Power delivery что это

Ликбез по Power Delivery: что стыдно не знать о стандарте быстрой зарядки

Когда энергия в аккумуляторе мобильного устройства стремительно заканчивается, быстрая зарядка становится настоящим подарком. Впрочем, разнообразие как проприетарных, так и лицензированных стандартов затрудняет определение того, какую именно скорость выйдет получить при использовании конкретных блока питания и кабеля. Конечно, можно ориентироваться только на комплектные аксессуары от производителя гаджета, но обойтись одной зарядкой сегодня — не самая простая задача. Выходом становится Power Delivery — актуальная официальная спецификация быстрой зарядки USB Promoters Group.

Power Delivery (PD) — универсальная спецификация, разработанная как общий стандарт быстрой зарядки, который можно использовать с любыми гаджетами с поддержкой USB-интерфейса. PD существует с 2012 года — примерно с того же момента, когда представили порт USB-C. Новый стандарт зарядки стал заменой для спецификации USB Battery Charging (USB BC), которая дополняла базовые параметры питания USB-порта. На данный момент пользователям и производителям доступна уже третья редакция Power Delivery, которая заточена для эффективной быстрой зарядки.

Что нужно знать про зарядку гаджетов через порты USB

Современные порты USB-С поддерживают несколько стандартных спецификаций зарядки. Более того, производители могут комплектовать их дополнительными проприетарными возможностями.

Для начала важно отметить, что абсолютно все USB-порты поддерживают базовый уровень зарядки от 5 В и 500 мА до 5 В и 900 мА. Да, скорость наполнения энергией в данном случае будет крайне медленной, но это нужно для работы с устаревшими девайсами, а также маломощными гаджетами. Порты USB-С базово можно «разогнать» до 5 В и 1,5 А и даже 15 В и 3 А. Это намного быстрее, но всё ещё достаточно медленно, если говорить про стандарты быстрой зарядки в целом.

Стандарт Power Delivery отличается куда большей скоростью — он может работать даже с мощностью 100 Вт, чего уже будет более чем достаточно и для самых требовательных гаджетов вроде ноутбуков. Важным нюансом работы с PD является безопасность — когда гаджеты используют данный стандарт, они согласовывают необходимую мощность через USB-кабель. Спецификация поддерживает варианты зарядки с напряжением 5 В, 9 В, 15 В и 20 В, чтобы обеспечить мощность от 0,5 до 100 Вт. Новый стандарт программируемого источника питания USB Power Supply (USB PD PPS) также поддерживает определение напряжения, что нужно для более оптимальной зарядки. Если блок питания и гаджет не могут согласовать необходимую скорость зарядки, используется базовая.

💡 Мощность равна произведению напряжения и силы тока.

Сегодня Power Delivery используется для быстрой зарядки смартфонов, ноутбуков и других гаджетов. Google взял стандарт на вооружение для линейки Pixel, Samsung использует его для серии Galaxy S, а Apple — в iPhone и MacBook. Внушительное число других производителей добавляют работу с PD к своим проприетарным технологиям быстрой зарядки.

На данный момент есть три поколения стандарта Power Delivery

На данный момент стандарт Power Delivery находится уже в третьей редакции, которая характеризуется индивидуальным набором особенностей и возможностей. Впрочем, PD отличается обратной совместимостью, поэтому особенно переживать по поводу выбора не стоит.

Первая редакция Power Delivery была заметно более простой, чем современные. Она предлагала шесть фиксированных профилей питания для разных категорий гаджетов: 10 Вт (5 В, 2 А), 18 Вт (12 В, 1,5 А), 36 Вт (12 В, 3 А), 60 Вт (12 В, 5 А), 60 Вт (20 В, 3 А) и 100 Вт (20 В, 5 А). Такое разнообразие по мощности уже можно считать достаточным, но сегодня для огромного зоопарка из девайсов разных форматов требуется ещё большая гибкость.

Во второй и третьей редакциях Power Delivery от набора фиксированных профилей было решено отказаться. Конкретные значения по напряжению в них остаются, но сила тока может меняться в согласованном диапазоне. В итоге получается ещё более универсальный подход к зарядке абсолютно любых гаджетов. От второй третья редакция PD отличается контролем состояния аккумулятора, повышенной безопасностью и возможностью изменения напряжения по мере зарядки.

Подавляющее большинство современных устройств использует вторую и третью редакцию Power Delivery. Для смартфонов типичная мощность зарядки — 18 Вт, для ноутбуков — около 60 Вт. Впрочем, некоторые мобильные устройства всё же настроены на работу с большей скоростью — к примеру, VOOC Flash Charge уже поддерживает мощность свыше 100 Вт.

Как работает программируемый источник питания USB PD PPS

Вторая и третья редакции Power Delivery весьма технологичны, но всё ещё не в полной мере соответствуют требованиям гибкости для действительно быстрой зарядки. Её скорость крайне чувствительна к определённому напряжению, которое должно меняться по мере наполнения аккумулятора энергией. Варианты напряжения 5 В, 9 В, 15 В и 20 В из стандартной спецификации PD далеки от идеала для оптимальной быстрой зарядки.

Одной из особенностей третьей редакции Power Delivery, которую представили в 2018 году, стал программируемый источник питания USB PD PPS. Он отличается заметно большей гибкостью и предлагает шаг напряжения на уровне 20 мВ (0,02 В). Более того, в данном случае необходимое напряжение может быть не только согласовано, но и изменено прямо во время зарядки. Для быстрого наполнения устройства энергией это очень важно.

В первой половине 2021 года USB PD PPS — всё ещё диковинка. Его поддержка реализована всего в нескольких гаджетах и аксессуарах, и это создаёт трудности для потребителей. К примеру, для быстрой зарядки Samsung Galaxy S21 нужен блок питания именно с поддержкой USB PD PPS — только с ним смартфон сможет принимать 25 Вт. При использовании же традиционного стандарта Power Delivery гаджет сможет получить только 18 Вт.

Как быстро гаджеты заряжаются с помощью Power Delivery

Стандарт Power Delivery характеризуется внушительным спектром вариантов итоговой мощности. Более того, его поддерживает масса устройств, которые отличаются, в том числе, и по ёмкости аккумулятора. Поэтому дать чёткий ответ на вопрос подзаголовка достаточно сложно. Впрочем, обычно смартфоны используют мощность 18 Вт и полностью заряжаются примерно за час с лишним. Ноутбуки же с блоками питания на 60 Вт могут получить необходимый объём энергии приблизительно за час или два.

В отличие от ноутбуков, смартфоны, как правило, предпочитают более низкое напряжение (5 или 9 В) и высокую силу тока. К примеру, технология OnePlus даёт возможность разогнаться до 65 Вт при 10 В и 6,5 А, а 40 Вт от Huawei базируются на 10 В и 4 А. Это — проприетарные варианты. Тем не менее они показательны.

Ближайший вариант напряжения в PD — 9 В. При его использовании в рамках стандарта скорость зарядки теоретически может составлять 27 Вт. Но для работы со смартфонами Power Delivery обычно использует более низкую силу тока, которая не дотягивает до 3 А. Поэтому на выходе получается 18–20 Вт — это заметно меньше, чем у протоколов быстрой зарядки, разработанных отдельными производителями гаджетов.

Впрочем, у PD всё же есть перспективы в мире универсальных стандартов быстрой зарядки. При использовании PPS Samsung Galaxy S21 может заряжаться на скорости 25 Вт при напряжении 9,5 В. А в Galaxy Note 10 Plus компании удалось добиться быстрой зарядки с мощностью 45 Вт. Тем не менее нужно понимать, что реализацию настолько большой мощности в Samsung сочли слишком сложной с точки зрения работы аккумуляторов, поэтому кроме перспектив у Power Delivery также хватает и вопросов.

Power Delivery вряд ли будет конкурировать с проприетарными стандартами быстрой зарядки. В своих смартфонах OPPO тизерит поддержку 100 Вт, а Xiaomi уже реализовала 120 Вт. Без существенной переработки у PD нет шансов даже вместе с PPS. Впрочем, если объективно, сегодня даже 40 Вт уже более чем достаточно для действительно быстрой зарядки того же смартфона.

Кроме удобства Power Delivery играет на пользу и экологии

Конечно, высокая скорость зарядки является важной особенностью Power Delivery в целом и PPS в частности. Тем не менее куда важнее универсальность. PD был создан как единый стандарт для питания по USB широкого спектра гаджетов. Он нивелирует необходимость в проприетарных портах и особенных блоках питания.

Прежде всего, это крайне положительно сказывается на простоте подключения и зарядки. Но есть и вторая сторона медали — отсутствие необходимости оснащать каждое новое мобильное устройство отдельным блоком питания. Обилие старых кабелей и других аксессуаров для зарядки, которые остаются на свалках и не так просты в переработке, становится всё большей проблемой. Она также усугубляется ограниченностью драгоценных металлов и других элементов, которые используются на производстве. Power Delivery — это серьёзный ответ на сложный экологический вопрос.

Конечно, производители, которые убирают блоки питания из коробок своих устройств сегодня, пока не особенно радуют пользователей. Последние могут не обладать подходящими аксессуарами, поэтому должны приобретать их отдельно. Но в долгосрочной перспективе ситуация придёт в норму. Каждый из нас не будет заморачиваться, чем именно заряжать свои гаджеты, — по крайней мере, если Power Delivery станет единым решением, которое возьмут на вооружение абсолютно все.

Статья написана на основе материала Android Authority.

Источник

Что такое Power Delivery или PD зарядка?

Зачем это надо? Всё довольно просто и логично. Аккумуляторы современных гаджетов и девайсов значительно увеличились по объему накапливаемой энергии, соответственно старым зарядным устройством они заряжаются уже до неприличия долго. Например, раньше аккумулятор телефона вмещал всего 1200 mAh, а сейчас пользователи ищут смартфоны с батарейкой от 4000 mAh. Чувствуете разницу? Поэтому и нужны такие технологии как Power Delivery для быстрой зарядки.

Простой пример выгоды. Быстрая зарядка позволяет зарядить iPhone X, iPhone 8 или iPhone 8 Plus до 50% за 30 минут, а iPad Pro – до 50% за 60 минут при использовании кабеля Apple USB-C – Lightning. USB Power Delivery с USB-C заряжает Google Pixel 2 или Google Pixel 2 XL до 50 процентов за 37 минут. Поэтому если вы спешите и вдруг заметили, что в вашем телефоне осталось мало энергии, какое зарядное устройство выберете? Конечно, с USB Power Delivery, ведь даже за 10 минут зарядки оно существенно продлит время его работы.

Ещё о преимуществах Power Delivery (PD). Зарядное устройство с такой технологией способно выдавать мощность заряда и 100W, об этом производитель напишет на упаковки и самом устройстве. А это значит, что оно способно заряжать не только телефоны и планшеты, но даже современные ноутбуки! Для этого нужен лишь правильный кабель (провод) USB Type-C – поддерживающий быструю зарядку. А таких кабелей в нашем Каталоге много, и на любой вкус!

Важно и то, что технология Power Delivery контролирует заряд аккумулятора, получая данные о полноте его заряда и автоматически подбирая необходимую мощность заряда. Также это позволяет не допустить перезарядку аккумуляторной батареи, что продлевает её срок службы.

UCB Power Delivery (PD) используют в современных смартфонах и планшетах такие производители как Apple, Google, LG и многие другие.

Однако, не забывайте смартфон или планшет, кабель (провод), по которому будет подаваться питание от зарядного устройства в гаджет или девайс тоже должен поддерживать режим быстрой зарядки PD или QC.

А хорошую качественную зарядку купить в Минске или заказать доставку домой или в офис можно по этой ссылке Зарядные устройства.

И вот пример современного мощного зарядного устройства от Baseus аж на 120W, способного заменить собой все зарядные устройства, обеспечивающего быструю зарядку и лэптопов, и смартфонов в вашем доме или офисе.

Это, конечно, Суперзарядное устройство, но в нашем Каталоге много зарядок попроще и кабелей (проводов) для них, также обеспечивающих скоростную зарядку мобильных устройств. Переходите по ссылке Зарядные устройства и выбирайте качественное зарядное от надёжного производителя. Или просто позвоните по телефонам SmartHUB.by и опытные консультанты помогут Вам сделать правильный выбор!

Магазин качественной современной цифровой техники

Интернет-магазин SmartHUB

ИП Жук Сергей Евгеньевич
УНП 191609002, г. Минск, ул. Есенина, 36-109
Р/с BY51BPSB30133172050189330000 банк ОАО «БПС-Сбербанк» 220005, г. Минск, б-р им. В.Мулявина, 6 БИК BPSBBY2X

Регистрационный номер в Торговом реестре Республики Беларусь 497668 от 02.12.2020 г.

Адрес:

г. Минск, ул. Тимирязева, 127, ТД Ждановичи, «Радиомаркет», Павильон D22.

Источник

Power delivery что это

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Разбираемся в стандартах быстрой зарядки: USB Power Delivery и Qualcomm Quick Charge

Перенесемся мысленно на десять лет назад: на рынке продаются первые iPhone, различные коммуникаторы на Windows Mobile и первые смартфоны на Android. Все они имеют аккумуляторы емкостью в 1200-1500 мАч и зарядки на

1 А и 5 В, которые позволяли полностью зарядить аккумулятор за полтора-два часа. С учетом того, что устройства того времени в массе своей как минимум спокойно доживали до вечера, а то и вообще жили больше суток — редко кто жаловался на долгое время зарядки.

Но время шло, емкости аккумуляторов стали расти, время автономной работы — падать, а зарядки оставились такими же: все это в итоге привело к тому, что часто приходилось проводить часы рядом с розеткой, только чтобы смартфон дожил до вечера. И, разумеется, производители стали проблему решать: раз еще больше увеличить емкость аккумуляторов не получается, то нужно их быстрее заряжать — так и появились стандарты быстрой зарядки, о которых мы сегодня и поговорим.

USB Battery Charging Revision 1.2

Стандарт был принят консорциумом USB еще в 2011 году — то есть, его мог абсолютно бесплатно использовать любой производитель, оснащавший свое устройство USB-портом. При этом если стандартный USB 3.0 выдавал не более 900 мА при 5 В, то тут ток возрастает уже до 1.5 А — больше чем в полтора раза, что позволяет существенно сократить время зарядки.

На деле же особо большого распространения он не получил: зачастую такой мощный USB-порт был лишь в топовых материнских платах и ноутбуках, и помечался он обычно красным цветом или значком молнии:

Увы — производители смартфонов все также продолжали класть в комплект зарядные устройства на 1 А и 5 В, то есть зарядки с Battery Charging 1.2 приходилось покупать отдельно. Но, в любом случае, это позволяло заряжать устройства ощутимо быстрее без вреда для них.

Qualcomm Quick Charge 1.0-2.0

Пожалуй, самый известный стандарт быстрой зарядки, анонсированный Qualcomm в 2013 году. Версия 1.0 поддерживала только чипсет Snapdragon 600. Напряжение все также оставалось стандартным для USB — 5 вольт, а вот ток был поднят до 2 А — то есть, еще на треть больше, чем у BC 1.2. Особого распространения первая версия этого стандарта не получила, так что нет смысла на ней долго останавливаться.

QC 2.0 стал первым действительно популярным стандартном быстрой зарядки. Работал он с устройствами на Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, 410, 412, 415, 425, 610, 615, 616, 800, 801, 805, 808 и 810. Основное отличие от предыдущих стандартов — перестал расти ток, который теперь ограничен 2 А, а вот напряжение может повышаться аж до 12 В. Причина этому банальна: подавляющее большинство существующих на тот момент кабелей USB-microUSB поддерживали ток не более 2.4 А, в противном случае они могли начать перегреваться, что уже было опасно (как мы знаем, тепловые потери пропорциональны силе тока и квадрату сопротивления). Поэтому Qualcomm пошли другим путем — банально стали поднимать напряжение, и в итоге максимальная мощность теперь составляет 18 Вт (12 В и 1.67 А) против 10 Вт (5 В и 2 А) у первой версии QC.

Разумеется, для регулирования напряжения теперь использовались специальные контроллеры, которые должны были быть и в зарядке, и в самом смартфоне. «Общались» же они между собой с помощью контактов D+/D- в порте USB, и смартфон выбирал необходимое напряжение и силу тока. Если зарядное устройство не поддерживало QC (то есть не реагировало на специальное напряжение на контактах D+/D-), то зарядка шла стандартным током в 1 А при напряжении в 5 В.

Увы — с выходом QC 2.0 стали возникать первые проблемы: из-за достаточно высокой мощности в 18 Вт аккумуляторы начинали перегреваться, что негативно сказывалось на их сроке работы. Конечно, в стандарте был заложен безопасный диапазон температур, при выходе из которого быстрая зарядка отключалась, но производители зачастую закрывали на это глаза, дабы маркетологи могли радовать пользователей слоганами типа «80% за час».

Все стало еще хуже с выходом горячего Snapdragon 810: с учетом того, что при подключении к зарядке Android зачастую увеличивает фоновую активность (например, обновляются программы), что разогревает CPU, плюс еще и греется аккумулятор от быстрой зарядки — в итоге пользователи массово сталкивались с быстрой деградацией аккумуляторов и умиранием материнских плат от перегрева. Особенно часто это происходило с владельцами LG G4, Nexus 5x и Flex. Компания в ответ на жалобы порекомендовала использовать быструю зарядку только тогда, когда она нужна, а на ночь заряжать обычной медленной — очевидно, что пользователи такой ответ не оценили и подали на LG коллективный иск в суд.

Сама компания Qualcomm не называет время зарядки — она всего лишь говорит, что теперь она идет на 75% быстрее, чем с QC 1.0. Независимые же тесты показывают, что смартфон с аккумулятором на

3000 мАч можно зарядить с помощью QC 2.0 на 50% примерно за 40 минут.

USB Power Delivery

В 2015 году стали массово появляться устройства с USB-C. Так как этот протокол может содержать в себе множество различных других, зачастую производители стали останавливаться на USB 2.0 или 3.0 — соответственно, никаких проблем с поддержкой QC 2.0 не было.

Но дальше стало интереснее — консорциум USB создает стандарт Type-C 1.2, который поддерживает ток в 3 А при напряжении 5 В: например, именно такую быструю зарядку имели смартфоны Lumia 950 и 950XL. Казалось бы — все здорово, никаких проблем с QC быть не должно: ан нет, такие кабели внутри имеют специальную управляющую микросхему, которая может работать только при 5 В, а QC 2.0, как мы помним, может поднимать напряжение аж до 12 В. И так как в стандарте QC нет никакой проверки на наличии такой микросхемы в кабеле, все это может печально кончиться и для кабеля, и для смартфона.

Разумеется, Google не могла остаться в стороне, и официально порекомендовала отказаться производителям смартфонов использовать USB-C вместе с QC 2.0. Однако, что было ожидаемо, многие производители (например, OnePlus) заверили пользователей, что с их кабелями проблем не будет, ну а если у вас сгорел смартфон от использования стороннего кабеля — это, как говорится, уже ваши проблемы.

Дальше — еще «веселее»: дабы разграничить кабели, которые могут пропускать 3 А, 1.5 А и 1 А, консорциум USB решил встраивать в них резисторы на 10, 22 и 56 кОм соответственно. Но китайцы как обычно решили ставить в дешевые кабели резисторы только на 10 кОм — это привело к тому, что устройства с поддержкой USB-C 1.2 «понимает», что можно брать 3 А, и запрашивает их у зарядного устройства. Итог тут может быть абсолютно любой — в лучшем случае зарядка отдаст тот ток, который сможет (и вряд ли это будет 3 А), а худшем — просто сгорит, возможно повредив еще и подключенный смартфон.

Ближе к концу 2015 года консорциум USB выпускает спецификации стандарта Power Delivery 3.0, который в будущем, скорее всего, будут использовать все: так, он позволяет задать напряжение от 5 до 20 В и ток от 1.8 до 5 А, так что в итоге максимальная мощность может достигать целых 100 ватт — этого уже хватит для зарядки ноутбука, и многие современные решения типа Xiaomi Notebook или Apple MacBook уже его используют. При этом тип коннектора может быть любым: USB-C, microUSB, даже USB-A, а передача идти в обе стороны: то есть, можно от смартфона зарядить смартфон. При этом есть обратная совместимость с USB-C 1.2, то есть заряжать от зарядки с поддержкой PD ту же Lumia 950 можно. Все возможные комбинации зарядок доступны ниже:

Qualcomm Quick Charge 3.0-4.0

Разумеется, в компании понимали, что проблемы с перегревом нужно решать, и в 2016 году, с выходом Snapdragon 820/821, была представлена технология QC 3.0. Qualcomm перестала гнаться за мощностью — она все также осталась в пределах 18 Вт, зато теперь была гибкая настройка напряжения: если в версии 2.0 были жестко заданы 5, 9 или 12 В, то тут можно было изменять напряжение с шагом в 0.2 В в диапазоне 3.6-20 В. К тому же сами производители смартфонов теперь могли ограничить максимальное напряжение, например, на уровне 12 В. Плюсуя сюда то, что новые Snapdragon (поддерживаются 821, 820, 620, 618, 617 и 430) были все же холоднее провального 810-ого, в итоге можно считать, что проблема с перегревом была решена.

Увы — другая проблема, с USB-C, все еще осталась, так что использовать сторонние кабели для быстрой зарядки через этот порт все еще было рискованно. Что касается скорости зарядки, то компания обещает, что большая часть смартфонов с QC 3.0 зарядится до 70% за полчаса:

Стандарт QC 4.0 был представлен в конце 2016 года и решал множество проблем: во-первых, теперь его можно было использовать с любыми USB-C кабелями — разумеется, от них будет зависеть скорость зарядки, но все еще в любом случае она будет идти быстрее, чем со стандартными 1 А и 5 В. Вторая его особенность — полная совместимость с Power Delivery, так что сначала зарядка опрашивает подключенное устройство, поддерживает ли оно PD, и если нет — переключается на режим QC.

Спецификации стандарта QC 4.0 те же, что и у 3.0 — до 18 Вт при токе до 2 А и напряжении до 12 В, и до 27 Вт через стандарт PD. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 630, 636, 835. По словам Qualcomm, новая технология позволит всего за 5 минут подзарядить устройство с аккумулятором емкостью 2750 мАч для 5 часов использования, а за 15 минут зарядить батарею с нуля на 50 %.

Технология QC 4+, представленная в 2017 году, сильно от 4.0 не отличается: так, технология Dual Charge позволяет разделить ток на два потока, что снижает температуру на 3 градуса и увеличивает скорость зарядки на 15%. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 660, 670, 710, и 845.

Общая таблица всех версий QC выглядит так:

Обратная совместимость

Все версии QC, начиная с 2.0, являются обратно совместимыми: так, если телефон имеет более новую версию QC, чем зарядка, то будет использоваться протокол, который поддерживает зарядка, но с энергоэффективностью версии, которая используется в телефоне. Если же подключить смартфон с более старой версией QC к зарядке с более новой, то эффект будет полностью аналогичен использованию зарядки с той же версией QC, что и поддерживает устройство.

Совместимость Power Delivery с Quick Charge 2.0 и 3.0

Как я писал выше, официально ее нет, но на практике возможны различные варианты: так, есть смартфоны, типа того же Nexus 5x или 6p, которые поддерживают и PD, и QC — они в обоих случаях будут заряжаться быстро. Второй вариант — зарядное устройство и гаджет «не поймут» друг друга, и будет идти стандартная медленная зарядка с 1 А и 5 В, или же зарядка вовсе идти не будет. Но может быть и самый худший вариант: на устройство без поддержки PD подастся 3 А и 5 В (стандарт USB-C 1.2) из-за «неправильного» кабеля с резистором на 10 кОм, и тут уже ситуация будет непредсказуемой: стандарт QC с такими токами не работает, то есть смартфон может банально сгореть, а может просто откажется заряжаться. Поэтому если ваше устройство поддерживает QC 2.0 или 3.0 — очень тщательно выбирайте и кабель, и зарядное устройство.

В заключительной части статьи мы поговорим про быстрые зарядки от других производителей типа Apple, Huawei, Mediatek и прочих.

Источник

Когда используется Power Delivery, и что происходит при установлении соединения между блоком питания и устройством

В прошлый раз я рассказывал про минимальный набор компонентов, который может быть включён в устройство для поддержки базовых функций USB-C. Но бывают ситуации, когда этих базовых возможностей недостаточно – например, нужно использовать несколько профилей напряжения, чтобы блок питания от одного устройства подходил к другому. Или же есть необходимость подстроить сами профили. Или просто нужна бОльшая мощность питания (в случае с USB-C доступный максимум – 15 Вт). Во всех этих ситуациях на помощь придёт стандарт Power Delivery. Он, например, используется в линейке зарядных устройств Apple – профили с бОльшим напряжением доставляют бОльшую мощность к устройству и позволяют его быстро заряжать. В нашем смарт-экране SberPortal есть узлы, которые требуют значительной мощности питания – прежде всего это высокопроизводительная система на кристалле (SoС) и акустика. Один только звук требует около 30 Вт. Поэтому при разработке устройства пришлось усложнить систему питания и реализовать Power Delivery. Об этом стандарте и пойдёт ниже речь.

Также разберёмся в его особенностях и посмотрим, как со временем изменился способ передачи данных в стандарте. А ещё я расскажу и покажу с помощью анализатора протокола, что происходит при установлении подключения в устройствах, на примере ноутбука с Power Delivery. Затем посмотрим, как мы реализовали PD в нашем смарт-экране SberPortal.

Особенности Power Delivery

Power Delivery расширяет возможности USB-C, позволяет использовать повышенное, по сравнению с привычным USB, напряжение на контактах VBUS – 20 В (и, как мы увидим, даже выше). При использования стандартного кабеля USB-C возможна доставка потребителю до 60 Вт, а при использовании ECMA кабеля – до 100 Вт.

Эти функции достигаются за счёт информационного обмена по линии СС. Кроме поддержки СС-логики, которая определяет роль устройства при установлении соединения, по этой линии происходит обмен сообщениями типа “запрос-ответ” между источником и потребителем.

Важная особенность стандарта – наличие PDO (Power Delivery Objects). PDO представляет собой профиль питания с заданным напряжением и током. Таких профилей в PD-источнике должно быть больше, либо равно 2. Другими словами, в одном адаптере находится несколько источников питания, выбор нужного при этом делается потребителем. Обязательный профиль – 5V/3А. Благодаря этому допустимо подключение устройства-источника, в котором реализован полноценный PD, к потребителю, где выполнена только базовая функциональность USB-C (СС-логика). В таком случае источник установит на своем выходе 5V.

Физический уровень

В первых ревизиях стандарта USB Power Delivery линия питания VBUS использовалась не только по прямому назначению, но и в качестве канала для обмена сообщениями между потребителем и источником энергии.

Пример двоичной частотной манипуляции (BFSK)

Такой вид передачи довольно помехоустойчив, так как помеха искажает в основном амплитуду сигнала, а не частоту. В последней редакции стандарта USB PD 3.0 BFSK больше не используется, и описание этого механизма передачи исключено из спецификации.

В последней на текущий момент ревизии 3.0 USB Power Delivery поддерживается только Biphase Mark Code (BMC). Передача данных происходит по одному из СС-контактов. Информационный обмен идёт в режиме полудуплекс с предотвращением коллизий и с 4b5b-кодированием для баланса постоянного тока.

BMC представляет собой версию манчестерского кодирования. Логический 0 соответствует отсутствию переключения в середине битового интервала, логическая 1 – наличию переключения. На границе интервалов переключение происходит всегда. Частота сигнала составляет 300 kHz ± 10 %.

Пример Biphase Mark Coding (BMC)

Уровень протокола

Уровень протокола формирует сообщения, используемые для передачи информации. Он отвечает за создание запросов, подтверждений, сообщений о возможностях.

Сообщения в зависимости от содержимого можно выделить следующие:

Источник

Что такое QC и PD. В чем разница

Современные технологии заряда мобильных устройств

Зарядные устройства делятся на следующие виды:

Классические зарядные устройства

Зарядные устройства PowerDelivery™

PD является универсальный разъем Type C.

возможность зарядки с большей мощностью, повышенным

20 В- 3 А, поэтому при зарядке устройства могут наблюдаться

кратковременные переподключения зарядки, таким образом

ЗУ повышает напряжение, для ускорения заряда.

происходит через зарядный кабель. Синхронизируется не

только уровень напряжения, а и уровень заряда батареи, для

более длительного срока службы аккумулятора.

15W, 18W, 27W, 30W, 45W, 60W.

Зарядные устройства QuickCharge™

Технологии PD (USB Power Delivery) и QC 3.0 (Quick Charge 3.0)

Зарядное устройство предназначено для зарядки аккумуляторов Ваших телефонов,

приемников и других гаджетов. В зависимости от выходного тока и напряжения время зарядки.

Вашего аккумулятора могут значительно различаться.

Если ваше устройство поддерживает 9В/2А то заряжая от зарядки с максимальным током 1А вы значительно увеличите время зарядки.

Важно. Время зарядки зависит не только от ЗУ, но и от кабеля, который используете.

Часто бывает, что ЗУ выдает 3А, а пропускная способность кабеля всего 0.5А.

Кроме этого на время зарядки играет ЗНАЧИТЕЛЬНУЮ роль наличие Систем быстрой зарядки PD (USB Power Delivery) и QC 3.0 (Quick Charge 3.0)

Эта технология позволяет существенно ускорить время зарядки за счет увеличения силы тока и напряжения

зарядного устройства. Здесь применена новая технология INOV, которая позволяет подобрать оптимальное

напряжение в диапазоне 3,2-20 B с шагом 200 мВ для Вашего устройства.

И главным фактором здесь является не скорость зарядки, а эффективность.

Чтобы не вырабатывался ресурс аккумулятора INOV постепенно понижает мощность тока и напряжения и последние 20%

зарядки занимает больше времени.

Причем, т.к. при избыточном токе его часть преобразуется в тепло,

то эта технология защитит аккумулятор от перегрева и значительно увеличит время его службы.

Источник

Стандарт USB Power Delivery: что нужно знать о популярной системе зарядки мобильных устройств

Содержание

USB Power Delivery уже используется повсеместно в качестве универсального стандарта зарядки смартфонов. В этой статье приводится необходимый минимум технической информации, который нужно знать всем, кто пользуется этим стандартом.

Возможность быстрой подзарядки – всегда очень кстати, когда заряд батареи вашего устройства подходит к концу. Однако при использовании зарядных устройств от сторонних производителей – при огромном разнообразии разъемов и стандартов зарядки (и проприетарных, и лицензируемых) – бывает сложно определить, на какую скорость зарядки можно рассчитывать. Поэтому все гаджеты обычно поставляются в комплекте с фирменными адаптерами, гарантирующими максимально быструю зарядку, но фирменный адаптер из комплекта устройства в нужный момент не всегда оказывается под рукой. Стандарт USB Power Delivery (USB PD) с новейшими спецификациями зарядки от USB Promoters Group призван решить эти проблемы.

USB Power Delivery – это общий универсальный стандарт быстрой зарядки, спецификации которого рассчитаны на любые устройства с USB. USB PD ведет свою историю с 2012 года – с того момента, как был представлен порт USB-C. Да, USB PD используется уже давно. Технология Power Delivery пришла на смену более старой технологии зарядки USB Battery Charging (USB BC), которая была разработана в целях повышения мощности зарядки относительно базовых спецификаций порта USB. Таким образом, USB Power Delivery – это уже третья версия технологии зарядки устройств через USB-порты, которая отличается большей гибкостью профиля мощности зарядки (за счет расширения диапазона опций напряжения), что позволяет обеспечить оптимальную скорость зарядки конкретного устройства.

Мы предлагаем вашему вниманию основные технические сведения о стандарте USB Power Delivery, которые нужно знать, чтобы пользоваться USB-зарядкой гаджетов более грамотно.

USB Power Delivery: краткий ликбез

Современные порты USB-C – это сами по себе сложные устройства, поддерживающие несколько уровней мощности зарядки. Нужный уровень мощности – это как раз то, что обеспечивают фирменные зарядные устройства, идущие в комплекте с гаджетами.

Во-первых, все порты USB поддерживают самый базовый (минимальный) уровень мощности зарядки – на напряжении 5 В током до 500 мА; более продвинутые современные порты поддерживают опцию 5 В, 900 мА. Эти уровни базируются на исходных спецификациях USB и обеспечивают зарядку – очень медленную для любого устройства, за исключением самых маломощных. Порты USB-C могут поддерживать зарядный ток 1.5 и 3 A на напряжении 5 В, обеспечивая мощность до 15 Вт – устройство будет заряжаться быстрее, но все равно довольно медленно по сравнению с той скоростью, которую предлагают другие стандарты быстрой зарядки.

Зарядка USB Power Delivery – намного мощнее: поддерживается мощность до 100 Вт, что позволяет заряжать самые требовательные устройства, включая ноутбуки. К тому же эта технология безопаснее, поскольку заряжаемое и заряжающее устройство взаимодействуют друг с другом через USB-кабель, который гарантирует оптимальную для данного гаджета мощность зарядки. Подтверждение установления связи между устройствами подразумевает также настройку напряжения зарядки на наиболее подходящий уровень – 5, 9, 15 или 20 В – что позволяет получить на выходе мощность в диапазоне от 0.5 до 100 Вт. Новый стандарт программируемой подачи питания USB Power Delivery Programmable Power Supply (USB PD PPS) позволяет, кроме того, регулировать в процессе зарядки сами уровни зарядного напряжения, обеспечивая максимально эффективную оптимизацию режима зарядки. Если два устройства отказываются устанавливать связь при подходящем уровне мощности, USB Power Delivery по умолчанию переходит к «ближайшей» опции режима зарядки, поддерживаемой релевантным USB-протоколом, например, USB-C 1.5 A.

В таблице ниже приведены спецификации (номинальное напряжение и максимальный ток) режимов USB-зарядки в порядке понижения уровня технологии

USB Power Delivery в настоящее время широко используется для быстрой зарядки смартфонов, ноутбуков и других гаджетов, в числе которых – мобильные телефоны Google Pixel, смартфоны Samsung Galaxy S и телефоны и ноутбуки Apple (iPhone и MacBook). Этот стандарт зарядки также поддерживает множество смартфонов других марок, часто – в дополнение к более быстрому проприетарному стандарту фирмы-производителя.

Сравнение версий USB Power Delivery

На текущий момент стандарт USB Power Delivery насчитывает три версии, которые рассчитаны на устройства, несколько отличающиеся по своим возможностям. Хотя современные версии стандарта обладают обратной совместимостью по отношению к старшим моделям, которые могут выступать и в качестве заряжаемых, и в качестве заряжающих устройств.

Технология первого поколения USB PD 1.0 по сравнению с современной версией выглядит уже немного примитивной. Она просто предлагает шесть фиксированных профилей мощности для различных категорий устройств. Поддерживаются следующие опции: 10 Вт (5 В, 2 A), 18 Вт (12 В, 1.5 A), 36 Вт (12 В, 3 A), 60 Вт (12 В, 5 A), 60 Вт (20 В, 3 A) и 100 Вт (20 В, 5 A). Это хорошо, но не позволяет точно подстроиться под ряд устройств, в числе которых – смартфоны с небольшой емкостью батареи, предпочитающие зарядку на меньшем напряжении.

В более современных версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0 вместо этих фиксированных профилей применяются более гибкие: опции напряжения зарядки остаются фиксированными, зато согласуемый с заряжаемым устройством зарядный ток может варьироваться в достаточно широких пределах. В результате мы получаем гораздо более гибкий стандарт, который лучше подходит для широкого диапазона устройств. Версия USB Power Delivery 3.0 также расширяет коммуникационный протокол, который теперь поддерживает такие фишки, как передача информации о батарее устройства-приемника зарядной мощности устройству-источнику, усиленная защита данных и возможность быстрой смены функциональных «ролей» приемника и источника зарядки (Fast Role Swapping).

Большинство современных смартфонов поддерживает спецификации USB Power Delivery 2.0 и 3.0 (в том или ином виде). Типовая мощность зарядки смартфонов – 18 Вт, ноутбуков – 60 Вт. Некоторые смартфоны, использующие USB PD в качестве основной технологии быстрой зарядки, могут заряжаться немного быстрее (с большей мощностью).

Технология USB Power Delivery Programmable Power Supply

Несмотря на усовершенствование стандарта в версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0, они все-таки не полностью удовлетворяют требованиям к гибкости конфигураций зарядной мощности, которая обеспечивала бы еще более быструю зарядку устройств. Скорость зарядки батареи – это величина, чувствительная к значениям зарядного напряжения, что, в свою очередь, обусловлено наличием оптимума у зарядного тока, на который рассчитана данная батарея. Стандартный набор опций напряжения – 5, 9, 15 и 20 В – не всегда обеспечивает оптимальный режим для максимально быстрой зарядки.

Версия USB Power Delivery 3.0, вышедшая в 2018 году, включает в себя, помимо прочего, протокол программируемой подачи питания Programmable Power Supply (USB PD PPS). USB PD PPS обеспечивает намного более гибкие режимы зарядки – благодаря возможности настройки дискретных уровней зарядного напряжения с очень маленьким шагом (20 мВ). Это – в сочетании с двусторонней коммуникацией между заряжаемым и заряжающим устройствами и применением специальных алгоритмов управления зарядным напряжением – позволяет установить оптимальное согласованное динамическое зарядное напряжение, которое даже можно изменять в ходе зарядки. Поэтому USB PD PPS для быстрой зарядки подходит намного лучше, чем обычный протокол USB PD.

Протокол USB PD PPS, как более новая часть стандарта, в 2021 году поддерживается только небольшой группой гаджетов и зарядных устройств. Эта поддержка постепенно расширяется, особенно в сегменте зарядных устройств, но пока новейшие спецификации вводят пользователей в некоторое замешательство. Например, устройства серии Samsung Galaxy S21 могут заряжаться максимально быстро (в своем режиме полной мощности зарядки 25 Вт) только от зарядных устройств USB PD PPS. А во всех остальных случаях, когда используются обычные зарядные устройства USB PD, пользователям приходится довольствоваться менее быстрой зарядкой с мощностью 18 Вт.

Насколько быстро работает USB Power Delivery?

С учетом большой вариативности, с одной стороны, профилей мощности зарядки USB PD, а с другой – емкостей батарей заряжаемых устройств, назвать какую-то общую цифру, характеризующую скорость зарядки по данному стандарту, невозможно. Тем не менее, по статистике, телефоны с большой емкостью батареи, используя опцию USB Power Delivery 18 Вт, обычно полностью заряжаются чуть более чем за час. На зарядку больших ноутбуков, использующих опцию 60 Вт, в среднем уходит от одного до двух часов.

В отличие от ноутбуков, смартфоны предпочитают заряжаться не на самых высоких напряжениях. Как правило, быстрая зарядка батарей смартфонов осуществляется высоким током на напряжении 5 или 9 В. Например, технология зарядки OnePlus 65 Вт работает с напряжением 10 В и током 6.5 A, технология Huawei 40 Вт – с близкими значениями 10 В и 4 A. Оба эти примера представляют проприетарные технологии зарядки.

Ближайшая опция напряжения USB PD – 9 В, которая (см. таблицу выше) при максимальном для нее токе дает мощность зарядки 27 Вт, что очевидно будет много медленнее. Большинство смартфонов с USB Power Delivery фактически не используют максимальный ток зарядки 3 A, со своей стороны ограничивая мощность зарядки до 18-20 Вт. Именно поэтому быстрейшая зарядка смартфонов по-прежнему базируется на проприетарных технологиях.

С точки зрения универсальной опции для быстрой зарядки USB PD PPS выглядит более перспективным. Samsung Galaxy S21 заряжается с мощностью 25 Вт, используя напряжение PPS 9.5 В. Кроме того, Samsung реализует более мощный режим зарядки USB PD PPS 45 Вт в серии Galaxy Note 10 Plus, то есть технически этот стандарт можно использовать для быстрой зарядки. Однако Samsung, по-видимому, пока не собирается продолжать внедрение столь мощной зарядки в своих устройствах, возможно, потому, что быстрая зарядка представляет собой слишком сильную нагрузку для типовой батареи телефона.

Хотя проприетарные технологии в части увеличения скорости зарядки идут еще дальше: для зарядки своих смартфонов Oppo уже предлагает мощность 100 Вт, Xiaomi – 120 Вт. В рамках текущих спецификаций USB PD и PPS вряд ли будут конкурировать с такими скоростями, однако здесь уже начинают играть роль соображения оптимального соотношения скорости зарядки и энергопотребления. Мощности 40 Вт вполне достаточно, чтобы смартфон зарядился очень быстро.

Удобство использования и экологичность

Хотя скорость зарядки – важная составляющая стандарта USB Power Delivery, и в особенности PPS, это не главная цель, с которой он разрабатывался. USB PD разрабатывался прежде всего как простой стандарт для зарядки самых разнообразных устройств с USB, который позволяет обойтись без проприетарных портов, коннекторов и вилок.

Во-первых, это существенно упрощает задачу в тех случаях, когда пользователю надо просто зарядить свой гаджет, воткнув его куда-нибудь. Еще один положительный момент – производителям гаджетов не нужно будет выпускать новое зарядное устройство для каждой новой модели. Выбрасывание старых зарядных устройств и кабелей уже представляет собой большую проблему, не только с точки зрения засорения окружающей среды, но и с точки зрения безвозвратной потери драгоценных металлов и других ограниченных ресурсов. Это серьезные основания для того, чтобы всем – и пользователям, и производителям мобильных устройств – перейти на унифицированную стандартную технологию зарядки гаджетов, примером которой может служить USB Power Delivery.

Фирменные смартфоны без традиционных адаптеров в комплекте на сегодняшний день могут выглядеть спорным решением. Поскольку не у всех пользователей есть совместимое зарядное устройство USB PD PPS. Но в перспективе мы, возможно, и не заметим отсутствия проприетарного зарядного устройства в комплекте нового гаджета, потому что все наши гаджеты будут быстро заряжаться от универсального зарядного устройства, которое будет у каждого пользователя. В любом случае – это интересно.

Источник

100 ватт по USB или как работает Power Delivery

Почитав вот этот пост и сопутствующую ему дискуссию, я решил попробовать внести ясность в то, что такое USB Power Delivery и как это работает на самом деле. К сожалению у меня сложилось впечатление, что большинство участников дискуссии воспринимают 100 ватт по USB слишком буквально, и не до конца понимают что за этим стоит на уровне схематики и протоколов.

Итак, кратко – основные пункты:

О кобелях Про кабели

USB Power Delivery работает с шестью типами коннекторов:

Про порты

После сертификации USB PD порты маркируются следующим образом:

Данное лого информирует о версии USB (2.0 или 3.0 SuperSpeed), а также о профилях электропитания которые поддерживает данный порт. Значение ”I” означает потребляемый профиль, необходимый для полноценного функционирования устройства, а значение «О» то какой профиль порт может предоставить. Примеры маркировки портов:

Физический канал

USB PD определяет принципиальную схему физической организации соединения посредством кабеля следующим образом:

Как видно из схемы, USB PD также требует чтобы и в источнике и в приемнике были реализованы схемы определения падения/скачка напряжения, а так же методы определения разряженной батареи для случаев когда одна из сторон не может запитаться от своего внутреннего источника.

В качестве алгоритмов для определения разряженной батареи предлагаются следующее. Если одна из сторон выставляет сопротивление в 1кОм между экраном и землей, это свидетельствует о том что ее батарея разряжена. В такой ситуации другая сторона берет на себя роль источника и начинает отдавать минимальные 5В, чтобы дать через VBus питание противной стороне и начать обмен сообщениями по протоколу USB PD.

Как уже упоминалось ранее, для обмена сообщениями USB PD протокол использует линию VBus. Ниже приведена блок-схема, определяющая ключевые функциональные элементы передатчика:

И соответственно такая же блок-схема для приемника:

Сериализированная кодировка 4b5b и декодировка 5b4b подразумевает что все данные по шине, кроме преамбулы пакета, передаются пятибитными последовательностями в соответствии c таблицей кодировки, определяемой стандартом. Каждая такая последовательность кодирует либо одну из 16 цифр (0x00..0x0F), либо сигналы начала / синхронизации / сброса и конца пакета. Таким образом передача одного байта занимает 10 бит, 16-битного слова – 20 бит и 32-битного двойного слова – 40 бит и т.д.

Логический канал

USB PD протокол основывается на последовательных парах типа запрос-ответ. Запросы и ответы пересылаются с использованием пакетов. Пакеты состоят из преамбулы (фаза подготовки к передаче), начала пакета SOP (три сигнала Sync-1 и завершающий Sync-2 в кодировке 4b5b), заголовок, 0..N байт полезной нагрузки, контрольной суммы (CRC-32) и сигнала конца пакета (одиночный сигнал EOP):

Как было упомянуто выше, преамбула не кодируется в 4b5b. SOP, CRC и EOP кодируются 4b5b на физическом уровне, заголовок и полезная нагрузка кодируются на уровне логического протокола.
Сброс шины производится путем посылки трех сигналов RST1 и завершающего сигнала RST2, в соответствии с кодировкой 4b5b.

Протокол

Все USB PD сообщения состоят из заголовка и порции данных произвольной длины. Сообщения либо генерируются на уровне логического протокола и затем пересылаются на физический уровень, либо принимаются на физическом уровне и затем пересылаются на уровень логического протокола.

Заголовок сообщения имеет фиксированную длину 16 бит и состоит из следующих полей:

Сообщения бывают двух видов – управляющие (control) и информационные (data).

Управляющие сообщения

Контрольные сообщения состоят только из заголовка и CRC. Количество объектов данных для таких сообщений всегда устанавливается в 0. Типы управляющих сообщений USB PD представлены в таблице ниже:

Отдельно следует упомянуть что поля вида tSourceActivity, tSinkRequest и т.д. — это константы, значения которых глобально заданы самой спецификацией в отдельной главе. Сделано это потому что они определялись опытным путем в результате прототипирования, и найденные оптимальные значения просто подставили в отдельную главу, чтобы не рыскать по всей спецификации.

Информационные сообщения

Данный вид сообщений предназначен для получения детальной информации об источнике или приемнике, а также для передачи запрашиваемых характеристик электропитания – сила тока, напряжение и т.д. Информационные сообщения всегда содержат ненулевое значение в поле ”Number of Data Objects”.

Спецификация определяет четыре вида информационных сообщений:

Сообщение о характеристиках

Порт источника всегда обязан сообщать свои характеристики приемнику путем передачи серии 32-битных объектов PDO. Информация переданная посредством этих объектов используется для определения возможностей источника, в том числе включая возможность работать в режиме приемника.
Сообщения о характеристиках представляются в виде одного или нескольких объектов следующих за заголовком:

PDO соответствующий элементу с постоянным типом электропитания 5V всегда должен идти первым в цепочке объектов.

Структура объекта PDO:

Для каждого типа электропитания предлагаются различные характеристики.

Постоянный тип электропитания, напряжение постоянное. Источник должен иметь хотя бы один такой элемент:

Программируемый тип электропитания, напряжение может регулироваться путем запросов в пределах между минимальным и максимальным:

Вариативный тип электропитания, напряжение может изменяться в заданных пределах абсолютного минимума и абсолютного максимума, но не может регулироваться:

Батарея, данный тип используется для обозначения батарей которые могут быть напрямую подключены к линии VBus:

Сообщение о запросе

Сообщения о запросах передаются приемником к источнику для передачи своих требований в фазе установления соглашения по электропитанию. Данное сообщение посылается в ответ на сообщение о характеристиках и должно содержать один и только один объект запроса данных – RDO, который описывает информацию о требуемых характеристиках электропитания для приемника.

Данный запрос имеет два типа, в зависимости от адресуемого типа элемента электропитания, переданного в сообщении о характеристиках источника. Для запросов к элементу электропитания постоянного или вариативного типа, либо батареи поля ”Operating Current / Power” и ”Total Current / Prog Voltage” интерпретируются одним путем, а для запросов к элементу программируемого типа – другим путем, так как в этом случае запрашивается и напряжение, и сила тока.

Структура объекта RDO:

На мой взгляд данной информации достаточно, чтобы получить хорошее представление о принципах работы USB Power Delivery. Я сознательно не стал углубляться в дебри, связанные с таймерами, счетчиками и обработкой ошибок.

Взаимодействие с традиционным USB

Как уже было упомянуто выше, Power Delivery – это самостоятельная подсистема, которая функционирует параллельно и независимо от канонического USB. Тем не менее, в случаях когда устройства реализуют оба протокола – и USB и Power Delivery, спецификация рекомендует реализацию т.н. System Policy Manager или SPM, компонента который может контролировать оборудование USB PD посредством традиционных запросов USB.

Для систем с поддержкой SPM, спецификация рекомендует предоставить PD информацию посредством специальных типов USB дескрипторов. Не считаю нужным в них детально углубляться, просто перечислю их названия:

Заключение

Надеюсь что данным постом я подогрел интерес публики к USB Power Delivery. Скромно замечу, что автор имеет непосредственное отношение к данной спецификации, поэтому готов ответить на любые вопросы по Power Delivery в частности и USB в общем.

Источник

Что нового предлагает нам стандарт USB Power Delivery 3.0

Новая версия спецификаций USB PD задает дополнительные требования к режимам тестирования опций управления питанием.

С момента своего появления в 1996 г. протокол Universal Serial Bus (USB) многократно пересматривался – его история насчитывает уже три поколения стандартов, и в конце этого года должен выйти стандарт USB 4.0. При этом организация USB Implementer’s Forum (USB-IF), в компетенции которой входит пересмотр стандартов USB, параллельно занимается развитием и внедрением технологий USB-интерфейсов и технологии подачи питания через USB-шину USB Power Delivery (USB PD).

Интерфейс USB Type-C появился в 2014 г. и подарил нам миниатюрный изящный разъем с симметричными коннекторами, исключающими подключение кабеля «не той стороной». Кроме того, порт USB Type-C обеспечивает более высокую скорость передачи данных и более высокие значения напряжения/тока для зарядки устройств. Вместе со стандартом USB 3.1 вышел и соответствующий стандарт USB PD 2.0. В настоящий момент спецификациям USB 3.2 соответствуют спецификации PD 3.0. Давайте посмотрим, какие основные изменения отличают текущую версию PD 3.0 от PD 2.0, и какие тесты входят в программы и методики испытаний устройств на соответствие стандарту PD.

Спецификации USB PD регламентируют передачу энергии через шину USB, в том числе для быстрой зарядки подключенных к порту USB устройств. Они обеспечивают согласование источника и приемника энергии, при котором определяется количество энергии, поступающее от источника к приемнику. Настраиваемый диапазон напряжений зарядки Power Delivery – от 5 до 20 В. Используя стандартный кабель USB-C, можно получить до 60 Вт, а кабель USB Type-C с полным оснащением (в соответствии со стандартом ECMA) позволяет довести мощность до 100 Вт.

Еще один интересный аспект Power Delivery – энергия по зарядному кабелю может передаваться в обоих направлениях: например, если вы соединили кабелем USB-C два смартфона с поддержкой Power Delivery, то как первый смартфон может заряжаться от второго, так и второй от первого.

Протокол PPS (Programmable Power Supply) требует, чтобы принимающее устройство с поддержкой PPS при согласовании напряжения зарядки с источником могло последовательно запрашивать выходное напряжение источника с шагом 20 мВ (начиная с меньших значений). Кроме того, приемник может аналогично запрашивать у источника максимальный выходной ток с шагом 50 мА. Как минимум каждые 10 секунд приемник должен обращаться к источнику с контрольным запросом по напряжению/ току зарядки. В зависимости от нагрузки, источник работает в режиме постоянного напряжения или в режиме ограничения по току; режим ограничения по току используется только в том случае, когда приемник пытается получить ток, превышающий согласованное значение.

Сравнение версий Power Delivery 3.0 и 2.0

Между спецификациями PD по версии 2.0 и по последней версии 3.0 есть ряд существенных отличий.

Профили подачи питания Power Delivery Profiles (PDP). Начиная со спецификаций PD 1.0, характер энергообеспечения по USB определяли профили USB PD Power Profiles.

Пример от USB-IF. Слева – зарядное устройство с гарантированной мощностью зарядки (Assured-Capacity Charger) общей мощностью 60 Вт с сертификатом USB Charger 30 Вт. Справа – зарядное устройство с распределенной мощностью зарядки (Shared-Capacity Charger) общей мощностью 60 Вт с сертификатом USB Charger 27 Вт.

Профили PDP – это модернизированные профили Power Profiles, которые теперь показывают пользователю энергию зарядки, выраженную в ваттах (Вт); большее значение соответствует большей мощности. PDP – это наибольшее номинальное напряжение, умноженное на номинальный ток; номинальные значения напряжения и тока указаны в Power Delivery Objects (PDO).

Мировой стандарт USB-зарядки. Уже несколько лет USB-IF ведет работу по унификации и стандартизации всего, что связано с зарядкой устройств через USB. Международная электротехническая комиссия (International Electro-Technical Commission, IEC) уже давно приняла стандарт USB, а позднее – и стандарты USB Type-C и PD.

Многопортовые зарядные устройства USB PD. Стандарт PD 3.0 распространил профили PDP на многопортовые зарядные устройства. Стандарт выделяет две категории зарядных портов – с гарантированной мощностью зарядки (Assured-Capacity Ports) и с распределенной мощностью зарядки (Shared-Capacity Ports). В первом случае каждый порт обеспечивает свою номинальную мощность зарядки независимо от загруженности остальных портов. Во втором случае каждый порт способен обеспечить свою номинальную мощность зарядки в зависимости от оставшейся доступной мощности, распределяемой между несколькими портами. На зарядном устройстве указывается суммарная доступная мощность и максимальная мощность, которую может обеспечить любой из портов зарядного устройства. Например, если один порт такого устройства может обеспечивать зарядную мощность 30 Вт, то весь набор портов может претендовать на PDP 30 Вт.

Таблица тестов на соответствие стандарту USB Type-C, разработанная в USB-IF, включает в себя большое количество тестов, обязательных для продукции, сертифицируемой по этому стандарту. По существу, всё, кроме кабелей, должно тестироваться на соответствие функционалу USB Type-C по полной программе. Если устройство “поддерживает PD”, оно также должно пройти весь набор тестов на соответствие стандарту PD. Кроме того, предусмотрен ряд тестов на способность устройства взаимодействовать с другими устройствами (USB-C IOP), а также специальный набор тестов для устройств, используемых в качестве источников питания.

Испытательный стенд Voyager M310P подходит для тестирования устройств как по программе для стандарта PD 2.0, так и по программе для стандарта PD 3.0. Он оснащен аутентичными портами USB Type-C и позволяет тестировать как зарядные, так и принимающие устройства.

Протокол PPS. Еще одним результатом усилий USB-IF по созданию международного стандарта использования интерфейса USB Type-C стала концепция PPS, которая выделяет два типа энергообеспечения по USB: питание работающих устройств, подключенных к стационарному источнику, и зарядка батарей устройств для последующей автономной работы. В части питания от стационарного источника спецификации PPS соответствуют версии PD 2.0; модернизация PPS в PD 3.0 направлена на повышение эффективности зарядки батарей.

Для питания работающих устройств ключевое значение имеют характеристики стационарного источника напряжения, стабильный ток и способность шины USB работать с динамической нагрузкой. При зарядке батарей источник должен обеспечивать переменные напряжение и ток, а также учитывать скорость зарядки и температурную нагрузку. Большинство производителей батарей рекомендуют начинать с постоянного тока и постепенно возрастающего напряжения с последующим переходом на постоянное напряжение и постепенно убывающий ток.

Зарядное устройство с заданными параметрами PDO объявляет максимальные значения своих выходных параметров, из которых принимающее устройство выбирает наиболее подходящие. Зарядные устройства, работающие от стационарной электросети, обычно не в состоянии обеспечить быструю зарядку без существенного нагрева. Однако методология PPS подразумевает, что принимающее устройство может само осуществлять “микроуправление” режимом зарядки, периодически запрашивая источник о повышении напряжения с маленьким шагом. В результате зарядка осуществляется быстрее, причем с контролируемым нагревом, что способствует увеличению срока службы батарей. Как только источник доходит до определенного значения напряжения, приемник получает встречный запрос на переход в режим постоянного напряжения.

В PD 3.0 введены новые термины, касающиеся PPS. К зарядному устройству PD можно подключать самые разнообразные устройства, но стандарт PD нацелен на универсальность. Поэтому PPS-подход требует, чтобы принимающие устройства были более «умными», и рассчитывает на то, что принимающее устройство знает, сколько энергии ему нужно. В результате появился новый термин – APDO (Augmented PDO, PDO с приращением) – для обозначения зарядных устройств, предлагающих диапазон напряжений. И максимальное значение тока тоже должно быть определено. Принимающие устройства с поддержкой PPS теперь будут использовать так называемые RDO (Request Data Objects) для согласования параметров зарядки в реальном времени.

По словам USB-IF, к новым фишкам PD 3.0 для док-станций относится USB-хаб с функцией Fast Role Swap (FRS), которая позволяет источнику и приемнику питающего напряжения меняться ролями.

Технология Fast Role Swap (FRS). Эта новая фишка стандарта PD 3.0 разработана специально для USB-хабов и док-станций. Обычно пользователь подключает док-станцию к стенной розетке; таким образом, док-станция является источником питания для ноутбука или любого другого подключенного к ней устройства с поддержкой питания через USB-шину. Если внешнее напряжение пропадает, например, при случайном отключении док-станции от розетки, пользователь рискует потерять все несохраненные данные на USB-устройстве, подключенном в этот момент к док-станции.

На исчезновение напряжения сети переменного тока FRS-хаб отвечает быстрым переключением в режим “смены ролей”. Док-станция реагирует на потерю питающего напряжения, заземляя напряжение V_CC в течение 60-120 мкс, что является сигналом для перехода в режим FRS. Док-станция имеет в своем составе удерживающие конденсаторы, которые способны поддерживать напряжение шины V_bus на уровне 5 В в течение как минимум 150 мкс после того, как V_bus фактически ушло в область значений ниже 5 В. Таким образом, после отключения внешнего напряжения док-станция некоторое время продолжает оставаться источником выходного напряжения V_bus, и за это время происходит переключение в режим Fast Role Swap.

После отключения питающего напряжения принимающее устройство, подключенное к док-станции, должно отслеживать V_CC. Если V_CC снижается в течение 30-60 мкс, оно формирует запрос на переход в режим Fast Role Swap, в котором принимающее устройство становится источником подаваемого на шину напряжения 5 В. Самое главное здесь – то, что функцию FRS поддерживают только порты DRP (Dual-Role Power), которые могут переключаться из режима подачи питания в режим приема и обратно.

Расширенный формат сообщений (Extended Messages). Стандарт PD 3.0 предлагает больший объем пакетов данных для передачи полезной информационной нагрузки – до 260 байт. Изначально размер пакетов был увеличен для обеспечения возможности передачи обновлений прошивки по каналу PD, но потом область их применения была расширена и теперь включает в себя передачу идентификационных данных, информации о батарее и др.

Источник

Всё о быстрых зарядках для смартфонов: какие есть стандарты и чем они отличаются

В характеристиках смартфонов всё чаще указывают быструю зарядку. Производители демонстрируют малоинформативные показатели мощности и обещают моментальное восполнение аккумулятора. Но что скрывается за маркетинговыми обещаниями на самом деле, что действительно можно считать быстрой зарядкой? Давайте разбираться, с чего всё начиналось и к чему привело желание тратить на зарядку смартфонов как можно меньше времени.

Полный список смартфонов, поддерживающих ту или иную технологию быстрой зарядки, доступен в отдельной статье.

Содержание

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 вольтам, а ток варьируется от 0,5 ампера в USB 2.0 до 0,9 ампера 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.

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, актуальный 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 Quick 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.

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 неоптимально 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 Quick Charge стать по-настоящему популярным. Соответствующие адаптеры — не редкость, поэтому многие другие производители сделали ставку на технологии Qualcomm. Так, Samsung Adaptive Fast Charging, появившаяся в Samsung Galaxy S6, опирается на QC 2.0 и совместима с ним. Последующие стандарты быстрой зарядки от Samsung тоже используют наработки Qualcomm. То же 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 в первых версиях и ступенчатая регулировка в последующих редакциях, 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.

Повышенное напряжение 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 то же самое, что и VOOC 2.0, а недавно вышедший 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 Вт, и 45 Вт, и даже большую мощность — 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.

Источник

What is QuickCharge in general? We understand fast charges

Fast charging is now one of the promising areas of development for all manufacturers of gadgets.

We are used to the fact that smartphones, tablets and laptops instantly lose their charge, but we want the gadgets to spend as little as possible at the outlet.

In response to market demands, manufacturers massively equip gadgets with support for fast charging.

It’s time to understand the variety of technologies and methods of fast charging.

How fast charging works in principle

Conventional chargers or a USB port are capable of supplying a voltage of 5V to the device with a current strength of 0.5 to 2.5A. Under such conditions, modern smartphones and tablets charge for a very long time: from several hours or even all night.

Fast charges are characterized by increased current and voltage. In different standards, these values ​​can reach up to 20V and 5A.

In addition, there is feedback from the battery, allowing the adapter to flexibly change the charge parameters.

For fast charging, you need both standard support on the part of the gadget and an appropriate charger. With a mismatch, fast charging simply will not occur, charging the consumer in the usual slow way.

For example, in the Quick Charge technology, the INOV (Intelligent Negotiation for Optimum Voltage) mode is used, which determines the optimal voltage for the charge using the signals from the battery.

A fully discharged battery (or close to such a state) can be safely charged at high voltage, “filling” half of the capacity in record minutes, and closer to the end of charging it is necessary to reduce the voltage so as not to overcharge and not ruin the battery.

That is why all manufacturers of fast charging technology like to boast of the first fast charge cycle, saying that 40-60% will replenish in 30-60 minutes.

Almost everyone equips the manufactured devices with a “unique” standard, tying the buyer to accessories of their own production.

Here are the most common ones.

Quick charge

This is currently the most common Qualcomm fast charge standard. It is supported by most Android smartphones with modern Snapdragon processors.

The first generation was released back in 2013. Since that time, technology has gone through three rounds of evolution.

Charging became faster, and the module was supplemented with an increasing number of new chips, not only to speed up the process, but also to increase security.

Now the output power of some Quick Charge chargers reaches 24W, but most manufacturers limit this indicator to 18W.

So, the fourth generation Quick Charge in 15-20 minutes can charge half the battery capacity of 3000 mAh.

Power Delivery (USB-PD)

A less common standard for fast charging, which is used by Apple in manufactured gadgets.

Initially, fast charging is possible using Apple power adapters with a USB-C port rated at 29, 30, 61 or 87 watts.

In addition, Apple supports third-party accessories with USB Power Delivery (USB-PD) certification.

Fast charge is supported on iPhone 8/8 Plus / X / XR / Xs / Xs Max.

For example, when using a compatible charger, you can recharge iPhone 8 to 50% in 30 minutes.

AFC (Adaptive Fast Charging)

The AFC fast charge standard is widely used in many Samsung models. Technology appeared back in the days of the Galaxy Note 4 and Galaxy S6.

Chargers supporting this standard can operate in two modes: standard 5V at 2A and fast 9V at 1.67A. This charging technology is compatible with Qualcomm’s Quick Charge 2.0.

Samsung gives such statistics: when using Adaptive Fast Charging, a battery with a capacity of 3300 mAh charges up to 60% in 30 minutes, and in the standard way it is possible to charge about 15% during this time.

Pump express

This fast charging technology is being developed by MediaTek. At the moment, the third generation of Pump Express 3.0 is actively used.

During charging, the power supply actively monitors the temperature of the battery and changes the operating mode depending on the change in the indicator.

A prerequisite for this type of fast charging is the presence on board the MediaTek processor and Type-C port.

Turbo power

The standard is developed and maintained by Lenovo, and is currently used in Motorola smartphones. Based on the standard Quick Charge 2.0 with support for backward compatibility. For work, the device requires a Snapdragon processor.

TurboPower developers decided to increase the charge power to 25.8W. The charger is capable of delivering from 5 to 12V depending on the stage of charging.

The battery capacity of 3750 mAh using charging with TurboPower support is able to charge up to 80% in 45 minutes, and it takes only 80 minutes to fully charge.

VOOC Flash Charging / Dash Charge

BBK, a Chinese electronics manufacturer, has developed and implemented its own technology for accelerated battery charging.

It is being implemented in devices under the Oppo brand called VOOC Flash Charging, and on OnePlus devices the same technology is called Dash Charge.

Charging at a normal voltage of 5V produces power up to 25W. So a 3000 mAh battery charges in 30 minutes to 75% if the smartphone and power supply support VOOC Flash Charging.

OnePlus devices have a limitation on the charging power of 20W and the need to use an original cable for charging.

At the same time, Dash Charge charges a 3000 mAh battery in 30 minutes to 63%.

Super charge

The standard was developed by Huawei. Such charging began to be used in the flagship line starting with the Huawei Mate 9 model.

At a voltage of 5V, charging at peak times can produce power up to 22.5W.

With Super Charge technology, the 4000 mAh battery charges up to 57% in 30 minutes.

Super mCharge

A development with this name was demonstrated last year by Meizu.

The most powerful of all 11V mobile chargers can deliver up to 55W of power. This is comparable to the power supply on some modern laptops.

This charging method imposes a severe restriction on the cable used. Only a special cord with a smart module and additional protection can power the device as quickly as possible.

The creators of the technology claim a full charge of a 3000 mAh battery in 20 minutes.

The results. It’s complicated and it’s stupid

Сonclusions

As you can see, it does not smell like a single standard in the world of fast charges. It is more profitable for developers to use their best practices or a strictly defined standard to tie users to original accessories.

This is a comparison table of existing standards for fast charging gadgets:

Источник

Я выбирал быструю зарядку для смартфона и наконец-то понял, какая нужна

С каждым годом смартфоны увеличиваются в размерах. Растет их производительность, а это неизбежно приводит к увеличению объема встроенных аккумуляторов.

Чтобы на их подпитку не уходила целая вечность, компании разрабатывают и используют почти десяток способов ускорения процесса заряда.

Я решил разобраться во всех существующих стандартах быстрой зарядки, и вот, что получилось.

1. Для iPhone подходит только Power Delivery

В гаджетах Apple хоть и используется довольно распространенный стандарт быстрой зарядки, однако, данный протокол не является самым популярным в мире.

Поддержка Power Delivery (USB-PD) появилась начиная с iPhone 8 и iPhone X, выпущенных осенью 2017 года.

Радует, что в коробке с прошлогодними флагманами iPhone 11 Pro/11 Pro Max уже есть 18-ваттная зарядка с поддержкой быстрой зарядки.

Владельцам других моделей рекомендуем приобретать адаптеры Apple с портом Type-C и кабель для подключения Type-C на Lightning. В теории подойдут любые блоки питания Power Delivery (PD) мощностью от 18 до 100 Вт.

⚡ Купертиновцы заявляют, что iPhone при использовании 18-ваттного блока питания может пополнить 50% заряда примерно за 30-35 минут.

2. Для большинства Android-смартфонов подойдет Quick Charge

Самый распространенный среди смартфонов стандарт быстрой зарядки Quick Charge разработан компанией Qualcomm. Изначально он работал только на устройствах с процессором Snapdragon, а сейчас список поддерживаемых гаджетов стал шире.

На данный момент существует уже пять поколений быстрой зарядки по данному протоколу. Радует наличие полной совместимости между всеми видами Quick Charge. Зарядное устройство и смартфон самостоятельно согласовывают версию протокола и будут производить заряд на максимальном поддерживаемом уровне.

Большинство производителей ограничивают мощность зарядных устройств с поддержкой Quick Charge на уровне 18Вт, некоторые компании выпускают модели мощностью от 24Вт до 30Вт.

⚡ Смартфон с поддержкой последнего поколения Quick Charge 4.0+ при использовании аналогичного блока питания сможет зарядить 50% емкости (при полном объеме батареи примерно 3000 мАч) примерно за 15-20 минут.

3. У Samsung свой стандарт Adaptive Fast Charging, но он устарел

Компания Samsung не осталась в стороне и разработала собственный стандарт AFC, что не мешает большинству смартфонов компании отлично заряжаться по протоколу Quick Charge.

Главная фишка такой зарядки в том, что адаптер может подпитывать аккумулятор быстро в режиме 9В при 1.6А примерно до 80% емкости, а затем переходить на привычные 5В – 2А для окончательной зарядки.

Технология уже достаточно устарела, ведь дебютировала она еще в моделях Galaxy Note 4 в 2014 году и имела совместимость с Quick Charge 2.0.

Все смартфоны Samsung последних лет, поддерживающие более новые стандарты Quick Charge, быстрее заряжать именно самым распространенным способом, а не по фирменному протоколу AFC.

⚡ На данный момент Adaptive Fast Charging позволяет пополнить 60% емкости батареи (общая емкость которой составляет 3300 мАч) примерно за 30 минут.

4. Lenovo и Motorola поддерживают TurboPower

Во времена, когда в Samsung озаботились созданием AFC, компания Lenovo начала разработку протокола TurboPower. Стандарт тоже основывался на Quick Charge 2.0 и имел с ним обратную совместимость.

Разработчики решили еще больше увеличить напряжение на выходе блока питания, а его мощность подняли до 25,8Вт. Безопасно это возможно делать лишь во время основной фазы заряда аккумулятора. Появились и маркетинговые слоганы, в которых обещали 13 часов работы после 15 минут заряда по технологии TurboPower.

Система TurboPower выглядела перспективно в смартфонах Lenovo и Motorola 2016-2017 годов. Позже технологию перестали развивать, а Quick Charge последних ревизий намного интересней.

⚡ На практике за 15 минут получилось “заправить” аккумулятор емкостью 3750 мАч примерно на 45%, а на полный заряд батареи ушло около 80 минут.

5. Для смартфонов на процессорах MediaTek существует универсальный Pump Express

Технология разработана компанией MediaTek и поддерживается практически всеми смартфонами, работающими на данных чипах. Обязательным условием является наличие порта Type-C на девайсе.

Самое актуальное поколение протокола Pump Express 4.0 предполагает использование зарядок мощностью 25-30Вт. Напряжение может меняться в пределах от 3В до 6В, в зависимости от температуры аккумулятора, а сила тока не превышает 5А.

Данная технология предполагает заряд в обход контроллера батареи смартфона. Следить за температурой и состоянием аккумулятора должен сам блок питания, что делает его дороже аналогов с поддержкой других стандартов.

⚡ По факту аккумулятор емкостью 2500 мАч заряжается от 0 до 100% всего за час.

6. Братья близнецы VOOC Flash Charging и Dash Charge применяются в Oppo и OnePlus

Стандарт быстрой зарядки, который разработала компания BBK, применяется в смартфонах Oppo и OnePlus. У первых быстрая зарядка называется VOOC Flash Charging, а у вторых – Dash Charge.

Питание осуществляется при помощи блока мощностью 25Вт с выходным напряжением 5В. В устройствах OnePlus мощность зарядки специально ограничивают на уровне 20Вт.

В обоих случаях для получения эффекта придется пользоваться не только оригинальной зарядкой, но и специальным комплектным кабелем.

⚡ Смартфоны Oppo с поддержкой технологии могут заряжаться за 30 минут на 75% (при емкости батареи 3000 мАч), а гаджеты OnePlus за это же время при аналогичной емкости зарядятся примерно на 63-65%.

7. У Huawei эксклюзивная быстрая зарядка SuperCharge

Китайский производитель электроники еще до торговых войн и разногласий с другими странами начал разрабатывать свой протокол быстрой зарядки. Как и многие другие, он основан на Quick Charge 2.0 и имеет обратную совместимость с этим стандартом.

SuperCharge поддерживается всеми смартфонами компании последние несколько лет. Заряд при этом происходит от блока питания мощностью 25Вт, напряжение не поднимается выше 5В, а сила тока меняется от 4.5 до 5А.

Технология SuperCharge работает только с фирменными адаптерами питания или внешними батареями от Huawei, сертификация сторонних производителей для производства совместимых аксессуаров не производится.

⚡ Рекордными показателями зарядки по данной технологии считается подпитка аккумулятора на 4200 мАч от 0 до 100% за 1 час и 10 минут.

8. Самая мощная зарядка Super mCharge подойдет только Meizu

Компания Meizu относительно поздно вышла на рынок быстрых зарядок, но это не помешало ее разработчикам создать достаточно мощное и привлекательное решение.

По протоколу mCharge смартфоны Meizu могут заряжаться от одного из самых мощных адаптеров на рынке. Блок питания на 55Вт (не все ноутбуки таким комплектуются) выдает напряжение 11В.

Особое требование предъявляется к зарядному кабелю. Он должен быть оснащен специальным чипом для контроля питания и защитой от перегрева. Пока подобные аксессуары производят только в Meizu и продают исключительно в комплекте со смартфонами.

⚡ В идеальных лабораторных тестах удалось получить полную зарядку аккумулятора 3000 мАч за 20 минут с применением технологии mCharge.

Какую быструю зарядку выбрать

При таком количестве производителей и технологий непросто сходу выбрать правильный блок питания. Только на самом деле вариантов не очень много:

? Для смартфонов Apple подходит только блоки питания с поддержкой Power Delivery. Можно выбрать любой оригинальный адаптер Apple с портом Type-C. Либо следует искать поддержку USB-PD в спецификациях зарядок сторонних производителей.

В любом случае придется докупать кабель Type-С на Lightning.

В Apple не стали разрабатывать свой стандарт быстрой зарядки, а вместо этого выбрали технологию от USB Implementers Forum. В последние годы перспективность Power Delivery поняли в Google – смартфоны Pixel тоже получили поддержку этой спецификации.

? Обладателям устройств Motorola и Lenovo с поддержкой TurboPower, гаджетов OPPO и OnePlus с зарядками VOOC Flash Charging/Dash Charge, устройств Huawei и Meizu с поддержкой SuperCharge и Super mCharge соответственно, выбирать не приходится.

Подобрать новую зарядку можно лишь вместе с новым устройством. К счастью, большинство технологий основаны на стандарте Quick Charge 2.0 и полностью совместимы с ним. Хоть протокол уже серьезно устарел, но он лучше и быстрее обычно зарядки 5В на 1А.

Приобретайте любой гаджет с пометкой Quick Charge, но помните, что добиться от них такой же скорости заряда, как от оригинального блока питания, не получится.

? Гораздо проще обладателям смартфонов на процессоре MediaTek. Здесь кроме комплектной зарядки для быстрой подпитки смартфонов подойдет любой блок питания с поддержкой Power Delivery (как у айфонов), способный выдавать от 3 до 6В при 5А.

При этом компания MediaTek не производит сертификацию сторонних разработчиков для производства блоков питания с поддержкой Pump Express.

? Всем остальным нужно ориентироваться лишь на поддержку гаджетом технологии Quick Charge. Выбираем блок питания соответствующего поколения (или выше) и пользуемся.

Вот так обстоят дела с быстрыми зарядками. Как видите, разновидностей и стандартов здесь предостаточно. Жаль, но такими темпами с трудом верится, что производители хоть когда-нибудь смогут прийти к одному общему варианту.

Источник