Турбо-зарядка для смартфонов: как работает технология Quick Charge

Согласно опросу Qualcomm, требования пользователей к будущим смартфонам весьма приземленные. В топ-10 пожеланий не вошли ни голосовое управление, ни виртуальная реальность, ни вообще какие бы то ни было хипстерские штучки. Зато аккумулятор занял целых три позиции: увеличенная продолжительность работы без подзарядки — на первом месте, увеличенная емкость — на третьем и более быстрая зарядка — на четвертом.

Четвертая версия технологии Quick Charge выходит как нельзя кстати вместе со Snapdragon 835, на которой работает новый флагман Galaxy S8. Qualcomm преследует весьма амбициозные цели: для получения запаса энергии для пяти часов работы среднестатистического смартфона достаточно подключить его к зарядному устройству на пять минут.

Если оставить смартфон заряжаться подольше, через 15 минут заряд типичного аккумулятора емкостью 2 750 мА·ч пополнится наполовину. По сравнению с обычным способом зарядки по стандартному USB (5В 1А), технология QC4 обещает сократить время процесса зарядки на 85%. Для этого необходим специальный блок питания, USB-кабель, по которому будет идти зарядка, микросхемы регулировки напряжения и встроенная в смартфон микросхема управления питанием.

Диалог смартфона и «зарядки»

Самая выдающаяся особенность QC заключается в том, что зарядное устройство и смартфон будут «обсуждать», каким должно быть приложенное напряжение. Если стандартная спецификация USB подразумевает напряжение в 5 В, QC4 позволяет увеличить его до 20 В. Если встроенный аккумулятор требует большего напряжения в пределах возможностей блока питания, технология это определяет и увеличивает напряжение для его зарядки.

Для воплощения идеи в действительность потребовалось пересмотреть процесс зарядки, поскольку на линии питания USB происходят целенаправленные изменения, а использование линий передачи данных для зарядки не отвечает их назначению. Поэтому до сих пор одновременно передавать данные и быстро заряжать при помощи Quick Charge было невозможно.

Первая версия QC, появившаяся в 2013 года, позволила увеличить силу тока на пятивольтовом источнике питания до 2 А, что давало возможность использовать до 10 Вт мощности. Для сравнения: стандартные пятивольтовые зарядные устройства USB выдают до 500 мА (USB 2.0) или 900 мА, то есть мощность составляет не больше 4,5 Вт. Вместе с первой версией QC Qualcomm ввела две другие новые технологии. Одна из них — APSD (Automatic Power Source Detection) — определяет совместимость источника питания с QC и выявляет подключение смартфона к компьютеру через USB-разъем.

Quick Charge 4.0 совместима с USB и динамически изменяет мощность зарядки

Вторая — AICL (Automatic Input Current Limit) — ограничивает входящий ток, чтобы использование мощного блока питания не привело к перенапряжению аккумулятора. Поэтому блок питания с поддержкой QC можно использовать даже на тех смартфонах, которые не поддерживают функцию быстрой зарядки, потому что он может в случае необходимости выдавать ток с обычными для USB параметрами — 5 В и от 500 мА до 1,8 А.

Версия Quick Charge 2.0, вышедшая в 2015 году, позволила использовать источники питания с выходным напряжением не только 5 В, но и 9 и даже 12 В. Для этого в аппаратной части потребовалось применить вторую микросхему регулировки напряжения (параллельная зарядка — Dual Charging). Кроме того, производитель ввел новый выделенный порт для зарядки с повышенной мощностью (HVDCP — High Voltage Dedicated Charging Port) для подачи требуемого смартфоном напряжения.

С релизом в 2016 году QC3 все постоянные режимы зарядки практически были отменены: теперь напряжение, необходимое аккумулятору, настраивается динамически в диапазоне 3,6-20 В с шагом 200 мВ (HVDCP+). При токе до 3 А зарядные устройства выдают мощность от 10 до 60 Вт. Но для настройки на необходимое напряжение HVDCP+ использует линии передачи данных USB, которые и продолжает блокировать по сей день.

Подаваемое напряжение определяется алгоритмом управления питанием смартфона. Qualcomm называет его Intelligent Negotiation for Optimum Voltage («умное» определение оптимального напряжения). Дело в том, что по мере того, как аккумулятор заряжается, он снижает требуемую силу тока. INOV оптимизирует подаваемое в процессе зарядки напряжение, в результате чего предотвращается перенапряжение аккумулятора.

В четвертой версии QC разработчик усовершенствовал алгоритм INOV: смартфоны теперь могут динамически настраивать напряжение с шагом 20 мВ. Samsung Galaxy Note 7 поднимает вопросы безопасности технологий быстрых зарядок, даже если в истории не замешана Quick Charge. Для таких случаев Qualcomm предусмотрела технологию, направленную на сохранение емкости и работоспособности аккумулятора (Battery saver technology): она контролирует температурный режим аккумулятора, приложенное напряжение и силу тока в реальном времени. QC4 подразумевает четырехуровневую защиту от перегрева аккумулятора и блока питания. Кроме того, QC4 способна определять тип и качество подключенного кабеля.

Сотрудничество с USB

В QC4 Qualcomm впервые внедрила поддержку стандарта быстрой зарядки консорциума USB Power Delivery, строго рекомендованного Google для всех устройств на Android 7.0. Компания приступила к исполнению этого предписания с практической стороны и задействовала USB PD для QC4 в качестве протокола передачи данных для ведения диалога между устройствами о мощности, отдаваемой блоком питания, причем без блокирования линий передачи данных USB.

Quick Charge 4.0: что нового?

Quick Charge 4 унаследовала особенности предыдущих версий. Главная новинка — совместимость с USB PD. Впервые четвертая версия технологии быстрой зарядки Qualcomm реализована в системе на кристалле Snapdragon 835.

Эволюция Quick Charge

Первая версия Quick Charge появилась в 2013 году, и в каждом новом поколении основополагающая идея динамически подстраивать напряжение и силу тока все больше совершенствовалась.