Szybkie ładowanie smartfonów - wszystko o Quick Charge, Dash Charge i innych standardach

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

USB typu C i USB Power Delivery – jeden standard szybkiego ładowania, by rządzić nimi wszystkimi?

USB typu C i USB Power Delivery, oprócz ostatecznego rozwiązania kłopotów z podłączaniem wtyczek USB właściwą stroną, mają przy okazji przynieść kres zamieszaniu panującemu w dziedzinie szybkiego ładowania smartfonów. Choć faktycznie jest szansa na osiągnięcie tego celu w niedalekiej przeszłości, to na razie trzeba się pogodzić z… jeszcze większym zamieszaniem.

USB typu C i Power Delivery w świecie szybkiego ładowania

Jak wspominałem w niedawno opublikowanym pierwszym artykule o szybkim ładowaniu, Quick Charge i jemu podobne rozwiązania powstały między innymi dlatego, że ani standard USB, ani jego rozszerzenia nie były gotowe na szybko rosnące pojemności smartfonowych akumulatorów i na to, jak często zaczęliśmy ładować telefony. Naprzeciw temu problemowi wyszedł dopiero nowy standard USB typu C. W jaki sposób?
Po pierwsze, przez najbardziej standardowy kabel z wtykami USB typu C z dwóch stron można dostarczyć znacznie więcej energii niż przez kabel ze starymi wtyczkami typu A lub B. Po drugie, powołano do życia opcjonalne rozszerzenie standardu USB-C o nazwie USB Power Delivery, będące w pewnym stopniu następcą opisanego w poprzednim artykule USB Battery Charging.
Czyli przez standardowe USB typu C - niezależnie od tego, czy za złączem tym znajduje się kontroler USB 2.0, czy USB 3.0/3.1 Gen 1 - da się przesłać do 15 W mocy, co można już uznać za ilość wystarczającą do w miarę szybkiego naładowania telefonu z akumulatorem o pojemności około 2000 mAh. W ten sposób ładowane są ostatnie Nexusy Google, czyli 6P i 5X.
Jeśli potrzebne jest jeszcze więcej mocy, można skorzystać z Power Delivery, wprowadzającego konfigurowalne napięcie i natężenie ładowania. Pozwala ono nie tylko na szybkie ładowanie telefonów, ale też zasilanie notebooków i monitorów. Po połączeniu ze sobą urządzenia i ładowarki obsługujących rozszerzenie Power Delivery, najpierw ustalają one między sobą jaki prąd może między nimi płynąć i dopiero potem rozpoczyna się ładowanie z maksymalną dostępną szybkością. Dzięki temu do telefonu można podłączyć ładowarkę USB-C od notebooka i nie trzeba się przejmować, że coś pójdzie nie tak, jak powinno.
W tej chwili jedynie smartfony Google Pixel obsługują ten standard i po podłączeniu ich do ładowarki Power Delivery płynie do nich prąd o napięciu 12 V i natężeniu 1,5 A, co daje 18 watów. Co ciekawe, 12 V, 1,5 A i 18 W to parametry ładowarki… Quick Charge 3.0 wyposażonego w port USB typu C smartfonu ZTE Axon 7  Mimo tego podobieństwa, ładowarką Axona 7 nie naładuje się szybko Pixela, a szybką ładowarką Pixela nie naładuje się szybko Axona, bo USB Power Delivery i Quick Charge 3.0, pomimo podobieństw, nie są ze sobą kompatybilne. Quick Charge 3.0 nawet wręcz łamie pewne wytyczne USB-C. Na czym polega problem? Dotyczy on sposobu, w jaki telefon dogaduje się z ładowarką.
Quick Charge, ponieważ powstawało w czasach przed popularyzacją USB typu C, musi działać z urządzeniami wyposażonymi w port USB starego typu, więc kontrolery ładowania umieszczone w telefonie i ładowarce komunikują się ze sobą przez linie kabla USB normalnie służące do przesyłania danych. Natomiast USB Power Delivery od samego początku miało funkcjonować tylko z ładowarkami i urządzeniami wyposażonymi w złącze typu C połączonymi kablem z wtyczkami typu C, negocjującymi parametry prądu zasilania za pośrednictwem nowowprowadzonej w USB typu C linii konfiguracyjnej. Krótko mówiąc, choć Quick Charge 3.0 i USB Power Delivery mają bardzo podobne założenia i możliwości, to kompatybilne z nimi sprzęty po prostu nie potrafią się ze sobą porozumieć.
Dopiero Quick Charge 4.0 jest w pełni kompatybilny ze wszystkimi wytycznymi standardu USB, w tym z rozszerzeniem Power Delivery, i cała komunikacja między telefonem a ładowarką przebiega w tej wersji standardu przez wyznaczoną do tego linię konfiguracyjną. Oznacza to też, że smartfon z Quick Charge 4.0 będzie się dało szybko naładować ładowarką USB Power Delivery i na odwrót - ładowarką Quick Charge 4.0 telefon z USB PD.
Wygląda na to, że wraz ze wzrostem liczby komputerów i ładowarek z portami USB-C będzie wzrastała popularność USB Power Delivery i Quick Charge 4.0, co nie wróży zbyt jasnej przyszłości opisanym w poprzednim artykule standardom opracowywanym na potrzeby konkretnej marki. Po prostu historia wielokrotnie pokazywała, że wygoda lubi wygrywać.

Niebezpieczne kable

Nie jest to tytuł taniego horroru, a fakt związany z tym, że aby przesłać więcej prądu, potrzebny jest lepszy przewód, a tanie przewody często nie są dobre. Jak wspominałem w poprzednim artykule, standardy szybkiego ładowania stawiające na znaczne zwiększenie natężenia płynącego prądu potrzebują znacznie grubszych i lepszych jakościowo przewodów. Kable służące do szybkiego ładowania nie mogą też być zbyt długie, bo im dłuższy kabel, tym większa jego rezystancja i tym trudniej dostarczyć prąd o odpowiednim natężeniu i utrzymać spadek napięcia w ryzach. Jeśli po podłączeniu telefonu do ładowarki kontrolery ładowania wykryją, że parametry przesyłanego prądu nie są takie, jakie być powinny, to szybkie ładowanie po prostu nie zadziała.
QuickCharge i USB PowerDelivery nie wymagają aż tak grubych kabli (przynajmniej w wersjach stworzonych z myślą o smartfonach), bo stawiają na wyższe napięcie, ale to nie znaczy, że zadziałają z każdym przewodem, bo jednak wykorzystują prąd o 3-4 większym natężeniu, niż zakłada standard USB 2.0 z wtykami typu A lub B. Dlatego jeśli zgubiłeś albo zniszczyłeś kabel USB, który był w pudełku razem z Twoim telefonem, to nie warto oszczędzać i kupować najtańszych zamienników.
Szczególnie w przypadku przewodów USB typu C - szczególnie tych, które z jednej strony mają końcówkę typu C, a z drugiej końcówkę typu A. Jak pisałem kilka akapitów wcześniej, standard USB typu C pozwala na przesyłanie prądu o wyższym natężeniu niż stare i wszystkim dobrze znane wtyczki typu A i B. Specyfikacja USB-C zakłada, że jeśli przewód z jednej strony ma wtyczkę typu C, a z drugiej typu A, to jego producent powinien zadbać o to, aby ładowane za jego pośrednictwem urządzenie nie próbowało pobrać z ładowarki/komputera z portem typu A prądu o natężeniu zarezerwowanym dla USB typu C. Powinno to zostać załatwione rezystorem o przewidzianej przez standard USB typu C oporności i to właśnie ten rezystor umożliwia smartfonowi z portem USB-C zorientowanie się, że podłączony do niego przewód nie ma z drugiej strony wtyczki typu C, a typu A.
Niestety, wielu twórców przewodów tego typu nie trzyma się wytycznych i lutuje w swoich przewodach rezystory sprawiające, że telefon mylnie bierze je za przewody z dwiema końcówkami typu C i próbuje pobrać z ładowarki prąd o natężeniu 3 amperów, zamiast 0,5 lub 0,9 ampera. Pół biedy, gdy ładowarka jest na to przygotowana, ale jeśli nie jest, to taki przewód może doprowadzić do uszkodzenia ładowarki, telefonu lub portu USB w komputerze. Niestety, nie da się łatwo sprawdzić, czy ma się do czynienia z niebezpiecznym przewodem, czy nie, dlatego nie warto na nich oszczędzać, bo kilkuzłotowa oszczędność może słono kosztować.

A czy w ogóle szybkie ładowanie jest zdrowe dla akumulatora?

Wywody na temat szybkiego ładowania powoli dobiegają końca, ale na koniec zostawiłem jeszcze jedno pytanie. Szybkie ładowanie na pewno jest wygodne, dzięki coraz sprytniejszym kontrolerom i zabezpieczeniom jest też bezpieczne, ale czy jest zdrowe dla akumulatorów?
Czasy akumulatorów starych typów, które trzeba było formatować i nie tolerujących częstego częściowego doładowywania, na szczęście są już dawno za nami. Ale ogniwa litowo-jonowe i litowo-polimerowe montowane we współczesnych smartfonach też są wybredne i coraz szybsze techniki ładowania nie sprzyjają ich żywotności. Co prawda proces produkcji akumulatorów jest ulepszany, a zaawansowane kontrolery dbają o to, aby ładowanie przebiegało w optymalny sposób, ale nie zmienia to faktu, że szybkie ładowanie przyspiesza proces zmniejszania się maksymalnej pojemności akumulatora. Jak bardzo? To już zależy od konkretnej techniki ładowania i konkretnego urządzenia.
Po części wiąże się to z tym, że szybsze ładowanie, to większe obciążenie ogniw, a po części z tym, że w czasie niego wydziela się większa ilość ciepła, a ogniwa litowe bardzo nie lubią wysokich temperatur. Jeśli ktoś ma zwyczaj zmieniać telefon co rok, to nie ma to większego znaczenia. Jeśli jednak oczekujesz, że Twój telefon będzie ci służył dwa lata lub nawet dłużej i chcesz kupić sprzęt, w którym wymiana akumulatora wiąże się z wizytą w serwisie, to warto ograniczyć częstotliwość korzystania z szybkich ładowarek do sytuacji, w których jest to niezbędne. A na pewno należy unikać jednoczesnego szybkiego ładowania i intensywnego użytkowania telefonu - na przykład grania. Taka ostrożność w skali dwóch lat użytkowania smartfonu może zaowocować o kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt procent dłuższym czasem pracy, co w praktyce może oznaczać sprzęt, który wytrzymuje na jednym ładowaniu do wieczora albo nie. Producenci smartfonów zdają sobie z tego sprawę i na przykład Sony w nowszych Xperiach dostosowuje szybkość ładowania do sposobu użytkowania telefonu (czyli na przykład w nocy ładuje je wolniej), a w innych telefonach funkcję szybkiego ładowania można po prostu wyłączyć. Dobrym zwyczajem może być też posiadanie dwóch ładowarek - jednej szybkiej i jednej wolnej - i podłączanie tej, która w danej sytuacji będzie bardziej sensowna.
Warto o tym pamiętać, bo od szybkiego ładowania już nie uciekniemy i będzie ono trafiało do coraz tańszych telefonów. Powoli kończy się też okres dzikiego zachodu i niedługo na rynku powinny pozostać tylko te standardy szybkiego ładowania, które faktycznie okazały się mieć sens i zdobyły popularność, więc powinien się skończyć problem z różnymi rodzajami ładowarek i niepotrzebnymi nikomu niekompatybilnościami. Szybkie ładowanie będzie jeszcze szybsze, bezpieczniejsze, powszechniejsze i wygodniejsze, ale cały czas będzie trzeba korzystać z niego z głową. I mam nadzieję, że ten artykuł w tym pomoże.

Quick Charge, Dash Charge i inne, czyli szybkie ładowanie pod kontrolą

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.

Ciąg dalszy nastąpi

Czyli co, Quick Charge rządzi? Nie do końca, bo nawet Qualcomm musi się liczyć z tym, co wymyślą osoby odpowiedzialne za kształtowanie standardu USB. O ich (trochę spóźnionych) pomysłach, o wprowadzonym przez nie zamieszaniu i zagrożeniach, a także o tym, jak kształtują one szybkie ładowanie smartfonów, będziecie mogli przeczytać w kolejnym artykule. A na podsumowanie mała tabelka, która w kolejnym artykule zostanie rozszerzona o kolejne pozycje:

Standard	Natpięcie	Natężenie	Moc
USB 2.0	5 V	0,5 A	2,5 W
USB 3.0	5 V	0,9 A	4,5 W
USB Battery Charging 1.2	5 V	1,5 A (w smartfonach)	7,5 W
Quick Charge 1.0	5 V	2 A	10 W
Quick Charge 2.0	5 V, 9 V, 12 V	2 A, 2 A, 1,67 A	do 18 W
Quick Charge 3.0	Od 3,6 do 20 V co 0,2 V	do 2 A	do 18 W
Onetdlus Dash Charge	5 V	4 A	20 W
Huawei Sutder Charge	4,5 lub 5 V	5 lub 4,5 A	22,5 W