Contente

• Padrões de carregamento rápidos explicados
• Fornecimento de energia USB
• Qualcomm Quick Charge
• Outras normas
• Como carregar rapidamente uma bateria de íon de lítio
• Carregamento rápido em alta tensão?
• Por que usar tensões mais altas?
• Embrulhar
• Relacionado

O carregamento rápido é essencial para os telefones de hoje. Mantém nossas baterias carregadas durante dias ocupados. No entanto, existem vários padrões diferentes de diferentes empresas. Alguns funcionam apenas com cabos e carregadores específicos, enquanto outros usam voltagens mais altas. Tudo pode ficar um pouco confuso, então estamos aqui para entender isso.

Em poucas palavras, o carregamento rápido aumenta a corrente enviada à bateria para preencher sua capacidade mais rapidamente. A especificação USB básica envia apenas 0,5 amperes (A) de corrente usando 5 volts (V) por apenas 2,5 watts (W). As tecnologias de carregamento rápido aumentam esses números. A SuperCharge 10V / 4A da Huawei produz 40W e o último carregamento rápido adaptável da Samsung produz 15W de suco. Algumas empresas chinesas até possuem tecnologias de carregamento que podem atingir até 100W. Todos os serviços de carregamento rápido compartilham um tema comum - mais poder.

Essa é apenas a visão geral básica. Como uma bateria realmente se carrega é mais complicado. Antes de chegarmos a isso, vamos analisar as diferenças entre todos esses padrões de cobrança rápida com mais detalhes.

Padrões de carregamento rápidos explicados

Fornecimento de energia USB

O USB Power Delivery (USB-PD) é a especificação oficial de carregamento rápido publicada pelo USB-IF em 2012. O padrão pode ser usado por qualquer dispositivo com uma porta USB, desde que o fabricante inclua o circuito e o software necessários. Assim como todos os padrões de carregamento rápido, o USB-PD implementa um protocolo de dados para se comunicar entre o carregador e o telefone. Isso negocia o fornecimento máximo de energia tolerável para o carregador e o telefone.

O USB Power Delivery aumenta as velocidades básicas de carregamento USB para até 100W de potência de saída. A quantidade de energia disponível é dividida em diferentes classificações de potência, que operam em tensões diferentes. Os modos 7,5W + e 15W + são melhores para telefones, enquanto 27W e acima são para laptops e outros dispositivos de alta potência. O padrão também suporta energia bidirecional, permitindo que o telefone carregue outros periféricos.

A série Pixel do Google utiliza a especificação oficial de fornecimento de energia, e a tecnologia é suportada na grande maioria dos principais smartphones atualmente. A Apple também implementa o padrão nos MacBooks para iPhone 8, iPhone X, iPhone XS e mais recentes. No entanto, muitas empresas preferem seus próprios padrões de cobrança proprietários imediatamente.

Qualcomm Quick Charge

A tecnologia Quick Charge, proprietária da Qualcomm, já foi o padrão padrão no setor de smartphones, pois popularizou o carregamento rápido antes do USB Power Delivery. A mais recente revisão 4.0+ do Quick Charge é compatível com o Power Delivery, permitindo velocidades de carregamento mais rápidas e uma ampla gama de suporte.

O Quick Charge é um recurso opcional disponível nos processadores Snapdragon da Qualcomm. Portanto, o fato de um telefone possuir um chip Qualcomm não significa que ele seja compatível com o Quick Charge. Mesmo assim, uma grande variedade de telefones oferece suporte ao Quick Charge, incluindo LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus e muitos mais. Também existe um amplo ecossistema de carregadores herdados e acessórios de terceiros, devido à popularidade do padrão.

Outras normas

No ecossistema de smartphones, muitos modelos usam tecnologias internas em vez dos padrões mais onipresentes acima. No entanto, apenas alguns desses padrões são realmente proprietários. Muitos são apenas Power Delivery ou Quick Charge reembalados com um nome de marca diferente ou apresentando alguns ajustes específicos à tecnologia - as tecnologias Adaptive Charging da Samsung e Turbo Charging da Motorola vêm à mente.

Outros, como o VOOC da Oppo e o SuperCharge da Huawei, funcionam de maneira bem diferente. Isso aumenta bastante a quantidade de corrente para carregamento de alta potência, em vez de aumentar a tensão. As velocidades de carregamento dessas tecnologias proprietárias aumentaram bastante ao longo dos anos, com SuperCharge, Super VOCC e WarpCharge 30 do OnePlus sendo algumas das mais rápidas do mercado. Aqui está como algumas das tecnologias mais comuns se comparam lado a lado.

É possível suportar vários padrões ou pelo menos garantir algum nível de compatibilidade com diferentes métodos de carregamento rápido. Infelizmente, isso gera muita imprevisibilidade sobre as velocidades exatas de carregamento que você recebe ao usar telefones com carregadores diferentes e até cabos diferentes.

Após testar vários telefones, encontramos uma grande variação na quantidade de energia que cada telefone negociava, dependendo do carregador e do cabo usado. Os melhores resultados geralmente são alcançados usando o cabo e o carregador fornecidos na caixa com o seu telefone.

Como carregar rapidamente uma bateria de íon de lítio

Agora que cobrimos os padrões, vamos nos aprofundar na rapidez com que o carregamento acelera o ciclo de carregamento de uma bateria. As baterias de íon de lítio usadas em smartphones e outros aparelhos eletrônicos não carregam de maneira linear. O ciclo de carregamento é dividido em duas fases distintas.

A primeira é a crescente tensão, ou fase de corrente constante. A voltagem da bateria aumenta constantemente de 2V até o pico de cerca de 4.2V enquanto carrega. Isso varia dependendo da bateria exata. A bateria consome a corrente de pico mais alta durante esta fase, que permanece constante até que a tensão da bateria alcance o pico.

A tensão se torna constante e a corrente começa a cair. As baterias que carregam além desse ponto consomem menos corrente e, portanto, carregam mais lentamente. É por isso que os primeiros 50 ou 60% do seu telefone cobram consideravelmente mais rápido.

O carregamento da bateria ocorre em duas fases. Tensão ascendente / corrente constante e tensão constante / corrente descendente. A primeira fase é adequada para carregamento rápido de alta corrente.

As tecnologias de carregamento rápido exploram a fase atual constante. Bombear o máximo de corrente possível para a bateria antes que ela atinja seu pico de tensão. Portanto, as tecnologias de carregamento rápido são mais eficazes quando a bateria está com menos de 50% de carga, mas têm pouco ou nenhum efeito quando você passa por 80%. Aliás, o carregamento constante da corrente é o período menos prejudicial para a saúde a longo prazo da bateria. Uma tensão constante mais alta, juntamente com o calor, é prejudicial à vida útil da bateria.

Finalmente, a quantidade de tensão e corrente passada para a bateria é controlada através de um circuito controlador de carga dentro do telefone. Juntamente com sensores de temperatura e tensão, o controlador pode gerenciar a quantidade de corrente para otimizar a velocidade de carga da bateria e a saúde a longo prazo.

Carregamento rápido em alta tensão?

Alguns de vocês podem ter percebido um problema aparente aqui. Se as baterias de íon-lítio tiverem uma voltagem típica em torno de 3 a 4,2V, não é perigoso usar carregadores de alta voltagem?

Normalmente, esse seria o caso, mas os circuitos de smartphones diminuem a tensão e aumentam a corrente. Isso mantém a quantidade de energia transferida igual (P = IV), mas move a tensão para a faixa correta. E não, os cabos de carregamento rápido não fazem conversão de tensão CA. Se você olhar na parte de trás do carregador, poderá identificar o pequeno ícone de corrente contínua CC ⎓. USB é sempre um sistema de fornecimento de energia DC.

Os circuitos de carregamento rápido de alta voltagem usam uma fonte de alimentação de interrupção no modo comutador, também conhecida como inversor buck. Este circuito pega uma alta tensão CC e a converte em uma tensão CC mais baixa. Idealmente, também multiplica a corrente pela quantidade inversa, graças às suas características de "bomba de carga". É essencialmente um interruptor que alterna a tensão de entrada para carregar um capacitor com muita corrente.

Isso parece complicado, mas siga os gráficos à direita. A alta tensão de entrada é ligada e desligada para criar um sinal PWM de Vin. Isso induz uma alta corrente de "bombeamento" através do indutor L para o capacitor Cout. Na carga (bateria), vemos uma corrente alta e baixa tensão média (Vout).

Descer de 10V / 1A para 5V produz idealmente 2A de corrente após o conversor. No mundo real, sempre há alguma perda associada a essas conversões (normalmente, estas são acima de 90% de eficiência), dissipadas como calor. As fontes de alimentação de modo comutado também geralmente gastam menos energia que um regulador linear.

Por que usar tensões mais altas?

Existem duas razões principais para usar tensões mais altas. Primeiro, as fontes de alimentação comutadas são mais eficientes do que os reguladores lineares, que diminuem as tensões por meio da dissipação de calor. Isso é especialmente importante para manter nossos telefones e as baterias frias.

O segundo diz respeito à perda de energia através de cabos USB, particularmente os mais longos. Um resistor, como um comprimento de fio, reduz a tensão com base na corrente que passa por ele (lei de Ohm V = IR). A transmissão da mesma energia usando uma tensão mais alta e uma corrente mais baixa perde menos energia ao longo do comprimento do cabo. Isso é mais eficiente e por que a rede elétrica principal é de centenas de volts e não de 5V.

No entanto, o trade-off é que os conversores buck são mais facilmente limitados por corrente do que os reguladores lineares. A potência máxima de saída depende do tamanho do indutor, do capacitor e da ondulação de tensão, bem como da frequência de comutação, além das capacidades de potência dos transistores. Só é possível alcançar correntes muito altas por meio de um regulador de tensão linear mais tradicional. É por isso que algumas das tecnologias de carregamento rápido de baixa tensão e 5V, como as da Huawei e OPPO, oferecem mais potência total do que as versões de comutação de alta tensão da Qualcomm e Samsung.

A mais recente tecnologia Pump Express da MediaTek atende tanto ao modo de comutação quanto ao carregamento do regulador linear.

O diagrama acima mostra como o PumpExpress 3.0 e o 4.0 da MediaTek conseguem alcançar até 5A de corrente de carregamento. Se um cabo 5A estiver conectado, sua tecnologia ignora o carregador de comutação convencional para permitir uma corrente mais alta. Nesse caso, o circuito negocia a tensão necessária nas linhas de dados, aumentando e diminuindo a tensão de carregamento do Vbus para obter a máxima eficiência.

Embrulhar

O carregamento rápido abrange uma variedade de diferentes tecnologias possíveis, cada uma com seus próprios prós e contras. É em parte por isso que existem tantos padrões diferentes no mercado, pois as empresas adotam suas próprias abordagens para acelerar o carregamento e maximizar a longevidade da bateria.

Algumas gerações atrás, o carregamento de alta tensão estava se tornando a norma e agora as tecnologias estão implementando tensões controladas mais baixas e correntes altas para aumentar ainda mais as velocidades. No entanto, isso requer cabos mais grossos e adiciona outra dor de cabeça de compatibilidade.

O USB Power Delivery já é bastante adotado. Provavelmente formará a espinha dorsal de todos os padrões de carregamento USB daqui para frente, embora provavelmente veremos empresas experimentando suas próprias soluções ainda mais rápidas, além de oferecer suporte a esse padrão universal.

Relacionado

• Aqui estão os melhores telefones com baterias de carregamento rápido
• Aqui estão os melhores carregadores Samsung Galaxy
• Quick Charge 3.0: o que você precisa saber
• Cabos de carregamento mais rápidos - qual é o melhor para você?
• 6 mitos comuns sobre bateria que você provavelmente acredita
• Como corrigir problemas de consumo de bateria do Android e prolongar a vida útil da bateria
• Smartphones Android com a melhor duração da bateria
• Melhores telefones com capacidade de carregamento sem fio
•  Hábitos de carregamento para maximizar a vida útil da bateria
• Melhores carregadores sem fio - quais são suas escolhas?