كيف سريع الشحن يعمل حقا - كل ما تحتاج إلى معرفته - التقنيات

فيديو: سر لايعرفة احد عن كابل USB وصلة الشحن لشحن السريع فى اقل من ساعة في هواتف ذكية

المحتوى

وأوضح معايير الشحن السريع
توصيل الطاقة USB
كوالكوم سريع المسؤول
معايير أخرى
كيفية شحن بطارية ليثيوم أيون بسرعة
شحن سريع في الجهد العالي؟
لماذا استخدام الفولتية العالية؟
يتم إحتوائه
ذات صلة

الشحن السريع أمر لا غنى عنه في هواتف اليوم. إنها تحافظ على البطاريات لدينا تصعد خلال الأيام المزدحمة. ومع ذلك ، هناك مجموعة متنوعة من المعايير المختلفة من شركات مختلفة. يعمل البعض فقط مع كابلات وأجهزة شحن محددة ، بينما يستخدم البعض الآخر الفولتية العالية. يمكن أن يكون الأمر محيرًا بعض الشيء ، لذلك نحن هنا لفهم الأمر.

باختصار ، يزيد الشحن السريع من التيار المرسل إلى البطارية لسد قدرتها بشكل أسرع. لا ترسل مواصفات USB الأساسية سوى 0.5 أمبير (A) من التيار باستخدام 5 فولت (V) مقابل 2.5 واط فقط (W). تقنيات الشحن السريع تعزز هذه الأرقام. ينتج SuperCharge من 10V / 4A من Huawei 40 واط ، بينما ينتج Samsung Adaptive Fast Charging السريع 15 واط من العصير. بعض الشركات الصينية تفتخر حتى تقنيات الشحن التي يمكن أن تصل إلى 100W. تشترك جميع خدمات الشحن السريع في موضوع مشترك - المزيد من الطاقة.

هذه مجرد نظرة عامة أساسية. كيف شحن البطارية في الواقع هو أكثر تعقيدا. قبل أن نصل إلى ذلك ، دعونا ننظر إلى الاختلافات بين جميع معايير الشحن السريع هذه بمزيد من التفصيل.

وأوضح معايير الشحن السريع

توصيل الطاقة USB

USB Power Delivery (USB-PD) هو مواصفات الشحن السريع الرسمية التي نشرها USB-IF مرة أخرى في عام 2012. يمكن استخدام المعيار من قبل أي جهاز مع منفذ USB ، شريطة أن يتضمن مصنعها الدوائر والبرامج الضرورية. تمامًا مثل جميع معايير الشحن السريع ، يقوم USB-PD بتنفيذ بروتوكول بيانات للتواصل بين الشاحن والهاتف. هذا يتفاوض على الحد الأقصى المسموح به لتوصيل الطاقة لكل من الشاحن والهاتف.

يعمل توصيل الطاقة عبر USB على زيادة سرعات شحن USB الأساسية لما يصل إلى 100 واط من طاقة الخرج. يتم تقسيم مقدار الطاقة المتاحة إلى تصنيفات طاقة مختلفة ، والتي تعمل على فولتات مختلفة. تعد أوضاع 7.5W + و 15W + هي الأفضل للهواتف ، بينما 27W أو أعلى مخصصة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وغيرها من الأجهزة عالية الطاقة. كما يدعم المعيار الطاقة ثنائية الاتجاه ، مما يتيح لهاتفك شحن الأجهزة الطرفية الأخرى.

تستخدم سلسلة Pixel من Google المواصفات الرسمية لتوصيل الطاقة ، ويتم دعم التكنولوجيا في الغالبية العظمى من الهواتف الذكية الرائدة اليوم. تطبق Apple أيضًا المعيار في iPhone 8 و iPhone X و iPhone XS وأحدث MacBooks. ومع ذلك ، تفضل العديد من الشركات معايير الشحن الخاصة بها.

كوالكوم سريع المسؤول

كانت تقنية Quick Charge المملوكة لشركة Qualcomm ذات يوم هي المعيار الافتراضي في صناعة الهواتف الذكية ، حيث شاعت الشحن السريع قبل USB Power Delivery. تتوافق أحدث إصدار من إصدار Quick Charge بأكثر من 4.0 إصدارًا مع Power Delivery ، مما يتيح سرعات شحن أسرع ومجموعة أكبر من الدعم.

Quick Charge هي ميزة اختيارية متوفرة في معالجات Qualcomm's Snapdragon. لذلك فقط لأن الهاتف يحتوي على شريحة Qualcomm لا يعني أنه متوافق مع Quick Charge. على الرغم من ذلك ، توفر مجموعة واسعة من الهواتف دعمًا سريعًا للشحن ، بما في ذلك LG V40 و Xiaomi Mi 9 و Samsung Galaxy Note 9 و HTC U12 Plus وغيرها الكثير. هناك أيضًا نظام إيكولوجي واسع من أجهزة الشحن القديمة وملحقات الطرف الثالث هناك ، وذلك بسبب شعبية هذا المعيار.

معايير أخرى

في النظام البيئي للهواتف الذكية ، تستخدم العديد من النماذج تقنيات داخلية بدلاً من المعايير الأكثر انتشارًا أعلاه. ومع ذلك ، فقط عدد قليل من هذه المعايير هي حقا الملكية. العديد منها عبارة عن Power Delivery أو Quick Charge المعاد تعبئتها تحت اسم تجاري مختلف أو تحتوي على بعض التعديلات المحددة للتكنولوجيا - تتبنى تقنيات الشحن Adaptive Charging و Motorola من Samsung.

تعمل أجهزة أخرى مثل Oppo’s VOOC و Huawei's SuperCharge بشكل مختلف تمامًا. هذه زيادة كبيرة في كمية التيار للشحن عالية الطاقة بدلا من زيادة الجهد. لقد زادت سرعات الشحن لهذه التقنيات المملوكة بشكل كبير على مر السنين ، مع كون SuperCharge و Super VOCC و OnePlus 'WarpCharge 30 من الأسرع في السوق. إليك كيفية تكديس بعض التقنيات الأكثر شيوعًا جنبًا إلى جنب.

من الممكن دعم معايير متعددة أو على الأقل ضمان مستوى من التوافق مع طرق الشحن السريع المختلفة. لسوء الحظ ، يؤدي هذا إلى الكثير من عدم القدرة على التنبؤ بسرعات الشحن الدقيقة التي ستتلقاها عند استخدام الهواتف ذات أجهزة الشحن المختلفة وحتى الكابلات المختلفة.

بعد اختبار العديد من الهواتف ، وجدنا اختلافًا كبيرًا في مقدار الطاقة التي تم التفاوض عليها لكل هاتف ، اعتمادًا على الشاحن والكبل المستخدم. عادةً ما يتم تحقيق أفضل النتائج باستخدام الكبل والشاحن المرفقين في المربع مع السماعة.

كيفية شحن بطارية ليثيوم أيون بسرعة

الآن وبعد أن غطينا المعايير ، دعنا نتفحص مدى سرعة الشحن في الواقع في تسريع دورة شحن البطارية. لا يتم شحن بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة داخل الهواتف الذكية والأدوات الإلكترونية الأخرى بطريقة خطية. يتم تقسيم دورة الشحن إلى مرحلتين متميزتين.

الأول هو زيادة الجهد ، أو المرحلة الحالية الثابتة. يزداد الجهد الكهربي للبطارية بشكل ثابت من أدنى مستوى يصل إلى 2 فولت إلى ذروته عند 4.2 فولت تقريبًا. هذا يختلف تبعا للبطارية بالضبط. تسحب البطارية أعلى قمة تيار خلال هذه المرحلة ، والتي تظل ثابتة حتى يصل الجهد الكهربي للذروة.

يصبح الجهد ثابتًا ثم يبدأ التيار في الانخفاض. البطاريات التي يتم شحنها خارج هذه النقطة تقلل من التيار وبالتالي تشحن أبطأ. هذا هو السبب في أن أول 50 أو 60 في المئة من رسوم هاتفك أسرع بكثير.

يحدث شحن البطارية على مرحلتين. ارتفاع الجهد / ثابت الحالية والجهد المستمر / السقوط الحالي. المرحلة الأولى مناسبة للشحن السريع الحالي.

تقنيات الشحن السريع تستغل المرحلة الحالية الثابتة. ضخ أكبر قدر ممكن من التيار في البطارية قبل أن تصل إلى ذروتها الجهد. لذلك ، تكون تقنيات الشحن السريع أكثر فاعلية عندما تكون البطارية أقل من 50 بالمائة ، ولكن ليس لها تأثير يذكر لأنها تمر بنسبة 80 بالمائة. بالمناسبة ، يعد الشحن الحالي الثابت أقل فترة ضارة بصحة البطارية على المدى الطويل. الجهد العالي العالي ، إلى جانب الحرارة ، يضر بعمر البطارية.

أخيرًا ، يتم التحكم في مقدار الجهد والتيار الذي تم تمريره إلى البطارية عبر دائرة تحكم شحن داخل الهاتف. إلى جانب مستشعرات درجة الحرارة والجهد ، يمكن لوحدة التحكم إدارة مقدار التيار لتحسين سرعة شحن البطارية وصحتها على المدى الطويل.

شحن سريع في الجهد العالي؟

ربما لاحظ بعضكم مشكلة واضحة هنا. إذا كانت بطاريات الليثيوم أيون تحتوي على جهد نموذجي يتراوح من 3 إلى 4.2 فولت ، فهل من الخطير استخدام أجهزة شحن ذات جهد عالي؟

عادة ما يكون هذا هو الحال ، لكن دوائر الهواتف الذكية تنخفض الجهد وتصل إلى الأعلى. هذا يحافظ على مقدار الطاقة المنقولة كما هي (P = IV) ، ولكن ينقل الجهد إلى النطاق الصحيح. ولا ، لا تفعل كابلات الشحن السريع تحويل التيار المتردد. إذا نظرت إلى الجزء الخلفي من الشاحن ، فستتمكن من اكتشاف أيقونة التيار المستمر المتقطع قليلاً ⎓. USB هو دائما نظام توصيل الطاقة DC.

تستخدم دوائر الشحن السريع عالية الجهد مزودًا للتنقل في وضع التبديل ، والمعروف أيضًا باسم عاكس باك. تأخذ هذه الدائرة جهدًا عاليًا من التيار المستمر وتحولها إلى جهد منخفض من التيار المستمر. من الناحية المثالية ، يضاعف التيار أيضًا بكمية عكسية بفضل خصائص "مضخة الشحن" الخاصة به. إنه في الأساس مفتاح تبديل لجهد الإدخال لشحن مكثف بالكثير من التيار.

هذا يبدو معقدًا ، لكن اتبع الرسوم البيانية على اليمين. يتم تشغيل وإيقاف جهد الدخل العالي لإنشاء إشارة PWM من Vin. هذا يستحث تيار "ضخ" عالي عبر المحث L إلى Cout مكثف. في الحمل (البطارية) نرى تيارًا متوسطًا ومنخفضًا متوسط الجهد (Vout).

التنحي من 10V / 1A إلى 5V من الناحية المثالية يعطي تيار 2A بعد المحول. في العالم الواقعي ، هناك دائمًا بعض الخسائر المرتبطة بهذه التحويلات (عادةً ما تكون هذه الكفاءة أعلى من 90 بالمائة) ، وتبدد كحرارة. عادةً ما تهدر مصادر الطاقة في وضع التبديل طاقة أقل من منظم خطي.

لماذا استخدام الفولتية العالية؟

هناك سببان رئيسيان لاستخدام الفولتية العالية. أولاً ، تكون مزودات الطاقة في وضع التبديل أكثر كفاءة من المنظمات الخطية التي تقلل الفولتية عبر تبديد الحرارة. هذا مهم بشكل خاص للحفاظ على هواتفنا وبطارياتها باردة.

يتعلق الثاني بفقدان الطاقة عبر كبلات USB ، خاصةً تلك الأطول. يقوم المقاوم ، مثل طول السلك ، بإسقاط الجهد استنادًا إلى التيار الذي يمر به (قانون أوم V = IR). نقل نفس الطاقة باستخدام جهد أعلى وانخفاض التيار يفقد طاقة أقل على طول الكابل. هذا هو أكثر كفاءة ولماذا شبكة الكهرباء الرئيسية هي مئات فولت وليس 5V.

ومع ذلك ، فإن المفاضلة هي أن محولات باك تكون محدودة حاليًا أكثر من المنظمين الخطيين. تعتمد أقصى طاقة خرج على حجم الحث والمكثف وتموج الجهد ، بالإضافة إلى تردد التبديل ، بالإضافة إلى إمكانات طاقة الترانزستورات. من الممكن الوصول إلى التيارات العالية جدًا عبر منظم الجهد الخطي التقليدي. هذا هو السبب في أن بعض تقنيات الشحن السريع بجهد منخفض 5 فولت ، مثل تقنيات Huawei و OPPO ، توفر طاقة إجمالية أكثر من إصدارات تبديل الجهد العالي من Qualcomm و Samsung.

تلبي أحدث تقنيات Pump Express من MediaTek وضع التحويل وشحن منظم الخطية.

يوضح الرسم أعلاه كيف يمكن لـ MediaTek’s PumpExpress 3.0 و 4.0 الوصول إلى ما يصل إلى 5A من الشحن الحالية. في حالة توصيل كبل 5A ، تتجاوز تقنيته شاحن التبديل التقليدي لتمكين تيار أعلى. في هذه الحالة ، تتفاوض الدائرة على الجهد المطلوب عبر خطوط البيانات ، مما يؤدي إلى رفع وخفض جهد شحن Vbus لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.

يتم إحتوائه

يشمل الشحن السريع مجموعة من التقنيات الممكنة المختلفة ، لكل منها إيجابيات وسلبيات خاصة بها. هذا جزئيًا سبب وجود العديد من المعايير المختلفة في السوق ، حيث تتبع الشركات أساليبها الخاصة لتسريع الشحن وزيادة عمر البطارية.

منذ بضعة أجيال ، أصبح شحن الجهد العالي هو المعيار ، والآن تقوم التقنيات بتطبيق فولتات منخفضة التحكم وتيارات عالية لزيادة السرعات إلى أبعد من ذلك. ومع ذلك ، فإن هذا يتطلب كبلات أكثر سمكًا ويضيف صداع توافق آخر.

USB Power Delivery بالفعل اعتمد على نطاق واسع. سيشكل هذا على الأرجح العمود الفقري لجميع معايير شحن USB التي تمضي قدماً ، على الرغم من أننا سنشهد على الأرجح قيام الشركات بتجربة حلولها الأسرع الخاصة بها بالإضافة إلى دعم هذا المعيار العالمي.