เนื้อหา

• อธิบายมาตรฐานการชาร์จที่รวดเร็ว
• จัดส่งพลังงาน USB
• การชาร์จด่วนของ Qualcomm
• มาตรฐานอื่น ๆ
• วิธีชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างรวดเร็ว
• ชาร์จอย่างรวดเร็วด้วยแรงดันสูง?
• ทำไมต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น
• สรุป
• ที่เกี่ยวข้อง

การชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นคุณสมบัติที่ต้องมีในโทรศัพท์ของวันนี้ มันทำให้แบตเตอรี่ของเราเพิ่มขึ้นตลอดทั้งวันที่วุ่นวาย อย่างไรก็ตามมีมาตรฐานที่แตกต่างหลากหลายจาก บริษัท ที่แตกต่างกัน บางรุ่นใช้งานได้กับสายเคเบิลและอุปกรณ์ชาร์จเฉพาะบางรุ่นเท่านั้นในขณะที่บางรุ่นใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า มันอาจทำให้เกิดความสับสนเล็กน้อยดังนั้นเรามาที่นี่เพื่อทำความเข้าใจ

สรุปการชาร์จอย่างรวดเร็วจะเพิ่มกระแสที่ส่งไปยังแบตเตอรี่เพื่อเติมความจุให้เร็วขึ้น ข้อมูลจำเพาะพื้นฐานของ USB ส่งกระแส 0.5 แอมป์ (A) โดยใช้ 5 โวลต์ (V) เพียง 2.5 วัตต์ (W) เทคโนโลยีการชาร์จที่รวดเร็วช่วยเพิ่มตัวเลขเหล่านี้ SuperCharge ขนาด 10V / 4A ของ Huawei ผลิต 40W และ Adaptive Fast Charging ล่าสุดของ Samsung ผลิตน้ำผลไม้ 15 วัตต์ บริษัท จีนบางแห่งถึงกับอวดอ้างเทคโนโลยีการชาร์จที่สามารถพุ่งสูงถึง 100W บริการการชาร์จที่รวดเร็วทั้งหมดใช้ธีมร่วมกัน - มีพลังมากขึ้น

นั่นเป็นเพียงภาพรวมพื้นฐาน วิธีการชาร์จแบตเตอรี่จริงมีความซับซ้อนมากขึ้น ก่อนที่เราจะไปถึงเรื่องนี้เรามาดูความแตกต่างระหว่างมาตรฐานการชาร์จที่รวดเร็วเหล่านี้อย่างละเอียด

อธิบายมาตรฐานการชาร์จที่รวดเร็ว

จัดส่งพลังงาน USB

USB Power Delivery (USB-PD) เป็นข้อกำหนดการชาร์จอย่างเป็นทางการที่เผยแพร่โดย USB-IF ในปี 2012 มาตรฐานสามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์ใด ๆ ที่มีพอร์ต USB โดยผู้ผลิตจะมีวงจรและซอฟต์แวร์ที่จำเป็น เช่นเดียวกับมาตรฐานการชาร์จที่รวดเร็ว USB-PD ใช้โปรโตคอลข้อมูลเพื่อสื่อสารระหว่างเครื่องชาร์จและโทรศัพท์ วิธีนี้เป็นการต่อรองการส่งมอบพลังงานที่ยอมรับได้สูงสุดสำหรับทั้งเครื่องชาร์จและโทรศัพท์

การจัดส่งพลังงาน USB เพิ่มความเร็วการชาร์จ USB พื้นฐานให้ได้ถึง 100W ของกำลังขับ ปริมาณพลังงานที่มีอยู่จะถูกแบ่งเป็นระดับพลังงานที่แตกต่างกันซึ่งทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน โหมด 7.5W + และ 15W + นั้นดีที่สุดสำหรับโทรศัพท์ในขณะที่ 27W ขึ้นไปสำหรับแล็ปท็อปและอุปกรณ์พลังงานสูงอื่น ๆ มาตรฐานนี้ยังรองรับพลังงานสองทิศทางทำให้โทรศัพท์ของคุณสามารถชาร์จอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่น ๆ

ซีรี่ส์พิกเซลของ Google ใช้ข้อกำหนดการจัดส่งพลังงานอย่างเป็นทางการและเทคโนโลยีได้รับการสนับสนุนในสมาร์ทโฟนเรือธงส่วนใหญ่ในปัจจุบัน Apple ยังใช้มาตรฐานใน iPhone 8, iPhone X, iPhone XS และ MacBooks ล่าสุด อย่างไรก็ตามหลาย บริษัท ต้องการใช้มาตรฐานการชาร์จที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตัวเองออกมาจากกล่อง

การชาร์จด่วนของ Qualcomm

เทคโนโลยี Quick Charge ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของวอลคอมม์เคยเป็นมาตรฐานเริ่มต้นในอุตสาหกรรมสมาร์ทโฟนเนื่องจากเป็นที่นิยมในการชาร์จอย่างรวดเร็วก่อนการจัดส่งพลังงาน USB การแก้ไขด่วนแบบเร็วขึ้น 4.0+ สามารถใช้งานร่วมกับ Power Delivery ได้ทำให้สามารถชาร์จความเร็วได้เร็วขึ้นและรองรับการใช้งานที่หลากหลาย

การชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นคุณสมบัติเสริมที่มีอยู่ในโปรเซสเซอร์ Snapdragon ของ Qualcomm ดังนั้นเพียงเพราะโทรศัพท์มีชิป Qualcomm ไม่ได้หมายความว่าสามารถใช้งานได้กับการชาร์จอย่างรวดเร็ว ถึงกระนั้นก็ตามโทรศัพท์หลายรุ่นยังมีการรองรับการชาร์จแบบเร็วเช่น LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus และอีกมากมาย นอกจากนี้ยังมีระบบนิเวศที่กว้างขวางของเครื่องชาร์จแบบดั้งเดิมและอุปกรณ์เสริมของบุคคลที่สามเนื่องจากความนิยมของมาตรฐาน

มาตรฐานอื่น ๆ

ในระบบนิเวศของสมาร์ทโฟนหลายรุ่นใช้เทคโนโลยีในบ้านมากกว่ามาตรฐานที่แพร่หลายมากขึ้น อย่างไรก็ตามมีเพียงไม่กี่มาตรฐานเท่านั้นที่มีกรรมสิทธิ์อย่างแท้จริง ส่วนใหญ่เป็นเพียง Power Delivery หรือ Quick Charge ที่บรรจุภายใต้ชื่อแบรนด์ที่แตกต่างกันหรือมีการปรับแต่งเฉพาะสำหรับเทคโนโลยี - Adaptive Charging ของ Samsung และเทคโนโลยี Turbo Charging ของ Motorola เป็นที่สนใจ

อื่น ๆ เช่น VOOC ของ Oppo และ SuperCharge ของ Huawei ทำงานแตกต่างกันมาก สิ่งเหล่านี้ช่วยเพิ่มปริมาณกระแสสำหรับการชาร์จพลังงานสูงมากกว่าการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ความเร็วในการชาร์จของเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์เหล่านี้ได้เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมาด้วย SuperCharge, Super VOCC และ WarpCharge 30 ของ OnePlus ซึ่งเร็วที่สุดในตลาด นี่คือวิธีที่บางส่วนของเทคโนโลยีที่พบบ่อยที่สุดซ้อนกันเคียงข้างกัน

มีความเป็นไปได้ที่จะรองรับหลายมาตรฐานหรืออย่างน้อยก็ให้ความมั่นใจในระดับความเข้ากันได้กับวิธีการชาร์จอย่างรวดเร็ว น่าเสียดายสิ่งนี้นำไปสู่ความคาดเดาไม่ได้มากมายเกี่ยวกับความเร็วการชาร์จที่แน่นอนที่คุณจะได้รับเมื่อใช้โทรศัพท์ที่มีเครื่องชาร์จที่แตกต่างกันและแม้กระทั่งสายเคเบิลที่ต่างกัน

หลังจากการทดสอบโทรศัพท์หลายเครื่องเราพบว่าการเจรจาต่อรองของโทรศัพท์แต่ละเครื่องมีความแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับเครื่องชาร์จและสายเคเบิลที่ใช้ โดยทั่วไปแล้วผลลัพธ์ที่ดีที่สุดคือการใช้สายเคเบิลและอุปกรณ์ชาร์จที่ให้มาในกล่องพร้อมกับโทรศัพท์ของคุณ

วิธีชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างรวดเร็ว

ตอนนี้เราได้ครอบคลุมมาตรฐานแล้วมาดูกันว่าการชาร์จไฟเร็วแค่ไหนจะช่วยเร่งรอบการชาร์จของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ภายในสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ไม่คิดค่าใช้จ่ายในลักษณะเชิงเส้น วงจรการชาร์จแตกออกเป็นสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน

ครั้งแรกคือแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหรือเฟสปัจจุบันคงที่ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจากต่ำเป็น 2V ถึงจุดสูงสุดประมาณ 4.2V ขณะที่ชาร์จ สิ่งนี้จะแตกต่างกันไปตามแบตเตอรี่ที่แน่นอน แบตเตอรี่จะดึงกระแสสูงสุดที่สูงสุดในช่วงนี้ซึ่งจะคงที่จนกว่าแรงดันแบตเตอรี่จะสูงสุด

แรงดันไฟฟ้าจะกลายเป็นค่าคงที่และกระแสเริ่มลดลง แบตเตอรี่ที่ชาร์จเกินกว่าจุดนี้จะดึงกระแสไฟที่น้อยลงดังนั้นจึงทำการชาร์จช้าลง นี่คือเหตุผลที่ค่าโทรศัพท์ 50 หรือ 60 เปอร์เซ็นต์แรกของคุณชาร์จเร็วกว่ามาก

การชาร์จแบตเตอรี่เกิดขึ้นในสองขั้นตอน แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น / กระแสคงที่และแรงดันคงที่ / กระแสไฟฟ้าตก เฟสแรกเหมาะสำหรับการชาร์จกระแสสูงอย่างรวดเร็ว

เทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วใช้ประโยชน์จากเฟสคงที่ในปัจจุบัน สูบน้ำให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ลงในแบตเตอรี่ก่อนที่จะถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ดังนั้นเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วจึงมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อแบตเตอรี่ของคุณเต็มน้อยกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ แต่มีผลเพียงเล็กน้อยถึงไม่มีผลเลยเมื่อคุณผ่าน 80% อนึ่งการชาร์จกระแสคงที่เป็นระยะเวลาที่เป็นอันตรายน้อยที่สุดต่อสุขภาพในระยะยาวของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าคงที่สูงขึ้นพร้อมกับความร้อนเป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่

ในที่สุดปริมาณของแรงดันและกระแสที่ส่งไปยังแบตเตอรี่จะถูกควบคุมผ่านวงจรควบคุมการชาร์จภายในโทรศัพท์ เมื่อรวมกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าคอนโทรลเลอร์สามารถจัดการปริมาณกระแสเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความเร็วในการชาร์จของแบตเตอรี่และความแข็งแรงในระยะยาว

ชาร์จอย่างรวดเร็วด้วยแรงดันสูง?

คุณบางคนอาจพบปัญหาที่ชัดเจนที่นี่ หากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีแรงดันไฟฟ้าทั่วไปประมาณ 3 ถึง 4.2V ไม่เป็นอันตรายหรือไม่หากใช้เครื่องชาร์จแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

ตามปกติจะเป็นกรณีนี้ แต่วงจรสมาร์ทโฟนจะลดแรงดันและกระแสขึ้น สิ่งนี้จะรักษาปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนไว้เหมือนกัน (P = IV) แต่ย้ายแรงดันไฟฟ้าไปยังช่วงที่ถูกต้อง และไม่มีสายชาร์จที่รวดเร็วไม่ต้องแปลงแรงดันไฟฟ้า AC หากคุณดูที่ด้านหลังของเครื่องชาร์จคุณจะสามารถมองเห็นไอคอนกระแส DC ประเล็ก ๆ น้อย ๆ ⎓ USB เป็นระบบส่งกำลัง DC เสมอ

วงจรการชาร์จแรงดันสูงอย่างรวดเร็วใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสเต็ปดาวน์โหมดหรือที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์บั๊ก วงจรนี้ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงและแปลงให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต่ำกว่า เป็นการดีที่มันจะทวีคูณกระแสโดยจำนวนอินเวอร์สด้วยคุณสมบัติ "ปั๊มชาร์จ" โดยปกติแล้วสวิตช์จะสลับแรงดันอินพุตเพื่อชาร์จประจุด้วยกระแสไฟฟ้าจำนวนมาก

สิ่งนี้ดูซับซ้อน แต่ทำตามกราฟด้านขวา แรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงเปิดและปิดเพื่อสร้างสัญญาณ PWM จาก Vin สิ่งนี้เหนี่ยวนำให้เกิด“ การปั๊ม” กระแสสูงผ่านตัวเหนี่ยวนำ L ไปยังตัวเก็บประจุ Cout ที่โหลด (แบตเตอรี่) เราเห็นกระแสไฟฟ้าสูงและแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยต่ำ (Vout)

การลดลงจาก 10V / 1A เป็น 5V จะให้กระแส 2A หลังจากตัวแปลง ในโลกแห่งความเป็นจริงมีการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการแปลงเหล่านี้เสมอ (โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพสูงกว่า 90 เปอร์เซ็นต์) ซึ่งกระจายไปตามความร้อน แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์มักใช้พลังงานน้อยกว่าตัวควบคุมเชิงเส้น

ทำไมต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

มีสองเหตุผลหลักในการใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ก่อนอื่นแหล่งจ่ายไฟของสวิตช์โหมดจะมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวควบคุมเชิงเส้นซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้าผ่านการกระจายความร้อน สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการทำให้โทรศัพท์และแบตเตอรี่ของเราเย็น

ข้อที่สองเกี่ยวข้องกับการสูญเสียพลังงานผ่านสาย USB โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายที่ยาวกว่า ตัวต้านทานเช่นความยาวของสายไฟจะลดแรงดันไฟฟ้าตามกระแสที่ไหลผ่าน (กฎของโอห์ม V = IR) การส่งพลังงานเดียวกันโดยใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและกระแสไฟฟ้าต่ำจะสูญเสียพลังงานน้อยกว่าความยาวของสายเคเบิล นี่คือประสิทธิภาพมากกว่าและทำไมตารางพลังงานหลักคือหลายร้อยโวลต์และไม่ใช่ 5V

อย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนคือตัวแปลงบั๊กมีข้อ จำกัด ในปัจจุบันมากกว่าตัวควบคุมเชิงเส้น กำลังขับสูงสุดขึ้นอยู่กับขนาดของตัวเหนี่ยวนำตัวเก็บประจุและระลอกแรงดันไฟฟ้ารวมถึงความถี่ในการสลับนอกจากความสามารถในการใช้พลังงานของทรานซิสเตอร์ เป็นไปได้ที่จะเข้าถึงกระแสที่สูงมากผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นแบบดั้งเดิมมากขึ้นเท่านั้น นี่คือเหตุผลที่บางส่วนของเทคโนโลยีการชาร์จแรงดันต่ำ 5V ที่รวดเร็วเช่นเดียวกับจากหัวเว่ยและ OPPO ให้พลังงานรวมมากกว่าการสลับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ารุ่นจาก Qualcomm และ Samsung

เทคโนโลยี Pump Express ล่าสุดของ MediaTek ให้ความสำคัญกับทั้งโหมดสวิตช์และการชาร์จอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น

แผนภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่า PumpExpress 3.0 และ 4.0 ของ MediaTek สามารถจัดการกระแสไฟชาร์จได้สูงถึง 5A หากเชื่อมต่อสายเคเบิล 5A เทคโนโลยีจะข้ามเครื่องชาร์จสวิตช์แบบเดิมเพื่อเปิดใช้งานกระแสไฟที่สูงกว่า ในกรณีนี้วงจรต่อรองแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการบนสายข้อมูลเพิ่มและลดแรงดันการชาร์จ Vbus เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

สรุป

การชาร์จอย่างรวดเร็วครอบคลุมเทคโนโลยีหลากหลายที่เป็นไปได้แต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง นี่เป็นส่วนหนึ่งที่ว่าทำไมมีมาตรฐานที่แตกต่างกันมากมายในตลาดเนื่องจาก บริษัท ต่างๆใช้วิธีการของตนเองในการเพิ่มความเร็วในการชาร์จและยืดอายุแบตเตอรี่ให้ยาวนานที่สุด

ไม่กี่ชั่วอายุคนที่ผ่านมาการชาร์จด้วยไฟฟ้าแรงสูงกลายเป็นบรรทัดฐานและตอนนี้เทคโนโลยีกำลังใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและกระแสสูงเพื่อเพิ่มความเร็วให้ดียิ่งขึ้นไปอีก อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จำเป็นต้องใช้สายที่หนาขึ้นและเพิ่มความปวดหัวในการทำงานร่วมกัน

การส่งมอบพลังงาน USB นั้นได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางแล้ว เป็นไปได้ว่าจะเป็นแกนหลักของมาตรฐานการชาร์จ USB ทั้งหมดในอนาคตแม้ว่าเราจะเห็นว่า บริษัท ต่างๆทดลองใช้โซลูชั่นที่เร็วกว่าของตัวเองเพื่อรองรับมาตรฐานสากลนี้

ที่เกี่ยวข้อง

• นี่คือโทรศัพท์ที่ดีที่สุดที่มีแบตเตอรี่ชาร์จอย่างรวดเร็ว
• นี่คือเครื่องชาร์จ Samsung Galaxy ที่ดีที่สุด
• Quick Charge 3.0 อธิบาย: สิ่งที่คุณต้องรู้
• สายชาร์จที่เร็วที่สุด - ตัวไหนดีที่สุดสำหรับคุณ
• 6 ตำนานแบตเตอรี่ทั่วไปที่คุณอาจเชื่อ
• วิธีแก้ไขปัญหาแบตเตอรี่หมดใน Android และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่
• สมาร์ทโฟน Android ที่มีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานที่สุด
• โทรศัพท์ที่ดีที่สุดที่มีความสามารถในการชาร์จแบบไร้สาย
•  นิสัยการชาร์จเพื่อยืดอายุแบตเตอรี่
• เครื่องชาร์จไร้สายที่ดีที่สุด - ตัวเลือกของคุณคืออะไร?