Всё о быстрых зарядках для смартфонов: какие есть стандарты и чем они отличаются
Теория USB
Суть и предназначение USB отражено в аббревиатуре, Universal Serial Bus или универсальная последовательная шина создана для лёгкого подключения периферии к компьютерам. Спектр устройств невероятно обширный: от простых мышек и клавиатур до аудиоустройств, накопителей информации и ещё более сложного оборудования. Ключевая идея в универсальности и повсеместной стандартизации: все устройства должны быть совместимы между собой, как минимум, электрически. Второй момент — пользователь не должен задумываться о том, какое устройство он подключает: опознание и настройка — задача интерфейса.Одним из ноу-хау интерфейса стала возможность питания периферии непосредственно от порта без дополнительных проводов и внешних блоков питания. Примите к сведению: напряжение питания равняется 5 Вольт, а ток варьируется от 0,5 Ампер в USB 2.0 до 0,9 Ампер в версии 3.0, принятой в 2008 году. Этого достаточно для обеспечения электричеством подавляющего большинства нетребовательных устройств. Также стандарт допускает дополнительное питание в особых случаях, яркие примеры: принтеры, 3,5-дюймовые жёсткие диски.
В привычном кабеле USB 2.0 всего 4 провода: два из них отвечают за питание, а ещё по двум передаётся информация. Это основа стандарта, на которую мы будем опираться в ходе повествования. С развитием интерфейса добавляются дополнительные контакты. Например, в miniUSB и microUSB есть пятый контакт для запуска режима хоста, а большие скорости в версии 3.0 потребовали 9 контактов. Современный Type-C ещё более хитрый и, за счёт симметричности и большей функциональности, содержит до 24-контактов. Более подробно об истории интерфейса, его возможностях и различиях между версиями в материале моего коллеги Николая, рекомендую к ознакомлению. А в этой статье сконцентрируемся на электропитании — не менее интересной и запутанной теме.
Сказ о зарядке по USB: спецификация Battery Charging
Вспомните телефоны из начала нулевых, у каждого производителя была своя уникальная зарядка: круглый штекер у Nokia, громоздкий и сложный на вид у Sony Ericsson и ещё десяток вариаций у остальных компаний. Для подключения к компьютеру могли использоваться дополнительные разъёмы со своими собственными кабелями. Полная неразбериха и разобщённость создавала кучу неудобств с поиском подходящей зарядки — кажется это то самое время, когда фанатам одного бренда стоило держаться вместе. Идея объединить всех производителей и создать универсальную зарядку витала в воздухе, USB отлично подходил на эту роль. Специально для портативных гаджетов были разработаны уменьшенные штекеры: сначала miniUSB, затем microUSB и вершина эволюции — Type-C. Как известно, компания Apple продолжила использовать собственные порты 30-pin и Lightning, но они соответствуют стандартам USB.
Но, как мы уже знаем, изначально USB способен питать только нетребовательную периферию. Например, на полную зарядку скромного аккумулятора ёмкостью 1500 мАч через стандартный USB 2.0 или USB 3.0 уйдёт от 2 до 3,5 часов — это непозволительно долго. Как следствие, производители начали искать способы увеличения передаваемой мощности. Результатом явилась новая спецификация USB Battery Charging, доступная всем компаниям, использующим интерфейс. Первая версия вышла в 2007 году, актуальная вариант USB BC 1.2 принят в 2010 году. Одно из нововведений — специальный полноразмерный разъём с повышенной отдачей по току до 1,5 А для компьютеров — это фактически трёхкратный прирост. Такие порты обозначены пиктограммой молнии, посмотрите на свой ноутбук, скорее всего один из полноразмерных USB именно такой.
Главным же достижением стало теоретическое увеличение максимального тока до 5 А для сетевых зарядок — это десятикратный прирост относительно базовой версии USB. На первом этапе важным требованием стало сохранение форм-фактора для совместимости с имеющимся парком устройств. С учётом этого инженеры пошли на хитрость: маркером зарядного режима являются замкнутые контакты передачи данных, которые не используются во время зарядки. На деле процесс зарядки аккумулятора чуть сложнее, чем может показаться и нуждается в контроле и регулировании. За это отвечает небольшая микросхема-контроллер. Первостепенная задача — определение возможностей подключенного зарядника и согласование безопасной мощности питания. Затем, уже в процессе зарядки, контроллер непрерывно отслеживает сразу несколько параметров, в числе которых: ток, напряжение источника и аккумулятора, температура батареи. Это залог безопасности: при перегреве аккумулятора контроллер может снизить ток или полностью отключить питание.
Все смартфоны и планшеты без поддержки быстрой зарядки используют USB Battery Charging или собственные надстройки, совместимые или основанные на нём. На практике производители портативной техники ограничились наращиванием тока зарядки до 2,4 А при стандартных 5 В, то есть, до 12 Ватт. Яркий пример — старые поколения Apple iPad. В лагере Andoid большей популярностью пользовались зарядные устройства на 5 В и 2 А. Ими снабжались многие флагманские смартфоны 2012-2014 годов, подавляющее большинство планшетов; сейчас — это удел бюджетников.
Ускоряемся: Quick Charge, как он есть
Со временем ёмкость аккумуляторов росла, энергопотребление увеличивалось, а мощность зарядки оставалась на уровне 10-12 Вт. Как следствие, флагманы 2013-2014 годов с аккумуляторами на 3000 мАч заряжаются около 3 часов — это непозволительно долго. В поисках решения проблемы производители не стали кооперироваться, породив ворох несовместимых между собой стандартов. Более того, некоторые компании за прошедшие годы создали по несколько принципиально разных стандартов с разными настройками, опять-таки несовместимыми между собой. Посудите сами: Qualcomm Qucik Charge, Samsung Adaptive Fast Charging, Huawei SuperCharge, OPPO VOOC, OnePlus Dash Charge, MediaTek Pump Express — это только часть технологий, которые первыми приходят на ум.Чтобы не распыляться на маркетинговые уловки, предлагаю останавливаться только на самых важных особенностях. Тем более, в основе всех стандартов лежит один из двух принципов. В первом случае разработчики пошли на повышение напряжения зарядных устройств, оставив силу тока на уровне 2 А. Во втором принципе увеличение мощности происходит за счёт наращивания силы тока при стандартных 5 В. Предлагаю не задумываться о преимуществах и недостатках этих подходов, результат один — ускоренная зарядка аккумуляторов.
Самая известная технология — Quick Charge от Qualcomm. Первая версия 1.0, представленная в 2013 году, предлагает всего лишь 10 Вт мощности (5 В и 2 А), вследствие чего не получила должного распространения. Начиная с версии QC 2.0, представленной в 2015 году, инженеры Qualcomm пошли по первому пути и расширили диапазон напряжений от 5 до 20 вольт при силе тока до 3 А. В этой версии напряжение регулируется ступенчато, всего 4 фиксированных значения. Это не оптимально с точки зрения эффективности и тепловых потерь. В 2016 году с выходом QC 3.0 эффективность улучшили добавлением плавной регулировки напряжения с интервалом 0,2 В. Версия 4.0 стала совместима с новейшим стандартом Power Delivery, а QC 4.0+ расширили профилем USB-PD 3.0 PPS. Причём, Power Delivery имеет приоритет над протоколом Quick Charge.
Распространенность чипсетов от Qualcomm позволила Qucik Charge стать по-настоящему популярным. Соответствующие адаптеры — не редкость, поэтому многие другие производители сделали ставку на технологии Qualcomm. Так, Samsung Adaptive Fast Charging, появившейся в Samsung Galaxy S6, опирается на QC 2.0 и совместима с ним. Последующие стандарты быстрой зарядки от Samsung тоже используют наработки Qualcomm. Тоже самое касается смартфонов и планшетов Huawei и Honor, которые в своём большинстве совместимы не только с собственным стандартом SuperCharge, но и с QC и даже PD. Все версии Qualcomm QC и его модификации имеют обратную совместимость. А значит смартфон с QC 4.0 будет быстро заряжаться от адаптера QC 2.0 и наоборот.
Своё решение подготовили в MediaTek, стандарт Pump Express предназначен для смартфонов на базе чипов от тайваньского гиганта. Начиная с версии «Plus», принцип работы и эволюция стандарта повторяет Quick Charge от Qualcomm: несколько фиксированных уровней напряжения изначально и ступенчатая регулировка в следующих версиях, а также стандартная сила тока на уровне 1-2 ампер. Но будьте внимательны, смартфоны с MediaTek PE не всегда совместимы с зарядками Qualcomm QC, спасение — поддержка Power Delivery 3.0 в Pump Express 4.0.
Повышенные напряжения и ступенчатая регулировка усложняют контроллер питания на стороне смартфона и зарядное устройство. С другой стороны, относительно небольшая сила тока позволяет использовать обычные кабели от смартфонов с 5 В и 2 А.
По другую сторону от Qualcomm Quick Charge и подобных находятся технологии с увеличенной силой тока при стандартных 5 В. Самый яркий представитель — OPPO VOOC, все достоинства и недостатки подхода, а также сама технология рассмотрены в отдельной статье. Обратите внимание, DashCharge от OnePlus — это тоже самое, что и VOOC 2.0, а WarpCharge соответствует VOOC 4.0. Значимый недостаток всех стандартов от OPPO — несовместимость с Qualcomm Quick Charge и Power Delivery.
На практике мощность быстрых зарядок находится в интервале от 15 до 20 Вт. Сегодня можно встретить смартфоны, предлагающие и 30, и 50, и даже 120 Вт — всё это дополнительные надстройки, которые мы не будем разбирать в этом материале.
К чему пришли: Power Delivery
Все вышеперечисленные быстрые зарядки решают поставленную задачу, но не соответствуют спецификациям USB, являясь своего рода хаком. Однако у консорциума USB есть подходящее решение: Power Delivery — новый стандарт электропитания через USB, призванный свести на нет текущую неразбериху. Впервые стандарт предложили ещё в 2012, но нас интересует вторая ревизия USB PD Rev.2, пришедшая в 2014 вместе с форматом USB Type-C. Именно эта версия получила должную поддержку производителей, обратите внимание: большинство стандартов быстрой зарядки теперь совместимы с PD, а гаджеты Apple впервые начали заряжаться быстрее именно с помощью PD.
Спецификация предполагает множество режимов с максимальной мощностью 100 Вт — впечатляющая цифра. Этого хватает не только для смартфонов и планшетов, но и для ноутбуков и мониторов. Более того, такую мощность можно получить не только от сетевого адаптера питания, а от порта в компьютере.
Мощностной потенциал в сочетании со стандартизацией делает зарядку гаджетов по-настоящему комфортной. Например, благодаря Power Delivery, Samsung Galaxy S10 и любой другой совместимый смартфон можно быстро зарядить от соответствующего адаптера для ноутбука Lenovo, Apple и других — в эпоху Quick Charge об этом даже не мечтами. Несовместимые смартфоны и аксессуары будут заряжаться в режиме 5 В и 2 А, как от обычной зарядки. Также с USB Type-C и Power Delivery можно забыть о ворохе кабелей и адаптеров в рюкзаке, достаточно брать с собой зарядку от самого мощного устройства. Например, я беру с собой блок питания на 45 Вт от ноутбука и заряжаю им все гаджеты: смартфон, наушники и часы. Также получили распространение блоки питания с несколькими портами, один из которых предназначен для ноутбука. Исключением из правил до сих остаются смартфоны Apple: начиная с iPhone 8 они получили поддержку 18-ваттного профиля Power Delivery, но до сих пор используют собственный разъём Lightning — это рушит унификацию.
Хотя и здесь существуют подводные камни: так как PD предлагает огромное количество сочетаний напряжения и силы тока. Зарядные устройства, как правило, поддерживают только ограниченный набор, поэтому для подбора зарядки стоит выписать необходимые сочетания с оригинальных адаптеров питания. Второй момент вытекает из первого: далеко не каждый ноутбук, рассчитанный на 45 Вт или 60 Вт, будет заряжаться от адаптера на 30 Вт. Именно поэтому актуальнее всего носить с собой адаптер от самого мощного из имеющихся устройств, благо современная электроника компактная и лёгкая.
Развеиваем мифы
Большое разнообразие технологий и разные по мощности зарядные устройства породили вокруг USB огромное количество заблуждений. Например, некоторые пользователи не используют более мощные зарядки, опасаясь сжечь смартфон. А зря, вспоминаем первый раздел статьи с теорией USB: интерфейс устроен таким образом, чтобы все устройства были совместимы между собой, поэтому перед подачей питания контроллер согласовывает оптимальную мощность — смартфон не возьмёт больше, чем нужно. Опасаться стоит зарядных устройств неизвестного происхождения, первый попавшийся лот на AliExpress за три копейки действительно может навредить.Другой момент, поиск сетевого адаптера или портативного аккумулятора. Самый простой путь — фирменные аксессуары от производителя устройства, тот же Samsung или Huawei продаёт зарядные устройства и выпускает портативные аккумуляторы и беспроводные зарядки. Если речь идёт о сторонних фирмах, придётся выяснить, какие стандарты быстрой зарядки поддерживает смартфон. В этом поможет сайт производителя, грамотные обзоры и комплектный зарядник. После останется найти совместимый адаптер в магазине. Повторюсь, выбирайте только зарекомендовавшие себя бренды из среднего или высокого бюджета — экономия пары сотен рублей ни к чему хорошему не приведёт.
Вместо заключения
Быстрые зарядки перестали быть местечковой фишкой нескольких флагманов на Android. Сегодня — это востребованная функция для всех смартфонов в том числе недорогих. Бизнес реагирует на это: подходящие зарядки можно встретить даже в публичных местах. Например, вот такая стойка с поддержкой Qualcomm Quick Charge 3.0 установлена на станции МЦД в Москве. Но пока это исключение из правил: в другом общественном транспорте, кафе и прочих общественных местах устанавливают обычные 10-ваттные USB-розетки. Вывод прост: чем больше смартфонов с быстрой зарядкой будет на руках у пользователей, тем быстрее сформируется нужная инфраструктура.
Друзья, в этой статье я постарался максимально понятно изложить всю известную мне информацию о зарядке смартфонов, не зацикливаясь на частных примерах. Тема запутанная и достаточно противоречивая, поэтому не стесняйтесь делиться своим опытом, высказывать собственное мнение. Если есть вопросы или есть нужда в разборе частного примера, также пишите! Самые интересные вопросы будут вынесены в статью.