Szybkie ładowanie to jedna z najbardziej przydatnych funkcji wprowadzonych do smartfonów w ciągu ostatnich kilku lat. Zobaczmy, jak to działa.
Możliwość odzyskania kilkudziesięciu procent energii akumulatora w kilkanaście minut jest nieoceniona i przynajmniej w pewnym stopniu pozwala wybaczyć współczesnym telefonom, że na jednym ładowaniu wytrzymują ułamek tego, co Nokia 3310. Jednak za określeniem „szybkie ładowanie” kryje się kilka konkurujących ze sobą standardów. Czym się one od siebie różnią?
Jak szybciej naładować akumulator? Dostarczając mu więcej mocy. Brzmi to banalnie, ale w praktyce takie nie jest, bo nieprawidłowe ładowanie akumulatorów grozi nie tylko skróceniem ich żywotności, ale jest też niebezpieczne i może zamienić telefon komórkowy w granat bliskiego rażenia.
Oprócz tego, w grę wchodzą ograniczenia standardu USB, który nie był tworzony z myślą o zasilaniu energochłonnych urządzeń peryferyjnych, a po prostu miał służyć do przesyłania danych. Nikt nie przewidział tego, że port mikro-USB stanie się (niemal, bo Apple lubi robić rzeczy po swojemu) jedynym słusznym portem, do którego będziemy podłączać ładowarki telefonów komórkowych. Ani smartfonowej rewolucji i związanego z nią drastycznego wzrostu czasu spędzanego przez użytkowników telefonów na ich ładowaniu. O jak dużych ograniczeniach tu mówimy?
USB 2.0 zakłada, że przez kabel USB 2.0 płynie prąd o napięciu 5 V i maksymalnym natężeniu 500 mA, co daje 2,5-watowy strumień energii. Biorąc pod uwagę to, że akumulatory współczesnych smartfonów to około 12-13 watogodzin, czyli 1 W energii przez 12-13 godzin, to naładowanie ich przez standardowy port USB 2.0 zajmowałoby ponad 5 godzin – i to nie biorąc pod uwagę nieuniknionych strat energii. USB 3.0 (teraz oficjalnie znane jako USB 3.1 Gen 1) podnosi limit natężenia prądu do 900 mA, ale to nadal mało.
Osoby zajmujący się standardem USB zauważyły problem (przynajmniej w pewnym stopniu), przez co powstało rozszerzenie standardu USB o nazwie USB Battery Charging. Jego pierwsza wersja zakłada zwiększenia natężenia prądu płynącego z portu USB do 1,5 A, o ile zrezygnuje się w nim z przesyłania danych i złączy ze sobą wykorzystywane do niego piny opornikiem o rezystancji do 200 Ohmów. Krok naprzód, ale nadal zbyt mały. Pod koniec 2010 roku powstała wersja 1.2 standardu USB Battery Charging i w niej bardzo zwiększono wszystkie limity: stało się możliwe przesyłanie prądu o natężeniu 1,5 A bez rezygnowania z transferu danych (czyli teraz 1,5 A mogło popłynąć nie tylko z ładowarki, ale też z portu USB komputera, więc to stąd wzięły się specjalnie oznaczone na płytach głównych złącza USB), a ładowarki USB zgodne z tym standardem mogły wysyłać do podłączonych do nich urządzeń prąd o natężeniu aż 5 A (czyli 10 razy większym, niż zakłada USB 2.0 bez rozszerzenia Battery Charging!).
To starczyłoby z nawiązką do szybkiego ładowania smartfonów, gdyby… nie zapisek w specyfikacji mówiący, że wszystkie urządzenia przenośne nadal obowiązuje limit natężenia do 1,5 A.
Krótko mówiąc, firmy chcące przyspieszyć ładowanie telefonów musiały poradzić sobie same, bo standard USB, zamiast pomagać, rzucał kolejne kłody pod nogi. W ciągu ostatnich kilku lat wykształciły się dwa główne nurty rozwiązań mających sobie poradzić z tym problemem: jeden polegał na dostarczaniu do telefonu prądu o większym napięciu, a drugi na dostarczaniu prądu o większym natężeniu.
Quick Charge – sposób Qualcomma na ograniczenia USB
Pierwszy do gry o szybkie ładowanie smartfonów wszedł Qualcomm. W 2013 roku światło dzienne ujrzał standard Quick Charge 1.0. Aby móc dzięki niemu przyspieszyć ładowanie telefonu, potrzebny był odpowiedni procesor (oczywiście Qualcomma), ładowarka i mikrokontroler w telefonie. No i firma chcąca zaimplementować to rozwiązanie w swoim produkcie musiała uiścić opłatę licencyjną. Gdy warunki te zostały spełnione, do smartfonu docierał prąd o napięciu 5 V i natężeniu 2 A, co dawało już 10 W mocy. Standardy Quick Charge 2.0 i 3.0 wprowadziły regulację napięcia, które w trzeciej wersji Quick Charge może być zmieniane w zakresie od 3,6 do aż 20 V, a maksymalna moc została w nich zwiększona do 18 W.
Pomysł na dynamiczną regulację napięcia ma związek z tym, że akumulatory litowe (czyli te wykorzystywane w telefonach) dobrze znoszą bardzo szybkie ładowanie przez pierwsze 50-60%, a potem trzeba zmniejszać prąd ładowania i ładować je coraz wolniej, aby nie igrać z ich żywotnością i wybuchową naturą. Czyli celem Quick Charge 2.0 i 3.0 jest ładowanie tak szybko, jak to możliwe, ale tylko wtedy, gdy jest to bezpieczne. Wprowadza to dodatkowy poziom skomplikowania do tematu ładowania, ale to właśnie dzięki temu jest możliwe naładowanie ponad 40% akumulatora w 20 minut. Natomiast Quick Charge 4.0… o Quick Charge 4.0 napiszę więcej w kolejnym artykule, bo aby zrozumieć po co Qualcomm wprowadził nową wersję swojego standardu, najpierw trzeba zrozumieć zamieszanie wywołane przez USB typu C.
Największą zaletą Quick Charge, jest to, że… działa i dzięki popularności procesorów Qualcomma znalezienie urządzeń i ładowarek kompatybilnych z tym standardem jest relatywnie łatwe. Ale nie jest to rozwiązanie idealne.
VOOC, Dash Charge, Super Charge – większe natężenie zamiast większego napięcia
Jak wspominałem w poprzednim śródtytule, kolejne wersje Quick Charge zwiększały napięcie prądu przesyłanego do telefonu, ale natężenie nie przekraczało 2 A. Dzięki temu można było uniknąć stawiania przewodom ładowarek wygórowanych wymagań. Jednak takie zwiększanie napięcia ma pewne wady.
Akumulatory litowe współczesnych smartfonów przeważnie ładuje się prądem o napięciu trochę ponad 4 V, więc jeśli do telefonu dostarczany jest prąd o trzy razy większym napięciu, to trzeba coś z nim zrobić. Zajmuje się tym odpowiedni układ scalony i wiąże się to z wydzielaniem ciepła. A duża ilość ciepła to wróg smartfonów. Między innymi z tego powodu Quick Charge działa jak trzeba właściwie tylko wtedy, gdy telefon nie jest używany w trakcie ładowania. Jeśli próbuje się jednocześnie szybko ładować telefon i na nim grać, to albo będzie się to wiązało ze znacznym spadkiem wydajności (telefon będzie próbował bronić się przed przegrzaniem i spowolni zegary procesora), albo ze znacznym spowolnieniem szybkości ładowania, albo z jednym i z drugim. Poza tym, ładowanie akumulatorów litowych w wysokiej temperaturze szybko skraca ich żywotność, a w dobie smartfonów w niewymienialnymi akumulatorami nie jest to pożądany efekt uboczny.
Rozwiązaniem problemu mają być techniki ładowania, w których ładowarki wyprowadzają z siebie prąd o standardowym dla USB napięciu 5 V (lub bardzo bliskim 5 V), ale za to o zdecydowanie wyższym natężeniu. Mowa tu o VOOC występującym w urządzeniach Oppo, Dash Charge znanym z OnePlus 3/3T (5V, 4A, czyli 20 W) i Super Charge z Huawei Mate 9 (5 V i 4,5 A, lub 4,5 V i 5 A, czyli 22,5 W). Dzięki temu kontroler ładowania w telefonie może być prostszy, bo większość pracy jest wykonywana przez układy znajdujące się w ładowarce, a to wiąże się z mniejszą ilością ciepła wytwarzanego przez telefon. O ile mniejszą? Niestety, bardzo trudno to sprawdzić, bo aby uzyskać w pełni miarodajne wyniki, potrzebny byłby ten sam telefon w dwóch wersjach: jednej z Quick Charge, a drugiej z konkurencyjnym rozwiązaniem. Dlatego musiałem się pogodzić z pewnym półśrodkiem.
Różne podejście do szybkiego ładowania w praktyce
Do testów wziąłem Axona 7 ZTE (Snapdragon 820, akumulator 3250 mAh, Quick Charge 3.0) iOnePlus 3T (Snapdragon 821, akumulator 3400 mAh, Dash Charge). Oba telefony rozładowałem do około 10%, pozwoliłem im wystudzić się do temperatury pokojowej, po czym podłączyłem do ładowarki na 20 minut i wykonałem im zdjęcia kamerą termowizyjną. Efekt?
Okolice akumulatora w telefonie ZTE były o około 1 stopień cieplejsze, co może oznaczać, że Dash Charge faktycznie gwarantuje niższe temperatury, albo… że obudowa OnePlus 3T trochę lepiej odprowadza ciepło;) Inaczej mówiąc, różnice nie są duże i trudno jednoznacznie wskazać palcem skąd się one biorą.
Za to bardzo ciekawie wygląda porównanie temperatur ładowarek. Ładowarki zgodne z Dash Charge/VOOC/ Super Chare są zdecydowanie większe, cięższe i… cieplejsze od ładowarek Quick Charge, co czuć od razu po ich dotknięciu i łatwo zweryfikować kamerą termowizyjną:
Ładowarka OnePlus jest cieplejsza aż o 6 stopni Celsjusza, nagrzewa się na większej powierzchni i mocniej podgrzewa wtyczkę USB. Czyli faktycznie musi robić coś, czego nie robi ładowarka Quick Charge, choć – jak już wspominałem – trudno powiedzieć, co to tak naprawdę daje w praktyce.
Próbowałem sprawdzić jak kształtuje się wydajność i temperatury obu smartfonów w czasie grania, ale tutaj znowu napotkałem na poważne przeszkody stojące na drodze do wyciągnięcia sensownych wniosków. Największą z nich były różnie skonfigurowane limity temperatur obu telefonów. Oprogramowanie OnePlus 3T, zanim aktywuje mechanizmy zabezpieczające spowalniające procesor i szybkość ładowania, pozwala temu telefonowi na rozgrzanie się do znacznie wyższych temperatur, więc nie da się powiedzieć na ile wyższa wydajność tego telefonu w czasie ładowania to zasługa teoretycznie chłodniejszego sposobu ładowania, a na ile mniej rygorystycznych limitów.
Podsumowując, w teorii rozwiązania konkurujące z Quick Charge powinny mieć pod pewnymi względami przewagę nad standardem Qualcomma, ale trudno stwierdzić tak naprawdę jak duża ona jest. Za to łatwo wskazać palcem aspekty, w których są one zauważalnie gorsze.
O pierwszym wspomniałem już przed chwilą – ładowarki zgodne z techniką tego typu są większe i cieplejsze niż ładowarki Quick Charge. Po drugie, wymagają grubszych i nie za długich kabli. Straty w energii przesyłanej przez przewód rosną z kwadratem natężenia, więc aby sobie poradzić ze stratami wynikającymi z podniesieniem go z 2 do 4 A, trzeba znacznie pogrubić kabel, przez który ma on płynąć prąd. Czyli jeśli zgubisz fabryczny kabel, który znajdował się w pudełku z telefonem, to nie wystarczy tani zamiennik wyciągnięty z szuflady, bo wtedy szybkie ładowanie nie zadziała. To nie znaczy, że Quick Charge zadziała z każdym przewodem, bo jeśli będzie on zbyt długi i/lub zbyt cienki, to powstaną problemy, ale wymagania stawiane kablom przez ładowarki i telefony kompatybilne z Quick Charge są zdecydowanie niższe niż w przypadku VOOC/Dash Charge/Super Charge itp. Po trzecie, wszystkie te techniki są niekompatybilne z konkurencyjnymi, więc jeśli masz telefon z Dash Charge, to naładujesz go szybko jedynie ładowarką OnePlus Dash Charge podłączoną przewodem Dash Charge, a to już trąca o czasy, gdy ludzie pytali się na wyjazdach „kto ma ładowarkę do Nokii z cienkim bolcem”, do których nikt nie chce wracać. Wspomniane wady, trudne do zweryfikowania zalety i nowe standardy USB sprawiają, że trudno mi traktować te rozwiązania jako coś więcej niż chwilowy trend, który niedługo zostanie wyparty przez rozwiązania może i pod pewnymi względami gorsze, ale jednak wygodniejsze i powszechniejsze.
Który telefon naładujemy najszybciej?
Szerzej zakrojone testy, wykorzystujące aż osiem standardów ładowania, przynoszą ciekawy rezultat i wskazują, że Quick Charge wcale nie dzierży palmy pierwszeństwa w szybkości ładowania. Serwis Hometop sprawdził w praktyce osiem ładowarek w pracy z ośmioma dedykowanymi im smartfonami, by znaleźć odpowiedź na pytanie, która marka telefonów z przeznaczonymi im ładowarkami będzie pracować najszybciej. Poniższe rezultaty pokazują, ile mAh na minutę są w stanie doładować konkretne standardy w dedykowanych im smartfonach:
- Huawei Super Charge (Honor 10) – 46,57 mAh/min
- Dash Charging (OP6) – 41,25 mAh/min
- Samsung Adaptive Fast Charge (Samsung S9+) – 33,33 mAh/min
- Motorola Turbo Charge (Moto Z2 Force) – 33,3 mAh/min
- Qualcomm Quick Charge (LG G7 ThinQ) – 30 mAh/min
- Pump Express (Ulefone T1) – 25,55 mAh/min
- USB Power Delivery (Pixel 2 XL) – 23,15 mAh/min
- Apple Fast Charge (iPhone X) – 21,73 mAh/min
Wyniki pokazują, że w praktyce szybkie ładowanie od Apple jest ponad dwukrotnie wolniejsze od najszybszego standardu, stosowanego przez Huawei. Wiele zależy jednak także od samego telefonu. Które z nich, na dołączonych do zestawu ładowarkach, naładujemy najszybciej? Oto zestawienie dostępnych dziś smartfonów o najkrótszym czasie ładowania, według testów PhoneArena.
- Samsung Galaxy S6 – 78 minut
- OnePlus 6 – 80 minut
- Xiaomi Mi Mix 2 – 88 minut
- Samsung Galaxy S7 – 88 minut
- Samsung Galaxy A5 (2017) – 91 minut
W przypadku braku dostępu do gniazdek, przydać się mogą smartfony z pojemną baterią. Te, które wytrzymują najdłużej na jednym ładowaniu, znajdziecie na liście poniżej. Wskazuje ona, jak długo smartfon wytrzymuje podczas ciągłego użytkowania z włączonym ekranem:
- Xiaomi Mi Max 2 – 17h 22m
- Motorola Moto E5 Plus – 15h 8m
- Xiaomi Redmi 3S – 13h 38m
- Huawei Mate 9 – 12h 14m
- Huawei Mate 10 Pro – 12h 5m
Dla porównania, iPhone X w teście uzyskał czas 8 godzin i 41 minut. Telefony z dużą baterią świetnie nadają się jako nawigacje, zarówno do samochodu, jak i pieszych wycieczek.
A32N1331 ASUS 450 E451 E551 PU450 PU451 PU550 PU551 PRO450 Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
PA5162U-1BRS 5600mah Toshiba Portege R30 R30-A seria Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
PA5163U-1BRS 8100mah/93WH Toshiba PORTEGE R30-A-137 R30-A-17D seri Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
245RR T0TRM H76MV 7D1WJ 91Wh/9cell Dell XPS 15 9530 Precision M3800 Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
H76MV T0TRM 61Wh/6cell DELL Precision M3800 & XPS 15 9530 61Wh 11.1V Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
729892-001 HSTNN-DB5P HSTNN-YB5P 36Wh HP Pavilion TouchSmart 11 KP03 Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
760604-001 J6U77AA KP03 66WH/6cell HP PAVILION TOUCHSMART 11 Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
G750JH-DB71 ADP-230EB_T Delta 230W Cord/ładowarka do laptopa ASUS G750JH-DB71,ADP-230EB T,Gaming Laprtop Zasilacze do laptopów
BTY-M6F MSI GS60 seria laptopów Official Bateria pasuje do następujących modeli laptopów
