فست شارژ چیست و چگونه کار می کند؟

فست شارژ چیست و چگونه کار می کند؟ تفاوت شارژر سریع و معمولی در چیست؟ آیا شارژر فست به گوشی آسیب می رساند؟

با ما باشید تا به سوال های بالا پاسخ دهیم.

 

 

شارژ سریع چیست؟

در سال های اخیر ظرفیت باتری گوشی ها افزایش قابل توجهی پیدا کرده است. با وجود اینکه مصرف انرژی چیپست ها و سایر قطعات گوشی های هوشمند همزمان با پیشرفت فناوری بهینه تر شده، ولی از آن سو اپلیکیشن ها و بازی ها نیز پیشرفته تر شده اند و نیاز به قدرت پردازشی افزون تری دارند. به همین دلیل شارژرهای سریع اهمیتی دو چندان پیدا کرده اند. اما تکنولوژی fast charge چگونه کار می کند؟

شارژهای سریع شدت جریان الکتریکی ارسال شده به باتری را افزایش می دهند تا شارژ در زمان کمتری انجام شود. در خصوصیات اولیه درگاه های USB میزان جریان انتقال داده شده 0.5 آمپر و ولتاژ 5 ولت تعریف شده است. به این ترتیب می توان گفت توان انتقالی استاندارد در USB پایه، 2.5 وات است . شارژ سریع این میزان را افزایش می دهد. به عنوان مثال می توان به فناوری fast chare هواوی با ولتاژ 5 ولت و شدت جریان 5 آمپر اشاره کرد که حداکثر توان 25 وات را حاصل می کند. سامسونگ هم از شارژرهای 9 ولت و 1.7 آمپر (و البته مدل های پیشرفته تر) بهره می برد که توانی 15 واتی دارند.

به عبارت دیگر می توان گفت شارژرهای سریع توان بیشتری را فراهم می کنند.

تفاوت فست شارژ با شارژرهای معمولی

قبل از هر چیز بهتر است تا درباره نحوه کارکرد یک شارژ معمولی کمی توضیح دهیم.
باتری هایی که در گوشی های موبایل مورد استفاده قرار می گیرد، از نوع باتری های قابل شارژ است که انرژی را ذخیره و در زمان مورد نیاز به بار تحویل می دهد. این باتری ها دارای توان بالا، نرخ شارژ سریع و مشخصه عملکرد بهتر در دمای پایین می باشد.
اما همه باتری ها به طور معمول دارای دو الکترود و یک الکترولیت هستند. الکترودهای مثبت و منفی که با یک الکترولیت از یکدیگر جدا شده اند، با انتقال الکترون و یا حفره قادر به برقراری جریان در بین یکدیگر هستند. با اتصال باتری به مصرف کننده، بارهای منفی از طریق سیم به مصرف کننده وارد شده و در آن انرژی تولید می کنند. بارهای منفی به مرور به سمت بارهای مثبت جذب شده و آن ها را خنثی می کنند، در نتیچه باتری به اصطلاح خالی می شود.

اولین تفاوت این شارژها در اجزاء تشکیل دهنده آن ها است. این شارژرها دارای یک کابل متفاوت، یک چیپست در شارژر و یک چیپست در گوشی تفلن همراه است. شاید عجیب باشد، اما در صورتی که از کابل دیگری جز کابل خودش برای fast charge استفاده کنید، دستگاه شارژ نخواهد شد. قطر کابل، طول آن و جنس فلز کابل در میزان افزایش سرعت شارژ دستگاه نقش دارد.
اما مهمترین تفاوت fast charge با شارژهای نسل قبل در میزان توان تولیدی است. شارژهای معمولی توانی معادل با ۲٫۵ وات ارسال می کردند، در صورتی که توان ارسالی شارژ سریع بسیار بالاتر از این رقم است. به طور مثال fast charge شرکت سامسونگ توانی برابر با ۱۵ وات و fast charge شرکت هوآوی توانی برابر با ۲۵ وات را تولید می کند.
با توجه به استاندارهای جهانی، این میزان توان در گوشی ها بین ۷٫۵ تا ۱۵ وات برای گوشی های تلفن همراه و ۲۷ وات به بالا برای تبلت ها و سایر دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

استانداردهای Fast charge

این استاندارد که USB-PD هم نامیده می شود روش شارژ رسمی ارائه شده توسط انجمن پیاده سازی USB یا USB-IF است و در سال 2012 ارائه شده. این استاندارد می تواند توسط هر دستگاه مجهز به درگاه USB استفاده شود؛ البته در صورتی که سازنده دستگاه ها از مدارها و نرم افزارهای ویژه بهره ببرند.مشابه با تمامی استانداردهای شارژ سریع، USB-PD هم وابسته به پروتکل های ویژه برای ارتباط بین شارژر و گوشی است. بر این اساس حداکثر قدرت قابل تحمل برای دستگاه و نیز شارژر بین این دو مورد بررسی قرار می گیرد.

USB-PD امکان شارژ با قدرت بیش از 100 وات را فراهم می کند. در این استاندارد البته میزان ولتاژها متغیر است. توان های 7.5 و 15 وات به بالا برای گوشی ها بهترین است، در حالی که توان های 27 وات یا بیشتر می توانند در دستگاه های با مصرف بالاتر یا لپتاپ ها به کار رود. قابلیت دیگر USB-PD امکان انتقال دو سویه است. به عبارتی گوشی های سازگار با آن می توانند انرژی خود را برای شارژ به دستگاه های دیگر منتقل کنند.

گوشی های سری پیکسل گوگل با خصوصیات رسمی این استاندارد تطابق دارند. اپل نیز در آیفون 8، آیفون 10 و مک بوک های خود آن را پیاده سازی کرده است.

شارژ سریع کوالکام

فناوری  اختصاصی کوالکام از آنجایی به عنوان یک استاندارد پیش فرض مطرح شد که پیش از USB-PD به محبوبیت رسید. آخرین استاندارد کوالکام که +4.0 Quick Charge نام گرفته البته با استاندارد USB-PD هم سازگار است وfast charge  تر در کنار پشتیبانی از دستگاه های بیشتری را ارائه می دهد.

Quick Charge قابلیت شارژ سریع کوالکام است که به طور اختیاری روی چیپست های سری اسنپدراگون ارائه می شود. به این ترتیب صرف اینکه گوشی شما از چیپستی از این سری بهره می برد به این معنی نیست که از فناوری fast charge کوالکام نیز پشتیبانی می کند و در واقع ممکن است سازنده از مجهز کردن گوشی به کوئیک شارژ امتناع کرده باشد. گوشی هایی از جمله ال جی G7، گلکسی نوت 8 سامسونگ (نسخه مجهز به چیپست اسنپدراگون)، اچ تی سی U12 پلاس و بسیاری دیگر از این فناوری پشتیبانی می کنند.

باید اشاره کرد که با توجه به محبوبیت این فناوری، بسیاری از شارژرهای دیواری یا خودرو، پاوربانک ها و بسیاری تجهیزات دیگر که حتی توسط شرکت های دیگر ساخته می شوند، با کوئیک شارژ کوالکام سازگار هستند.

استانداردهای دیگر شارژ سریع

در دنیای گوشی های هوشمند بسیاری از شرکت ها به جای استانداردهای مرسومِ اشاره شده از نمونه های ویژه خود بهره می برند اما تنها برخی از آنها استانداردهای واقعاً اختصاصی خود را دارند.

بسیاری از این استانداردها همان فناوری های USB-PD یا کوئیک شارژ هستند که تنها تحت نام متفاوتی عرضه می شوند یا فناوری یا ترفندهای خاصی را به کار گرفته اند. از این نمونه ها می توان به تکنولوژی های Adaptive Charging سامسونگ و Turbo Charging موتورولا اشاره کرد.

اما برخی دیگر از جمله تکنولوژی VOOC شرکت اوپو یا SuperCharge هواوی کاملاً به طور متفاوتی عمل می کنند. بیشتر این نمونه ها از افزایش شدت جریان به جای افزایش ولتاژ بهره می برند.

در بین این شرکت ها ممکن است برخی به دلیل گسترش میزان سازگاری تا حدودی یا به طور کامل از استانداردهای دیگری نیز پشتیبانی کنند. البته متأسفانه معمولاً در صورت استفاده از شارژر یا کابل دیگر نمی توان پیش بینی کرد که شارژ با چه سرعتی انجام خواهد شد. در این شرایط برای دستیابی به بیشترین سرعت پیشنهاد می شود از شارژر و کابل ارائه شده در جعبه گوشی خود بهره ببرید.

تکنولوژی فست شارژ آیفون و.. چیست؟ (فناوری USB Power Delivery)

به صورت کلی فست شارژ ها استاندارد های مختلفی دارند که یکی از آن ها USB Power Delivery است. USB Power Delivery یا (USB-PD) از نسل USB-IF است که در سال ۲۰۱۲ ایجاد شده است. این استاندارد می تواند با یک پورت در هر دستگاهی مورد استفاده قرار گیرد که نیازمند مدار و نرم افزار لازم هم هست. قدرت خروجی در این استاندارد می تواند تا ۱۰۰W هم افزایش یابد. حالت های مناسب برای گوشی ۷٫۵W+ & 15W+ می باشد که از توان بیش از ۲۷ وات هم در لپ تاپ ها استفاده می شود

استاندارد فست شارژ سامسونگ و.. چیست؟ (فناوری Qualcomm Quick Charge)

استاندارد Qualcomm Quick Charge دیگر تکنولوژی معروفی است که برای فست شارژ در گوشی های مختلف استفاده می شود که در نسخه های جدید تر پیشرفت بهتری کرده است. از آنجایی که این تکنولوژی یکی از ویژگی های پردازنده های Qualcomm’s Snapdragon است، در گوشی هایی که از این پردازنده استفاده می کنند یافت می شود. در این استاندارد، نرخ توان با نرخ مورد نیاز باتری تنظیم می شود تا بهره وری مناسب باشد.

فناوری شارژ سریع چگونه باتری های لیتیوم-یون را شارژ می کند

امروزه باتری های لیتیوم-یون در گوشی های هوشمند و بسیاری از گجت های دیگر به کار می روند، اما این باتری های به طور خطی شارژ نمی شوند، بلکه فرایند چرخه شارژ شامل دو فاز جداگانه است.

فاز اول شامل «افزایش ولتاژ» و فاز دوم «ثابت ماندن شدت جریان» است. در مرحله اول ولتاژ به طور ثابت از 2 ولت شروع می شود و به مرور به 4.2 ولت افزایش پیدا می کند. تغییرات در این زمینه بسته به هر باتری متفاوت است. سپس در فاز دوم زمانی که ولتاژ به بالاترین حد می رسد به مرور از شدت جریان کم می شود. به این ترتیب زمانی که باتری به این شرایط می رسد به دلیل شدت جریان پایین تر، با سرعت کمتری شارژ می شود.

دقیقاً به همین دلیل است که باتری گوشی شما از ابتدا تا 50 یا 60 درصد ابتدایی با سرعت بیشتری نسبت به درصدهای بالاتر شارژ می شود. اما fast charge در واقع بخش جریان ثابت را دستکاری می کنند و تا جای ممکن جریان بیشتری را به باتری تزریق می کنند و این فرایند تا زمانی ادامه پیدا می کند که ولتاژ به بالاترین میزان خود برسد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

به همین دلیل می توان گفت fast charge، بیشتر در حالتی مفید است که باتری گوشی شما کمتر از 50 درصد باقی مانده باشد و از 80 درصد به بالا تقریباً هیچ تأثیری ندارد. در حقیقت شارژ در حالتی که جریان باتری ثابت است (به عبارتی در فاز اول و پیش از رسیدن به حداکثر ولتاژ) کمترین زیان را برای سلامت باتری گوشی شما در طولانی مدت دارد.

از سوی دیگر ولتاژ ثابت بالا در کنار گرما، دشمنان اصلی عمر باتری در طولانی مدت هستند. نباید عمر باتری را با شارژ دهی اشتباه گرفت. باتری پس از هر بار شارژ میزانی از ظرفیت اولیه خود را از دست می دهند تا اینکه در نهایت مقدار چندانی از ظرفیت آنها باقی نمی ماند. هر چه شرایط شارژ باتری پر تنش تر باشد، از میزان عمر آن کم شده و زودتر مستهلک می شود.

در نهایت باید اشاره کرد میزان ولتاژ و شدت جریان ارسال شده به باتری توسط مدارهای کنترلر ویژه ای در گوشی های همراه تنظیم می شوند. در کنار اینها حسگرهای ویژه ای میزان دما را کنترل می کنند و مقدار شدت جریان نیز مدیریت می شود تا سرعت شارژ در کنار عمر بیشتر باتری در طولانی مدت در بهینه ترین حالت ممکن باشند.

 

آیا شارژ سریع با ولتاژهای بالا مشکل ساز می شود؟

از آنجایی که ولتاژ باتری ها بین 3 تا 4.2 ولت است، پس شارژ کردن با ولتاژهای بالاتر مشکل ساز نمی شود؟ جواب سوال در ساختار مدارهای گوشی شما نهفته است.

مدارهای موجود در گوشی ولتاژ را کاهش داده و شدت جریان را افزایش می دهند. از آنجایی که توان از حاصل ضرب ولتاژ در شدت جریان به دست می آید (P=VI) در نهایت میزان توان ثابت باقی می ماند؛ البته اگر از اتلاف توان به علت گرما و سایر موارد صرف نظر کنیم. به این ترتیب میزان ولتاژ، در محدوده مناسب برای باتری محدود می شود.

به عنوان مثال 10 ولت و یک آمپر به 5 ولت 2 آمپر تبدیل می شود، در حالی که توان (تقریباً) همان 10 وات ثابت باقی می ماند. به طور معمول میزان بازدهی توان در حدود 90 درصد است و حدود 10 درصد از کل این مقدار به دلایلی که در بالا ذکر شد، از دست می رود. در نهایت باید گفت که ولتاژ بالاتر صدمه ای به باتری نمی زند، زیرا تا پیش از رسیدن به باتری کاهش پیدا می کند.

به طور معمول منابع تغذیه سوییچینگ که به صورت پله ای اقدام به کاهش ولتاژ و در نتیجه افزایش شدت جریان مستقیم خروجی می کنند، کارایی بالاتری نسبت به نمونه های رگولاتور خطی دارند، زیرا گرمای کمتری تولید می کنند که این موضوع در بحث خنک نگه داشتن گوشی و باتری ها نیز مفید واقع می شود.

 

جمع بندی

شارژ سریع شامل استانداردهای متنوعی است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در نسل های قدیمی تر استفاده از ولتاژ های بالاتر مرسوم بود، در حالی که اکنون تکنولوژی هایی به کار می روند که بر اساس آنها ولتاژهای کنترل شده پایین تر هستند ولی شدت جریان افزایش می یابد. البته فناوری های جدید به قیمت نیاز به کابل های ضخیم تر و مواردی از این قبیل تمام شده است.

اکنون فناوری USB Power Delivery به طور گسترده ای توسط بسیاری از شرکت ها پیاده سازی شده و احتمالاً در آینده به عنوان ستون فقرات تمامی استانداردهای شارژ مبتنی بر USB به کار خواهد رفت. از سوی دیگر احتمالاً بسیاری از شرکت ها همچنان به معرفی و ارائه فناوری های شارژ سریع تر ویژه خود در کنار سازگاری با استانداردهای عمومی موجود ادامه خواهند داد.