مروری بر روند بهبود سرعت شارژ گوشی های هوشمند

شاید به خاطر داشته باشید که برای شارژ کامل گوشی هایمان باید از شب تا صبح آن ها را به شارژر وصل می کردیم تا برای روز کاری بعد آماده شوند. در گذشته ساعت ها طول می کشید تا باتری گوشی از صفر تا 100 درصد به طور کامل شارژ شود و اگر ظرفیت باتری دستگاه به زیر یک آستانه مشخص می رسید، دیوانه وار به دنبال شارژر می گشتیم.

در طول چند سال گذشته، به ویژه در دو سال گذشته، ما شاهد تکامل فناوری شارژ بوده ایم. فناوری های جذابی که گوشی های هوشمند ما را در کمتر از یک ساعت و حتی در چند دقیقه به طور کامل شارژ می کنند.

از سوی دیگر، شرکت‌های تولیدکننده گوشی‌های هوشمند در فرآیند ارائه قابلیت‌های شارژ فوق سریع به شدت با یکدیگر رقابت می‌کنند. این برندها در تلاشند تا امکان شارژ کامل باتری گوشی های خود را به چند دقیقه کاهش دهند تا عنوان سریع ترین فناوری شارژ بازار را از آن خود کنند.

اما اقدامات تولیدکنندگان گوشی در زمینه شارژر منجر به ایجاد سیستم های پیچیده شارژر و کابل شده است. در ادامه نگاه عمیق تری به این موضوع خواهیم داشت تا ببینیم این صنعت به چه سمتی پیش خواهد رفت.

علم شارژ سریع

ابتدا قصد داریم برخی از اصول اولیه در مورد فرآیند شارژ و مسائل فنی مرتبط را توضیح دهیم. وقتی از تلفن خود استفاده می کنید، الکترون ها در مداری از کاتد باتری (قطب منفی) به آند (قطب مثبت) از طریق محیطی به نام الکترولیت جریان می یابند. پس از اتمام فرآیند، ظرفیت باتری شما به صفر درصد می رسد و برای ادامه استفاده از تلفن، باید آن الکترون ها را به کاتد برگردانید. ما این فرآیند را به عنوان شارژ می دانیم.

اما فرآیند شارژ ممکن است زمان زیادی ببرد و به همین دلیل است که برای سرعت بخشیدن به کارها به فناوری های شارژ سریع نیاز داریم. در مرحله اول فرآیند شارژ سریع، جایی که هدف آن شارژ کردن باتری از صفر تا 50 درصد یا از صفر تا 80 درصد است، آداپتور شما یک جریان ثابت را در یک آمپراژ ثابت نگه می دارد و سپس به آرامی ولتاژ را افزایش می دهد. هنگامی که شارژ به یک آستانه ثابت رسید، شارژر شما ولتاژ را نگه می دارد و سپس به آرامی آمپر را کاهش می دهد تا باتری کاملا شارژ شود.

به یاد داشته باشید که اکثر باتری های گوشی های هوشمند کمتر از 5 ولت (معمولاً در محدوده 3.3 ولت تا 4.4 ولت) کار می کنند، بنابراین از نظر فنی برای شارژ دستگاه خود به بیش از 5 ولت نیاز ندارید.

برند ساندرزرئیس گروه پروموتر USB، که استانداردهای این پورت را مشخص کرده است، گفت که استانداردهای شارژ سریع برای تسهیل شارژ سریع تر تلفن های هوشمند با اجازه دادن به آنها برای پذیرش جریان بیشتر در زمان کمتر ایجاد شده اند. ساناندرس وی در بخشی از توضیحات خود گفت:

کابل ها و کانکتورهای شما در میزان جریانی که می توانستند حمل کنند محدود بود. بنابراین اگر هنوز با ولتاژ 5 ولت کار می کنید و باتری شما می تواند جریان بیشتری را برای کوتاه کردن زمان چرخه شارژ بکشد، و اگر کابل شما به 1.5-3 آمپر محدود باشد، نمی توانید بیش از 15 وات دریافت کنید.

شیمیدانان با طراحی باتری گوشی با قابلیت دریافت جریان بیشتر این مشکل را حل کرده اند.

جورج پاپریزومدیر ارشد محصول کوالکام می گوید اکثر تولیدکنندگان از تنظیم کننده های باک استفاده می کنند. نوعی قطعه که ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تر تبدیل می کند تا به هدف اعلام شده دست یابد.

البته شرکت‌ها مجبورند طرح‌های مدار شارژر، کانکتورها، مقاومت‌ها و حتی باتری دستگاه‌های خود را اصلاح کنند تا با شارژر با سرعت 45 وات و بالاتر مطابقت داشته باشند. بسیاری از تولیدکنندگان به طراحی باتری های دو سلولی روی آورده اند تا ولتاژهای بالاتر و سرعت شارژ بیشتر را در خود جای دهند.

راز شارژ سریع مدرن چیست؟

سازندگان گوشی های هوشمند از تکنیکی به نام پمپ شارژ تقسیم بر 2 (یا تقسیم بر 4) برای دستیابی به فناوری های شارژ سریع استفاده می کنند. این روش جریان را دو برابر می کند و وقتی شارژ به گوشی می رسد، ولتاژ را به نصف می رساند تا باتری سریعتر شارژ شود.

سیستم شارژ گوشی باید یک وات شارژر و گوشی را حفظ کند، بنابراین اگر آداپتور بتواند ولتاژ بیشتری را از منبع تامین کند، سیستم شارژ سریع آن را به جریان تبدیل می کند و زمانی که به گوشی می رسد، سطح ولتاژ را می آورد. تا حدود 5 ولت

به عنوان مثال، یک شارژر 45 وات می تواند با 20 آمپر یا 2.25 آمپر و همچنین 5 ولت در 9 آمپر کار کند تا وات ثابت بماند.

پاپریزو وی خاطرنشان کرد که شرکت ها باید در طراحی اجزای مربوط به شارژ تلفن ها برای مدیریت گرما تجدید نظر کنند. زمانی که در سطوح توان بالاتر کار می کنید، سطح حرارت افزایش می یابد و احتمال آسیب به دستگاه و باتری وجود دارد.

تاریخچه شارژ سریع

در طول دهه گذشته، استانداردهای شارژ مختلفی پدید آمده است. رایج ترین آنها USB-PD است که توسط USB Promoter Group طراحی شده است. اولین نسخه از این فناوری در سال 2012 ارائه شد. کانکتور USB micro-B برای گوشی ها بهینه شده است و استاندارد فعلی که معمولاً در دستگاه های مختلف دیده می شود USB PD revision 3.0 است که می تواند 60 وات برق را با USB استاندارد تحمل کند. کابل C و 100 وات با کابل USB سازگار. تشخیص نوع این کابل ها با نگاه و بدون آزمایش همیشه آسان نیست.

استاندارد بعدی، USB4، می تواند تا 240 وات را پشتیبانی کند، اما دستگاه ها و لوازم جانبی سازگار هنوز عرضه نشده اند.

یکی دیگر از استانداردهای غیر اختصاصی سازنده، شارژ سریع کوالکام (QC) است که اولین بار در سال 2013 معرفی شد و هدف نسل بعدی آن دریافت بیش از یک آمپر از شارژر با استفاده از کابل نسخه 2 بود. نسل های بعدی این فناوری بر روی ارائه توان با نرخ بالاتر برای گوشی های هوشمند متمرکز شد. نسخه های اخیر فناوری مذکور از نظر وات پیشرفت زیادی کرده است. در حالی که QC4 برای اولین بار در سال 2017 معرفی شد، راه را برای منبع تغذیه تا 100 وات (27 وات با USB-PD) هموار کرد و QC5 راه را برای شارژرهای با وات بالاتر هموار کرد.

پاپریزو وی خاطرنشان کرد: در دو نسخه آخر QC از چیزی به نام پمپ شارژ تقسیم بر 2 استفاده می شود که با رسیدن شارژ به گوشی، جریان را دو برابر کرده و ولتاژ را به نصف کاهش می دهد و در نتیجه باتری دستگاه را با سرعت بالایی شارژ می کند.

با توجه به محدودیت های مختلف از جمله حداکثر ظرفیت فعلی مشخص شده در استانداردهای شارژ، تعدادی از تولیدکنندگان گوشی های هوشمند تصمیم گرفتند پروتکل های خود را طراحی کنند. شارژ سریع VOOC Oppo، FlasCharge Vivo و HyperCharge شیائومی از جمله این استانداردها هستند.

شرکت های مختلف سرعت فناوری های شارژ سریع خود را به نمایش گذاشته اند و به عنوان مثال، شیائومی سال گذشته از فناوری شارژ 200 واتی خود و اوپو امسال از فناوری شارژ 240 واتی خود رونمایی کردند که باعث می شود گوشی تنها در چند دقیقه به طور کامل شارژ شود.

شیائومی یکی از پرچمداران اخیر خود به نام شیائومی 12 پرو را با شارژر قدرتمند 120 واتی عرضه کرده است. این شارژر از نظر تئوری می تواند در کمتر از 20 دقیقه گوشی را از صفر تا 100 درصد شارژ کند. تیم مهندسی این شرکت می گوید بخش تحقیقات شارژ آن در سال 2018 تاسیس شده است.این برند چینی سال گذشته با معرفی Mi 10T Ultra برای اولین بار از شارژر 120 واتی خود استفاده کرد اما طراحی باتری این گوشی کمی متفاوت بود. غول فناوری چینی می گوید شیائومی 12 پرو اولین گوشی هوشمندی است که از شارژ سریع 120 واتی با طراحی باتری تک سلولی پشتیبانی می کند. گفتنی است این شرکت نسخه Explore ردمی نوت 12 را با پشتیبانی از شارژ 210 واتی نیز منتشر کرده است که از نظر سرعت شارژ به عنوان بهترین گوشی هوشمند دنیا شناخته می شود.

محققان اشاره کرده اند که شیائومی در چند سال گذشته از باتری های گرافن نیز استفاده کرده است. همچنین می گویند استفاده از باتری های گرافنی برای مدیریت بهتر گرما و دریافت جریان بیشتر بسیار مناسب است و بنابراین از نظر تئوری می توان باتری های این برند را با سرعت های بالاتر شارژ کرد.

محققان همچنین اعلام کرده‌اند که فناوری‌های جدید شارژ سریع از تکنیکی برای نظارت مداوم دمای گوشی استفاده می‌کنند. در این تکنیک، اگر فرآیند شارژ به محدودیت های ایمنی خود نزدیک شود، به طور خودکار وات را کاهش می دهد تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود.

با این حال، شیائومی تنها برندی نیست که می تواند وات بیشتری را برای افزایش سرعت شارژ به گوشی های هوشمند انتقال دهد.

سیاست شارژ سریع

طی چند سال گذشته، بسیاری از شرکت‌ها وارد رقابت برای تبدیل شدن به قهرمان سرعت شارژ در فضای سخت‌افزاری مصرف‌کننده شده‌اند. شیائومی اکنون یک گوشی تجاری با شارژ 210 واتی دارد. Oppo و شرکت های وابسته به آن مانند Rimley و OnePlus نیز امسال دستگاه هایی با شارژ 150 واتی عرضه کرده اند و همچنین قابلیت شارژ 240 واتی را به نمایش گذاشته اند، فناوری جذابی که می تواند باتری گوشی را تنها در 9 دقیقه به طور کامل شارژ کند.

داشتن گوشی هوشمندی که تنها در چند دقیقه به طور کامل شارژ می شود بسیار عالی به نظر می رسد، اما برای رسیدن به این سرعت ها باید از کابل شارژ و آداپتور اختصاصی این شرکت استفاده کنید. در صورت آسیب دیدن یا مفقود شدن هر یک از این قطعات، باید یک نسخه مشابه را از شرکت اصلی خریداری کنید و به این ترتیب به سیستم داخلی آن شرکت محدود می شوید. به عنوان مثال، تعداد زیادی از مشتریان OnePlus در هند در خرید کابل ها و شارژرهای اصلی این برند با مشکل مواجه شده اند.

از سوی دیگر، فرض کنید شیائومی 12 پرو از یک شارژر 120 واتی با وزن 200 گرم استفاده می کند. البته حمل این شارژر در سفر آسان نیست و دوشاخه آن فضای زیادی را اشغال می کند. اکثر مردم ترجیح می دهند از شارژر کوچکتری استفاده کنند، اگرچه سرعت شارژ آن کمتر از آداپتورهای اصلی تلفن هایی است که از فناوری شارژ فوق العاده سریع پشتیبانی می کنند.

برای حل مشکل فوق، USB-IF (سازمان کنترل کننده استاندارد USB) و کوالکام سعی کرده اند USB-PD و QC را به عنوان استانداردهای رایج برای شارژرهای تلفن ارتقا دهند. این بدان معناست که شما می توانید یک شارژر استاندارد با کابل آن بخرید و از آن برای شارژ تمام دستگاه های خود با سرعت یکسان استفاده کنید. البته این روند خوب پیش نرفت و تنها چند شرکت از جمله گوگل، اپل و سامسونگ به طور مداوم از USB-PD پشتیبانی می کنند.

ممکن است برخی از تولیدکنندگان دیگر نیز از USB-PD و QC پشتیبانی کنند، اما برای اطمینان، همیشه باید مشخصات دستگاه را بررسی کنید. سازندگان گوشی های هوشمند، از جمله اپل و سامسونگ، حتی شارژر را از جعبه گوشی های هوشمند خود حذف کرده اند. این تصمیم برای افرادی مناسب است که از قبل شارژر مناسبی دارند که از فناوری USB-PD پشتیبانی می کند و با انواع کابل ها سازگار است. بنابراین، اگر از یک برند به برند دیگر مهاجرت می کنید، ممکن است نیاز به خرید یک شارژر جدید داشته باشید.

در طرح یک شرکت فرانسوی فعال در زمینه تحلیل و تست DxOMark توضیح داده شده است که در صورت عدم استفاده از ترکیب کابل و شارژر پیشنهادی شرکت ها، نمی توانید از مزایای سرعت شارژ بالا بهره مند شوید. بنابراین کابل های غیر رسمی برای اکثر گوشی ها به درستی کار نمی کنند، که بسیار ناامید کننده است.

علاوه بر این، نگرانی های دیگری در مورد ایمنی و طول عمر باتری ها وجود دارد. جفری ریونکرافت، رئیس و مدیر عامل USB-IF فکر نمی کند که فناوری شارژ سریع با وات بالا برای دستگاه های الکترونیکی ما مناسب باشد. او می گوید:

امکان انتقال 6 آمپر به باتری وجود دارد اما این چه فایده ای دارد؟ این عمل باعث می‌شود باتری دستگاه‌های الکترونیکی سریع‌تر شارژ شود، اما گرمای زیاد ایجاد شده در این فرآیند روی باتری تأثیر می‌گذارد.

البته، امروزه بیشتر باتری ها می توانند انرژی گرمایی زیادی را قبل از اینکه گرما به سلول ها آسیب برساند، تحمل کنند. با این حال، کارشناسان دیگری نیز وجود دارند که می‌گویند فناوری باتری به اندازه‌ای پیشرفت کرده است که می‌تواند از عهده شارژ وات بالا برآید، اما آنها همچنین اذعان می‌کنند که بسیاری از آنچه شرکت‌ها در این زمینه تلاش می‌کنند انجام دهند، بازاریابی محصول و رقابت برای تبدیل شدن به یک برند است. که سریع ترین فناوری شارژ را ارائه می دهد.

بسیاری از افرادی که با صنعت گوشی های هوشمند و فناوری های شارژ سریع آشنا هستند می گویند چه کسی واقعاً به چنین سرعت شارژ سریع نیاز دارد؟ با رسیدن به یک نقطه وات معین، راندمان شارژ سریع کاهش می یابد. شارژ کامل گوشی از صفر تا 100 درصد به جای 9 دقیقه در 15 دقیقه واقعاً مهم نیست. البته اعلام این سرعت های شارژ فوق العاده در واقع ترفندی است که برای بازاریابی محصولات جدید به کار می رود.

قطعات گوشی های هوشمند در چند سال اخیر گران شده اند و به همین دلیل ساخت سخت افزار سفارشی برای شارژ سریع می تواند قیمت تمام شده آن محصول را تا حد زیادی افزایش دهد. به عنوان یک مصرف کننده، بخش سخت این است که بفهمید سرعت شارژ فوق سریع چقدر برای شما ارزش دارد و آیا از چنین خریدی راضی هستید یا خیر.