетов столкнулись с неприятностями, начав выпускать такие зарядки с токами до 5А и более. Провода кабеля USB довольно тонкие, сопротивление их высоко. Но с увеличением тока падение напряжения на кабеле и его нагрев стали довольно существенными. Кроме того, появились случаи перегрева тонких контактов разъема. Поэтому большинство обычных зарядный устройств дают на выходе до 2А, а зарядка по-прежнему длится часами.
Что такое быстрая зарядка?
Это зарядка токами 1С и выше, то есть токами, кратными емкости аккумулятора. Например, 1А для емкости 1000 м·Ач и так далее. Поначалу такой режим считался крайне неблагоприятным для литий-ионных батарей. Но со временем ситуация изменилась — зарядка током 1С уже не вызывает заметного снижения ресурса у современных аккумуляторов, а зарядка током в 2С приводит к потере примерно 20 % емкости через 500–800 циклов заряда-разряда. Да, если пользоваться быстрой зарядкой ежедневно, через пару лет вы заметите падение емкости. Но вряд ли из-за этого стоит отказываться от возможности зарядить телефон за полчаса.
Чтобы не было потерь на тонких проводах, режимы быстрой зарядки используют повышенное напряжение в кабеле. ЗУ может выдавать напряжение до 20В, а в гаджете оно понизится до требуемых 5В с соответствующим увеличением тока. Например, если ЗУ обеспечивает напряжение 20В и ток 2А, то на аккумуляторе будут 5В и 8А.
Для сохранения совместимости со старыми ЗУ и компьютерными USB, новым зарядным устройствам пришлось «поумнеть» — теперь они не сразу выдают максимальные ток и напряжение, а только после получения запроса от гаджета. К сожалению, способы «общения» ЗУ и гаджета у каждого производителя свои.
Типы быстрой зарядки
Quick Charge — стандарт компании Qualcomm, поддерживается устройствами, собранными на базе чипсетов Snapdragon, начиная с 2013 г. Максимальный поддерживаемый ток — 3А и 5A в версии 4, напряжение может меняться от 3,6 до 20 В, а также до 22 в версии 3 и до 21 в 4+. Стандарт теоретически обеспечивает до 100 Вт мощности, но практически такая мощность устройствами не поддерживается, а штатные ЗУ выдают всего 18 Вт. Контроль температуры в стандарт не вписан, так что нередки случаи перегрева при быстрой зарядке. Сейчас большинство производителей смартфонов обеспечивают контроль температуры при использовании QC. А стандарт QC 4 имеет полную поддержку протокола Power Delivery.
Adaptive Fast Charging компании Samsung основан на Quick Charge 2 и частично с ним совместим, поэтому заряжать его от ЗУ с поддержкой QC 2 можно, но зарядка идет медленнее, чем от штатного. Контроль температуры есть, так что зарядка безопасна.
Motorola Turbopower компанией Lenovo так же разработан на основе стандарта Quick Charge 2, с которым полностью совместим. Отличия незначительны, основное заключается не в самом стандарте, а в наличии штатного ЗУ Motorola на 25 Вт против 18 Вт у поддерживающих QC 2. По скорости зарядки уступает QC и PD последних версий.
Huawei Super Charge применяется на устройствах Huawei и тоже основан на Quick Charge 2. Напряжение может достигать 5В, ток — 5А, давая в итоге максимальную мощность 25 Вт. По скорости зарядки уступает QC и PD последних версий.
Pump Express разработан компанией MediaTek и поддерживается гаджетами, собранными на базе SoC этого производителя. Он также основан на Quick Charge 2, и полностью с ним совместим. Его мощность ограничена 15 Вт, поэтому на емких аккумуляторах он покажет меньшую скорость зарядки по сравнению с другими стандартами. Зато в Pump Express есть контроль температуры аккумулятора, что значительно повышает безопасность зарядки.
Быстрая зарядка Apple совместима с Power Delivery. ЗУ Apple может выдавать до 87 Вт, что позволяет быстро зарядить не только все модели iPhone, начиная с 8, но и емкие аккумуляторы iPad Pro и MacBook 12.
Oppo Vooc (и основанный на ней Dash Charge) выбиваются из остального ряда — это оригинальные, ни с чем не совместимые стандарты. Используются на устройствах OnePlus и Oppo. Зарядное устройство выдает до 25 Вт мощности. Из-за несовместимости стандартов быстрая зарядка осуществима только с помощью оригинальных зарядного устройства и кабеля.
Power Delivery — наиболее перспективный стандарт быстрой зарядки, разработанный консорциумом USB в 2015 году. Стандарт поддерживает напряжения питания до 20 В и ток до 3А, что в итоге дает до 60 Вт мощности. А наиболее перспективным он считается из-за того, что «встроен» в новый стандарт USB 3.1 и теперь любые устройства, использующие разъем Type-C, должны либо поддерживать Power Delivery, либо смириться с недовольством пользователей, пытающихся заряжать гаджеты от ЗУ с поддержкой PD. Apple и Qualcomm уже выбрали первый вариант.
USB 3.1 + Power Delivery = некоторые проблемы
Теперь «умным и быстрым» ЗУ может быть любое устройство, поддерживающее USB 3.1. Заряжаемое устройство определит возможности заряжающего порта, измерив сопротивление между парой контактов разъема — CC и Vbus. Если порт может выдать максимум 0,9 А, как обычный порт USB 3.0, сопротивление будет равно 56 кОм, 22 кОм «скажут» гаджету, что ЗУ может выдать до 1,5 А, а 10 кОм — 3А.
Но как быть с кабелями-переходниками с Type-C на USB 2.0? У первого — 24 контакта, у второго — всего 4, а тех, между которыми ЗУ должно выставлять сигнальное сопротивление, просто нет. Консорциум USB решил встраивать резисторы прямо внутрь кабеля: 10 кОм в кабеля для мощных ЗУ, 22 кОм — для ЗУ с выходным током 1,5 А, ну и для 0,9 А — 56 кОм.
А если перепутать? Чаще всего — ЗУ не даст максимального тока и зарядка будет идти в разы дольше. Если же ЗУ попытается дать гаджету ток больше, чем оно способно, то может выйти из строя, а в худшем случае — испортить и гаджет.
Масла в огонь подлили китайцы, начав засовывать резисторы 10 кОм во все кабели-переходники с Type-C на USB 2.0. В том числе и в дешевые тонкожильные, неспособные выдержать те 3А, которые он якобы должен пропускать.
Чтобы всем стало совсем «весело», консорциум USB регламентировал установку в кабели Type-C маркирующей микросхемы eMarker, информирующей оба подключенных к нему устройства о возможностях кабеля. Проблема в том, что дорогостоящий кабель с микросхемой eMarker может быстро сгореть на паре ЗУ–гаджет, поддерживающей какой-нибудь стандарт быстрой зарядки, отличной от Power Delivery. eMarker питается от 5В, а тот же QickCharge 2 и все основанные на нем протоколы запросто могут поднять напряжение питающей линии до 18 В.
Вывод один — не используйте для быстрой зарядки «случайные» кабели. Это особенно важно для кабелей с разъемами Type-C, но актуально и для старых разъемов: невооруженным глазом не заметить, что у кабеля сечение жил меньше и разъем контактирует неплотно. В результате зарядка будет идти намного дольше, и это еще не самое худшее: возникающий из-за искрения контактов нагрев может привести к повреждению разъема или вообще к воспламенению прилегающего пластика. Настоятельно рекомендуется не пользоваться для зарядки «чужими» проводами, пусть они и выглядят подходящими.
Как выбрать зарядное устройство для аккумуляторов
Каждого из нас окружает множество электронных приборов, питающихся от батареек – портативная фото- и аудиотехника, измерительные приборы, фонарики. Ну и игрушки, разумеется.
И у многих рано или поздно возникает мысль заменить все эти батарейки аккумуляторами. Пусть последние и стоят раз в десять дороже, но ведь циклов зарядки-перезарядки они выдерживают не одну сотню, так что экономия должна быть налицо.
Человек приобретает пачку аккумуляторов, какое-нибудь зарядное устройство, но через некоторое время все возвращается «на круги своя». ЗУ валяется в глубине шкафа, выработавшие ресурс аккумуляторы выброшены, а вся портативная техника опять питается батарейками. Причин у такого разочарования может быть две:
1. Изначально некачественные аккумуляторы. Очень многие недорогие китайские аккумуляторы грешат неравномерной емкостью комплекта, быстрым саморазрядом и несоответствием характеристик, заявленным на упаковке, реальным.
Пример комплекта новых китайских аккумуляторов с заявленной емкостью 3000 мА ч. Реальная емкость – от 320 до 516 мА·ч. Первая же быстрая зарядка по таймеру отправит такой комплект в мусор.
2. Неправильно подобранное зарядное устройство. Покупка первого попавшегося ЗУ может привести к сильному снижению ресурса заряжаемых аккумуляторов, а то и к выходу их из строя. Чтобы добиться максимальной отдачи, следует подобрать подходящее по характеристикам зарядное устройство.
Характеристики зарядных устройств для аккумуляторов
Первое, с чем следует определиться при подборе ЗУ – это тип и типоразмер аккумуляторов, которые будут на нём заряжаться. Аккумуляторы разного типа заряжаются разным напряжением, установка аккумулятора одного типа в ЗУ другого может привести к выходу их из строя.
Никель-металлогидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы выпускаются в наиболее распространенных типоразмерах ААА («мизинчиковые») и АА («пальчиковые»). Реже встречаются типоразмеры AAAA, С, D, SC и «Крона». Типовое напряжение таких аккумуляторов чуть ниже, чем у аналогичных батареек – 1,2 В вместо 1,5 В. Исключение составляют аккумуляторы типоразмера «Крона» – они выпускаются напряжением 7,2 и 8,4 В.
Литий-ионные (li-ion), литий-полимерные (Li-pol), литий-железо-фосфатные (LiFePO4) типовые аккумуляторы выпускаются в цилиндрических корпусах различного размера (10440, 14500, 14650 и т.д.), различных призматических корпусах и типоразмера «Крона».
Цифровое обозначение цилиндрического корпуса соответствует длине и диаметру аккумулятора – так, аккумуляторы типоразмера 18650 имеют диаметр в 18 мм и 65 мм длины. Однако размеры эти не точные – у различных производителей размеры корпуса могут незначительно отличаться, кроме того, модели с встроенной схемой защиты имеют на несколько мм большую длину.
Поэтому нельзя устанавливать аккумуляторы одного типа в ЗУ другого. Встречаются универсальные зарядные устройства, но с ними следует быть осторожным: не все они определяют тип аккумулятора автоматически, некоторые требуют установки переключателя в нужное положение. Для тех ЗУ, которые умеют определять тип аккумулятора, желательно наличие ЖК-дисплея – это позволяет убедиться, что электроника устройства определила тип аккумулятора правильно.
Ток зарядки зависит от типа и емкости заряжаемого аккумулятора. Для Ni-MH аккумуляторов существует три режима зарядки:
-капельный, током 0,1С (10% от величины емкости – например, 100 мА для аккумулятора емкостью 1000 мА·ч);
Капельный режим имеет множество недостатков:
— большая продолжительность (для полной зарядки аккумулятору следует сообщить 140-160% емкости, поэтому длительность её будет составлять 14-16 часов);
— снижение ресурса заряжаемых аккумуляторов;
— невозможность определения окончания зарядки по падению напряжения.
Как видно из графика, при 0,1С уже заметно снижение емкости аккумулятора. При дальнейшем снижении зарядного тока снижение емкости увеличивается.
Плюс один – в этом режиме перезаряд аккумулятора не грозит скорым его повреждением, поэтому строгого контроля над параметрами зарядки не требуется. Только в этом режиме можно бесконтрольно использовать простые ЗУ без таймера и контроля спада напряжения. Но имейте в виду, что срок жизни аккумуляторов в этом случае будет ниже, чем если бы использовались другие режимы зарядки.
Что делать, если ток ЗУ превышает 0,1С, а таймера или контроля зарядки на нем нет? Засекать время вручную. Это будет уже быстрый режим и продолжительность его можно высчитать по формуле
Имейте в виду, что эта формула подразумевает полный разряд аккумулятора. Если аккумулятор разряжен наполовину, то половину высчитанного по формуле времени будет идти перезаряд. Перезаряд аккумулятора токами выше 0,1С чреват его повреждением из-за возрастания температуры и давления внутри аккумулятора.
Ускоренный заряд осуществлять на «неумных» ЗУ не рекомендуется. Реальная емкость аккумуляторов часто не соответствует «нарисованной» – особенно после нескольких циклов заряда-разряда. А перезаряд при ускоренном режиме очень быстро выводит аккумулятор из строя.
Для Ni-Cd аккумуляторов все примерно так же, за исключением того, что давление в них возрастает быстрее и перезаряда они боятся больше, чем Ni-MH. Поэтому при самостоятельном расчете времени зарядки рекомендуется использовать меньший коэффициент:
Li-ion и Li-pol аккумуляторы следует заряжать только с постоянным контролем параметров зарядки. Перезаряда они не выносят, а зарядка их производится током, зависящим от текущего напряжения на аккумуляторе. Заряжать их рекомендуется только на «умных» устройствах.
Если вам не хочется разбираться с параметрами аккумуляторов и подбирать под них зарядное устройство, выбирайте ЗУ с некоторым количеством аккумуляторов в комплекте. В этом случае можно быть уверенным, что тип, типоразмер и токи зарядки устройства соответствуют аккумуляторам.
Однако это не значит, что покупка такого ЗУ– наилучший выход. Для сохранения привлекательности на фоне других зарядных устройств производитель часто комплектует такие наборы дешевыми слабыми аккумуляторами и примитивными ЗУ с минимумом функций. Увидев на полке магазина два похожих зарядных устройства по одной цене, многие предпочтут то, которое укомплектовано аккумуляторами, и не станут разбираться в достоинствах второго. И зря – потому что в итоге экономию он мог бы дать заметно большую.
Простые зарядные устройства зачастую не имеют никаких функций контроля зарядки – даже если на таком ЗУ присутствует световая индикация, обычно она совершенно бесполезна и индикатор просто горит все время, пока устройство включено в сеть.
Таймер безопасности позволяет установить время, в течение которого будет производиться зарядка. При наличии таймера можно не опасаться «убить» весь комплект, забыв выключить ЗУ в нужный момент. Время высчитывается по вышеприведенной формуле. Однако если шаг установки таймера слишком велик, то в некоторых случаях его использование может привести к снижению емкости комплекта. Тогда может помочь опция подзарядки малым током.
Так, если получилось необходимое время зарядки 10 ч, а таймер устанавливается только на 8 и на 16, то в первом случае будет недозаряд и снижение емкости, а во втором – перезаряд и опасность повреждения. Если же у ЗУ есть опция подзарядки малым током, то можно выставить таймер на 8ч – по окончании зарядки устройство переключится на режим подзарядки, безопасно дозарядив аккумулятор до полной емкости.
Контроль спада напряжения (-dV метод) и контроль температуры используются в интеллектуальных ЗУ для определения окончания зарядки. При быстрой и ускоренной зарядке напряжение на аккумуляторе слегка снижается в момент полного заряда. Устройство, определяющее это снижение (-dV), способно быстро и безопасно зарядить аккумулятор до его максимальной емкости.
Контроль температуры, во-первых, гарантирует безопасность зарядки. При несоблюдении параметров зарядки или при неисправности аккумулятора, его температура может вырасти до опасных значений. Кроме того, высокая температура аккумулятора свидетельствует о возросшем внутри него давлении. Отсутствие контроля температуры может привести к взрыву аккумулятора.
Во-вторых, контроль температуры позволяет более точно определить окончание зарядки. Контроль спада напряжения может давать сбои в некоторых режимах зарядки. Но окончание зарядки также характеризуется резким возрастанием температуры (dT) и устройство, определяющее это возрастание поможет полностью зарядить аккумулятор, не повредив его.
Немаловажен также контроль неисправности аккумулятора. Простые ЗУ, не имеющие этой опции, будут пытаться заряжать комплект, даже если один из аккумуляторов вышел из строя. Часто после этого происходит следующее – владелец комплекта вставляет его в свое устройство, видит, что оно работает считанные минуты (или вообще не работает) и выкидывает весь комплект, хотя неисправен в нем только один аккумулятор.
Защита от переполюсовки и короткого замыкания позволят продлить жизнь самого ЗУ. Зачастую контроль неисправности аккумулятора включает защиту от короткого замыкания, но если её нет, то замыкание внутри аккумулятора может привести к перегреву зарядного устройства, его повреждению и даже воспламенению.
Еще одна неприятная особенность простых ЗУ – отсутствие индивидуальных каналов зарядки, что не позволяет заряжать неполный комплект аккумуляторов и снижает срок их службы в том случае, если они имеют разную емкость или неравномерный остаточный заряд. Устройство с индивидуальными каналами зарядки контролирует каждый аккумулятор отдельно – аккумуляторы с разной емкостью будут заряжаться оптимальным для них током до полного заряда каждого из них.
Особенно важно наличие индивидуальных каналов на ЗУ с большим количеством слотов для зарядки.
Функция разряда весьма полезна при зарядке неравномерно разряженного комплекта Ni-MH и особенно – Ni-Cd аккумуляторов. Последние имеют ярко выраженный «эффект памяти» и зарядка недоразряженного аккумулятора неминуемо приведет к снижению его емкости. При наличии функции разряда ЗУ может перед зарядкой выполнить полный разряд аккумуляторов. Функция реализуется по разному – в некоторых моделях это отдельный режим, который следует применять к недоразряженным аккумуляторам, в некоторых этап разряда является частью программы зарядки и может выполняться автоматически.
Проверка емкости аккумуляторов поможет определить их фактическую емкость. Это весьма полезная опция, позволяющая эффективно использовать ресурс комплекта. Вовремя заменяя «ослабшие» элементы, можно продлить жизнь остальных аккумуляторов комплекта.
Обратите также внимание на питание ЗУ – среди них есть как работающие от сети 220 В, так и от прикуривателя автомобиля или порта USB. В последнем случае многие ЗУ требуют подключения к двухамперному порту для полноценного использования всех режимов зарядки – рекомендуется использовать такие с соответствующим блоком питания и не подключать их к USB-портам планшетов и ноутбуков.
Варианты выбора зарядных устройств для аккумуляторов
Простые ЗУ для АА и ААА типоразмеров без таймера и контроля зарядки можно использовать в капельном режиме и с ручным контролем времени в быстром режиме зарядки Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов.
Наличие таймера на ЗУ незначительно повышает его цену, зато поможет сохранить аккумуляторы, если вы вдруг забудете снять их с зарядки.
Если вы хотите сразу купить подходящие друг к другу аккумуляторы и зарядное устройство, выбирайте среди ЗУ с аккумуляторами в комплекте.
ЗУ, питающееся от автомобильного прикуривателя, поможет зарядить аккумуляторы фотоаппарата или фонарика где-нибудь в дороге.
Чтобы по максимуму использовать ресурс комплекта аккумуляторов, выбирайте среди зарядных устройств с индивидуальными каналами зарядки.
Для зарядки Li-ion и Li-pol и аккумуляторов потребуется соответствующее зарядное устройство.