Menu

Turbonabíjení pro mobilní telefony

Řada mobilních telefonů používá pro bleskově rychlé dobíjení proprietární technologii Quick Charge. V nové verzi 4.0 bude pro pět hodin provozu telefonu stačit pětiminutové nabíjení. 

Nejdůležitější požadavky uživatelů chytrých telefonů jasně definoval nový výzkum výrobce čipů pro mobilní zařízení, společnosti Qualcomm. Mezi deset hlavních požadavků nepatří hlasové ovládání, podpora virtuální reality ani další populární funkce, naopak se hned tři z nich týkají baterie. První místo obsadil požadavek na prodloužení výdrže na baterii, na třetím místě skončila vyšší kapacita baterie a na místě čtvrtém rychlejší nabíjení.

Pro Qualcomm je to dobrá zpráva, protože už několik let vlastní a propaguje technologii Quick Charge. Její již čtvrtá verze (QC4.0) se premiérově představí v novém SOC (System On a Chip) procesoru Snapdragon 835, který budou používat letošní vlajkové smartphony, jako například část modelů Samsung Galaxy S8. Qualcomm ambiciózně slibuje, že pouhých pět minut dobíjení prostřednictvím této technologie zajistí telefonu dalších pět hodin provozu.

Baterie běžného telefonu s kapacitou 2 750 mAh se dobije do poloviny během 15 minut. V porovnání s běžným dobíjením prostřednictvím USB portu má být QC4.0 o 85 procent rychlejší. K dosažení takto rychlého dobíjení používá Quick Charge speciální napájecí adaptér, dobíjecí USB kabel, vhodný regulátor napětí a musí jej také podporovat jednotka správy napájení v řídicím čipu napájecího adaptéru.

Telefon komunikuje s nabíječkou

Základ technologie QuickCharge spočívá v tom, že se smartphone a nabíječka spolu při dobíjení dokážou dohodnout na intenzitě napětí. Standard USB pracuje s napětím 5 V, ale QC dokáže ve verzi 4.0 napětí měnit v rozsahu od čtyř do 20 voltů. Zvládne-li baterie telefonu i napájecí adaptér dobíjení při větším napětí, dokáže QC výrazně zkrátit dobu potřebnou pro dobití akumulátoru. V praxi to znamená výraznou změnu nabíjecího procesu, protože Quick Charge využívá k napájení i ty linky USB kabelu, které jsou jinak určeny pro přenos dat. V současnosti tedy není možné během rychlého nabíjení prostřednictvím technologie Quick Charge přenášet přes USB konektor telefonu zároveň i data.

V první generaci, představené v roce 2013, pracovala technologie QC stále pouze s 5 volty, ale zvýšila úroveň proudu na 2 A, takže baterie telefonu se nabíjela příkonem 10 W. Standardní dobíjení USB zařízení pro srovnání probíhá při pěti voltech a 500 miliampérech (USB 2.0), takže maximální výkon činí 4,5 W.

Qualcomm dále použil v první verzi QC i další dvě technologie nabíjení. APSD (Automatic Power Source Detection) dokáže rozpoznat, zda je telefon při nabíjení připojen ke klasickému USB portu počítače (nebo k běžné nabíječce), či zda je připojen k napájecímu adaptéru kompatibilnímu s QC. AICL (Automatic Input Current Limit) zajišťuje, aby výkonný napájecí adaptér nepoškodil baterii zařízení, a v případě potřeby dokáže úroveň nabíjecího proudu omezit. Díky tomu je možné použít QC nabíječku i pro dobíjení telefonů, které Quick Charge nepodporují. V takovém případě QC nabíječka pracuje s obvyklým napětím 5 V a proudem v rozsahu 500 mA až 1,8 A.

V další generaci Quick Charge 2.0 z roku 2015 Qualcomm zvýšil rozsah maximálního povoleného napětí na 12 V s dalšími kroky na úrovni 5 a 9 voltů. Kvůli tomu bylo nutné použít i druhý hardwarový regulátor napětí (Dual Charging). Qualcomm v QC 2.0 dále zavedl port HVDCP (High Voltage Dedicated Charging Port), který reguluje napětí na úroveň vyžadovanou v daném okamžiku telefonem. V roce 2016 představená technologie QC 3.0 zavrhla fixní úrovně napětí a namísto toho umožnila dynamické napájení v rozsahu od 2,6 do 20 voltů po 200mV krocích (HVDCP+).

S nabíjecím proudem na úrovni až 3 A dokážou zařízení kompatibilní s QC 3.0 vytáhnout z nabíječky 10 až 60 W. Technologie HVDCP+ používá pro koordinaci úrovně napětí USB kabel a při nabíjení znemožňuje datovou komunikaci. Optimální úroveň napětí určuje algoritmus čipu jednotky správy napájení telefonu a Qualcomm této technologii přezdívá INOV (Intelligent Negotiation for Optimum Voltage).

Základní myšlenka je taková, že v případě dobíjení téměř prázdné baterie telefonu dokáže nabíječka dodat mnohem vyšší napětí a proud, které se ale po dobití na určitou úroveň kapacity baterie sníží, aby nedošlo k přebití a nadměrnému poškození akumulátoru. V nejnovější generaci QC4.0 Qualcomm technologii INOV upravil tak, že smartphone si může v rámci dovoleného rozsahu řídit nabíjení po 20mV krocích. I když za pohromu v podobě vybuchujících akumulátorů telefonů Samsung Galaxy Note 7 nebyla zodpovědná technologie Quick Charge, nepříjemná aféra rozpoutala debatu o bezpečnosti technologií rychlého dobíjení smartphonů.

Pro zajištění co největší bezpečnosti používá Quick Charge technologii Battery Saver, která dokáže v reálném čase sledovat teplotu akumulátoru, úroveň nabíjecího proudu a napětí. QC4.0 definuje čtyři úrovně tepelné kontroly, takže by nemělo docházet k nadměrnému zahřívání baterie ani nabíječky. QC4.0 dokáže také během nabíjení analyzovat kvalitu použitého kabelu.

Ve spolupráci s USB

Nová generace QC4.0 bude podporovat standard USB konsorcia nazvaný Power Delivery, protože Google doporučuje podporu USB-PD výrobcům smartphonů se systémem Android 7. Qualcomm přistupuje k této specifikaci pragmaticky a používá u QC4.0 standard USB-PD jako komunikační protokol pro kontrolu výkonu nabíječky, a to tentokrát aniž by docházelo k blokování datových linek USB kabelu. Bude tedy Quick Charge do budoucna zbytečný? Podle Qualcommu ne, protože zatím jako jediný nabízí sledování teploty a optimalizaci nabíjení v reálném čase.

Řízení výkonu používá pro výpočet požadované intenzity standard USB-PD. Google implementoval do Androidu 7 podporu standardu USB Power 

Delivery, který bude používat i Quick Charge 4.0:

Výkon nabíječky Příkon (W) děleno Výsledný proud
0,5 do 15 W Napětím 5 V min. 0,1 až max. 3 A
15 do 27 W Napětím 9 V min. 1,7 až max. 3 A
27 do 45 W Napětím 15 V min. 1,8 až max. 3 A
45 do 60 W Napětím 20 V min. 2,25 až max. 3 A
60 do 100 W Napětím 20 V min. 3 až max. 5 A

Foto popis| Quick Charge 4.0: Co je nového? Quick Charge 4.0 zdědil řadu vlastností předchozích generací. Hlavní novinkou je kompatibilita s USB-PD. Prvními procesory s podporou čtvrté generace Quick Charge budou čipy Qualcomm Snapdragon 835.
Foto popis| Vývoj technologie Quick Charge Technologie Quick Charge ve verzi 1.0 vznikla v roce 2013. Další verze pak stále lépe optimalizovaly nabíjení s proměnlivou intenzitou napětí a proudu včetně kontroly proti poškození akumulátoru.
Foto popis| USB-Standard Sony Xperia Z Standardní rychlost nabíjení přes USB konektor činí 5 voltů a 900 miliampérů.
Foto popis| Quick Charge 1.0 2013 Samsung Galaxy S3
Foto popis| Nové funkce > Možnost regulace nabíjecího proudu > Automatická detekce nabíječky
Foto popis| Quick Charge 2.0 2015 Google Nexus 6
Foto popis| Nové funkce > Regulace napětí ve třech krocích (5V / 9V / 12 V) > Využívá dva regulátory napětí
Foto popis| Quick Charge 3.0 2016 LG G5
Foto popis| Nové funkce > Dynamická regulace napětí pomocí algoritmu > Ochrana baterie
Foto popis| Quick Charge 4.0 2017 Samsung Galaxy S8
Foto popis| Nové funkce > Kompatibilita s USB Power Delivery > Automatická kontrola kvality kabelu
Foto popis| Vzájemná komunikace nabíječky a telefonu Rychlé nabíjení prostřednictvím technologie Quick Charge vyžaduje komunikaci mezi telefonem a napájecím zdrojem, který dodává energii v různých úrovních.
Foto popis| Google Pixel XL Smartphony Google Pixel a Pixel XL podporují USB-PD a mohou se dobíjet proudem na úrovni 2 A až při 9 V, tedy 18 watty.

O autorovi| JÖRG GEIGER, autor@chip.cz


Příbuzná témata: