Inhoud

• Snelle laadstandaarden uitgelegd
• USB stroomvoorziening
• Qualcomm Quick Charge
• Andere normen
• Een lithium-ionbatterij snel opladen
• Snel opladen bij hoogspanning?
• Waarom hogere spanningen gebruiken?
• Afronden
• Verwant

Snel opladen is een must-have functie in de telefoons van vandaag. Het houdt onze batterijen opgeladen tijdens drukke dagen. Er zijn echter verschillende normen van verschillende bedrijven. Sommige werken alleen met specifieke kabels en laders, terwijl anderen hogere spanningen gebruiken. Het kan allemaal een beetje verwarrend worden, dus we zijn hier om het te begrijpen.

Kort gezegd verhoogt snel laden de stroom die naar de batterij wordt gestuurd om de capaciteit sneller te vullen. De standaard USB-specificatie stuurt slechts 0,5 ampère (A) stroom met 5 volt (V) voor slechts 2,5 watt (W). Snellaadtechnologieën verhogen deze cijfers. De 10 V / 4A SuperCharge van Huawei produceert 40 W en de nieuwste Adaptive Fast Charging van Samsung produceert 15 W sap. Sommige Chinese bedrijven beschikken zelfs over laadtechnologieën die tot 100 W kunnen raken. Alle snellaaddiensten delen een gemeenschappelijk thema - meer kracht.

Dat is slechts het basisoverzicht. Hoe een batterij daadwerkelijk wordt opgeladen, is ingewikkelder. Voordat we daarop ingaan, gaan we de verschillen tussen al deze snellaadstandaarden nader bekijken.

Snelle laadstandaarden uitgelegd

USB stroomvoorziening

USB Power Delivery (USB-PD) is de officiële specificatie voor snelladen die in 2012 door de USB-IF is gepubliceerd. De standaard kan worden gebruikt door elk apparaat met een USB-poort, op voorwaarde dat de fabrikant de benodigde schakelingen en software bevat. Net als alle snellaadstandaarden implementeert USB-PD een gegevensprotocol om te communiceren tussen de lader en de telefoon. Dit onderhandelt over de maximaal toelaatbare stroomafgifte voor zowel de lader als de handset.

USB Power Delivery verhoogt de standaard USB-laadsnelheden voor maximaal 100 W uitgangsvermogen. De hoeveelheid beschikbaar vermogen is opgesplitst in verschillende vermogens, die op verschillende spanningen werken. De modi 7,5 W + en 15 W + zijn het beste voor telefoons, terwijl 27 W en hoger geschikt zijn voor laptops en andere apparaten met een hoger vermogen. De standaard ondersteunt ook bidirectionele stroomvoorziening, waardoor uw telefoon andere randapparatuur kan opladen.

De Pixel-serie van Google maakt gebruik van de officiële Power Delivery-specificatie en de technologie wordt tegenwoordig in de overgrote meerderheid van de toonaangevende smartphones ondersteund. Apple implementeert de standaard ook in de iPhone 8, iPhone X, iPhone XS en de nieuwste MacBooks. Veel bedrijven geven echter de voorkeur aan hun eigen gepatenteerde laadnormen.

Qualcomm Quick Charge

Qualcomm's eigen Quick Charge-technologie was ooit de standaardstandaard in de smartphone-industrie, omdat deze snel opladen populair maakte vóór USB Power Delivery. De nieuwste 4.0+ revisie van Quick Charge is compatibel met Power Delivery, waardoor snellere laadsnelheden en een breder scala aan ondersteuning mogelijk zijn.

Quick Charge is een optionele functie die beschikbaar is bij de Snapdragon-processors van Qualcomm. Het feit dat een telefoon een Qualcomm-chip heeft, betekent dus niet dat deze compatibel is met Quick Charge. Toch biedt een groot aantal telefoons Quick Charge-ondersteuning, waaronder de LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus en nog veel meer. Er is ook een breed ecosysteem van oudere opladers en accessoires van derden, vanwege de populariteit van de standaard.

Andere normen

In het smartphone-ecosysteem gebruiken veel modellen interne technologieën in plaats van de alomtegenwoordige normen hierboven. Slechts enkele van deze normen zijn echter echt eigendom. Velen zijn gewoon Power Delivery of Quick Charge herverpakt onder een andere merknaam of met enkele specifieke aanpassingen aan de technologie - denk aan Samsung's Adaptive Charging en Motorola's Turbo Charging-technologieën.

Anderen zoals Oppo's VOOC en Huawei's SuperCharge werken heel anders. Deze verhogen de hoeveelheid stroom voor opladen met hoog vermogen aanzienlijk in plaats van de spanning te verhogen. De laadsnelheden van deze gepatenteerde technologieën zijn in de loop der jaren sterk toegenomen, met SuperCharge, Super VOCC en OnePlus's WarpCharge 30 behoren tot de snelste op de markt. Hier is hoe enkele van de meest voorkomende technologieën naast elkaar worden gestapeld.

Het is mogelijk om meerdere standaarden te ondersteunen of op zijn minst te zorgen voor een zekere mate van compatibiliteit met verschillende snellaadmethoden. Helaas leidt dit tot veel onvoorspelbaarheid over de exacte laadsnelheden die u ontvangt wanneer u telefoons met verschillende opladers en zelfs verschillende kabels gebruikt.

Na het testen van verschillende telefoons, vonden we een grote variatie in de hoeveelheid stroom die elke telefoon onderhandelde, afhankelijk van de gebruikte lader en kabel. De beste resultaten worden meestal bereikt met behulp van de kabel en oplader die zijn meegeleverd in de doos bij uw handset.

Een lithium-ionbatterij snel opladen

Nu we aan de normen hebben voldaan, gaan we dieper in op hoe snel opladen de laadcyclus van een batterij daadwerkelijk versnelt. Lithium-ionbatterijen die in smartphones en andere elektronische gadgets worden gebruikt, worden niet lineair opgeladen. De laadcyclus is onderverdeeld in twee verschillende fasen.

De eerste is de toenemende spanning of constante stroomfase. De accuspanning neemt gestaag toe van zo laag als 2V tot de piek van ongeveer 4,2V terwijl deze wordt opgeladen. Dit varieert afhankelijk van de exacte batterij. De batterij trekt de hoogste piekstroom tijdens deze fase, die constant blijft totdat de batterijspanning een piek bereikt.

De spanning wordt dan constant en de stroom begint te dalen. Batterijen die voorbij dit punt worden opgeladen, trekken minder stroom en laden daarom langzamer op. Daarom laadt de eerste 50 of 60 procent van je telefoon aanzienlijk sneller op.

Het opladen van de batterij gebeurt in twee fasen. Stijgende spanning / constante stroom en constante spanning / dalende stroom. De eerste fase is geschikt voor snelladen met hoge stroomsterkte.

Snellaadtechnologieën maken gebruik van de constante huidige fase. Zoveel mogelijk stroom in de batterij pompen voordat deze zijn piekspanning bereikt. Daarom zijn snellaadtechnologieën het meest effectief wanneer uw batterij voor minder dan 50 procent vol is, maar weinig tot geen effect heeft als u 80 procent passeert. Overigens is constant opladen de minst schadelijke periode voor de gezondheid van de batterij op de lange termijn. Hogere constante spanning, samen met warmte, is schadelijk voor de levensduur van de batterij.

Ten slotte wordt de hoeveelheid spanning en stroom die wordt doorgegeven aan de batterij geregeld via een laadcontrolecircuit in de telefoon. In combinatie met temperatuur- en spanningssensoren kan de controller de hoeveelheid stroom beheren om de laadsnelheid van de batterij en de gezondheid op lange termijn te optimaliseren.

Snel opladen bij hoogspanning?

Sommigen van jullie hebben hier misschien een duidelijk probleem gezien. Als lithium-ionbatterijen een typische spanning van ongeveer 3 tot 4,2 V hebben, is het niet gevaarlijk om laders met een hogere spanning te gebruiken?

Normaal gesproken zou dit het geval zijn, maar smartphonecircuits schakelen de spanning omlaag en de stroom omhoog. Dit houdt de hoeveelheid overgebracht vermogen hetzelfde (P = IV), maar verplaatst de spanning naar het juiste bereik. En nee, snellaadkabels doen geen AC-spanningsconversie. Als u op de achterkant van de lader kijkt, ziet u het kleine stippellijn-pictogram voor gelijkstroom ⎓. USB is altijd een gelijkstroomsysteem.

Hoogvoltage snellaadcircuits gebruiken een step-down stroomvoorziening in schakelmodus, ook bekend als een buck-omvormer. Dit circuit neemt een hoge gelijkspanning en zet het om in een lagere gelijkspanning. In het ideale geval vermenigvuldigt het ook de stroom met het omgekeerde bedrag dankzij de kenmerken van de "laadpomp". Het is in wezen een schakelaar die de ingangsspanning schakelt om een ​​condensator met veel stroom op te laden.

Dit ziet er ingewikkeld uit, maar volg de grafieken aan de rechterkant. De hoge ingangsspanning schakelt in en uit om een ​​PWM-signaal van Vin te creëren. Dit induceert een hoge "pompende" stroom door de spoel L in condensator Cout. Bij de belasting (batterij) zien we een hoge stroom en een lage gemiddelde spanning (Vout).

Aftreden van 10V / 1A naar 5V levert idealiter 2A stroom op na de converter. In de echte wereld is er altijd wat verlies verbonden aan deze conversies (meestal zijn deze boven de 90 procent efficiënt), verspreid als warmte. Switch-mode voedingen verspillen doorgaans ook minder energie dan een lineaire regelaar.

Waarom hogere spanningen gebruiken?

Er zijn twee hoofdredenen om hogere spanningen te gebruiken. Ten eerste zijn schakelende voedingen efficiënter dan lineaire regelaars die spanningen verlagen via warmteafvoer. Dit is vooral belangrijk om onze telefoons en hun batterijen koel te houden.

De tweede heeft betrekking op stroomverlies over USB-kabels, met name langere. Een weerstand, zoals een draadlengte, laat een spanning vallen op basis van de stroom die erdoorheen gaat (wet van Ohm V = IR). Het verzenden van hetzelfde vermogen met een hogere spanning en lagere stroom verliest minder vermogen over de lengte van de kabel. Dit is efficiënter en waarom het hoofdstroomnet honderden volt is en geen 5V.

Het nadeel is echter dat buck-converters gemakkelijker stroombeperkend zijn dan lineaire regulatoren. Het maximale uitgangsvermogen is afhankelijk van de inductorgrootte, condensator en spanningsrimpel, evenals de schakelfrequentie, in aanvulling op de vermogensmogelijkheden van de transistoren. Het is alleen mogelijk om zeer hoge stromen te bereiken via een meer traditionele lineaire spanningsregelaar. Dit is de reden waarom sommige van de laagvoltage 5V snellaadtechnologieën, zoals die van Huawei en OPPO, meer totaalvermogen bieden dan buck-switching-versies met hoger voltage van Qualcomm en Samsung.

De nieuwste Pump Express-technologie van MediaTek is geschikt voor zowel de schakelmodus als het opladen van de lineaire regelaar.

Bovenstaand diagram laat zien hoe MediaTek's PumpExpress 3.0 en 4.0 erin slagen om tot 5A laadstroom te bereiken. Als een 5A-kabel is aangesloten, omzeilt de technologie de conventionele schakellader om een ​​hogere stroom mogelijk te maken. In dit geval onderhandelt het circuit de vereiste spanning over de datalijnen, waardoor de Vbus-laadspanning wordt verhoogd en verlaagd voor maximale efficiëntie.

Afronden

Snel opladen omvat een reeks verschillende mogelijke technologieën, elk met hun eigen voor- en nadelen. Dit is gedeeltelijk de reden waarom er zoveel verschillende normen op de markt zijn, omdat bedrijven hun eigen aanpak volgen om het opladen te versnellen en de levensduur van de batterij te maximaliseren.

Een paar generaties geleden werd hoogspanningsladen de norm en nu implementeren technologieën lagere gereguleerde spanningen en hoge stromen om de snelheid nog verder te verhogen. Dit vereist echter dikkere kabels en voegt nog een compatibiliteitshoofdpijn toe.

USB Power Delivery wordt al behoorlijk breed toegepast. Het zal waarschijnlijk de ruggengraat vormen van alle USB-laadstandaarden in de toekomst, hoewel we waarschijnlijk bedrijven zullen zien experimenteren met hun eigen, nog snellere oplossingen bovenop het ondersteunen van deze universele standaard.

Verwant

• Hier zijn de beste telefoons met snelladende batterijen
• Hier zijn de beste Samsung Galaxy-opladers
• Quick Charge 3.0 uitgelegd: wat u moet weten
• Snelste oplaadkabels - welke is het beste voor u?
• 6 veel voorkomende batterijmythen die je waarschijnlijk gelooft
• Hoe Android-problemen met het leeglopen van de batterij op te lossen en de levensduur van de batterij te verlengen
• Android-smartphones met de beste batterijduur
• Beste telefoons met draadloze oplaadmogelijkheden
•  Laadgewoonten om de levensduur van de batterij te maximaliseren
• Beste draadloze opladers - wat zijn uw keuzes?