Inhalt

• Schnellladestandards erklärt
• USB-Stromversorgung
• Qualcomm Schnellladung
• Andere Standards
• So laden Sie einen Lithium-Ionen-Akku schnell auf
• Schnellladen bei Hochspannung?
• Warum höhere Spannungen verwenden?
• Einpacken
• verbunden

Schnelles Aufladen ist in heutigen Telefonen ein Muss. Es hält unsere Batterien durch anstrengende Tage aufgefüllt. Es gibt jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Standards von verschiedenen Unternehmen. Einige funktionieren nur mit bestimmten Kabeln und Ladegeräten, während andere höhere Spannungen verwenden. Es kann alles ein bisschen verwirrend werden, also sind wir hier, um einen Sinn daraus zu machen.

Kurz gesagt, durch schnelles Laden wird der Strom erhöht, der an den Akku gesendet wird, um dessen Kapazität schneller aufzufüllen. Die grundlegende USB-Spezifikation sendet nur 0,5 Ampere (A) Strom mit 5 Volt (V) für nur 2,5 Watt (W). Schnellladetechnologien steigern diese Zahlen. Das 10V / 4A SuperCharge von Huawei produziert 40W und das neueste Adaptive Fast Charging von Samsung produziert 15W Saft. Einige chinesische Unternehmen verfügen sogar über Ladetechnologien, die bis zu 100 W erreichen können. Alle Schnellladedienste haben ein gemeinsames Thema - mehr Leistung.

Dies ist nur die grundlegende Übersicht. Wie eine Batterie tatsächlich aufgeladen wird, ist komplizierter. Bevor wir darauf eingehen, wollen wir uns die Unterschiede zwischen all diesen Schnellladestandards genauer ansehen.

Schnellladestandards erklärt

USB-Stromversorgung

USB Power Delivery (USB-PD) ist die offizielle Schnellladespezifikation, die 2012 vom USB-IF veröffentlicht wurde. Der Standard kann von jedem Gerät mit USB-Anschluss verwendet werden, sofern der Hersteller die erforderlichen Schaltkreise und Software enthält. Wie alle Schnellladestandards implementiert USB-PD ein Datenprotokoll für die Kommunikation zwischen Ladegerät und Telefon. Hiermit wird die maximal zulässige Stromabgabe für das Ladegerät und das Mobilteil ausgehandelt.

Die USB-Stromversorgung erhöht die grundlegenden USB-Ladegeschwindigkeiten für bis zu 100 W Ausgangsleistung. Die verfügbare Leistung wird in verschiedene Nennleistungen aufgeteilt, die bei unterschiedlichen Spannungen arbeiten. Die Modi 7,5 W + und 15 W + eignen sich am besten für Telefone, während 27 W und mehr für Laptops und andere Geräte mit höherer Leistung geeignet sind. Der Standard unterstützt auch bidirektionale Stromversorgung, sodass Ihr Telefon andere Peripheriegeräte aufladen kann.

Die Pixel-Serie von Google verwendet die offizielle Power Delivery-Spezifikation. Die Technologie wird heute von den meisten Flaggschiff-Smartphones unterstützt. Apple implementiert den Standard auch in iPhone 8, iPhone X, iPhone XS und den neuesten MacBooks. Viele Unternehmen bevorzugen jedoch ihre eigenen proprietären Ladestandards.

Qualcomm Schnellladung

Die proprietäre Quick Charge-Technologie von Qualcomm war einst der Standard in der Smartphone-Branche, da sie das Schnellladen vor der USB-Stromversorgung bekannt machte. Die neueste Version 4.0+ von Quick Charge ist mit Power Delivery kompatibel und ermöglicht so schnellere Ladegeschwindigkeiten und einen breiteren Support.

Quick Charge ist eine optionale Funktion, die mit den Snapdragon-Prozessoren von Qualcomm verfügbar ist. Nur weil ein Telefon über einen Qualcomm-Chip verfügt, bedeutet dies nicht, dass es mit Quick Charge kompatibel ist. Trotzdem bieten eine Vielzahl von Handys Unterstützung für Schnellladevorgänge, darunter das LG V40, das Xiaomi Mi 9, das Samsung Galaxy Note 9, das HTC U12 Plus und viele mehr. Aufgrund der Popularität des Standards gibt es auch ein breites Ökosystem an Ladegeräten und Zubehör von Drittanbietern.

Andere Standards

Im Smartphone-Ökosystem verwenden viele Modelle eher firmeninterne Technologien als die oben genannten, allgegenwärtigen Standards. Allerdings sind nur einige dieser Standards wirklich proprietär. Bei vielen handelt es sich lediglich um Power Delivery oder Quick Charge, die unter einem anderen Markennamen neu verpackt wurden oder einige spezielle Verbesserungen an der Technologie aufweisen - die Adaptive Charging-Technologie von Samsung und die Turbo Charging-Technologie von Motorola.

Andere wie Oppos VOOC und Huawei SuperCharge arbeiten ganz anders. Diese erhöhen die Strommenge für das Laden mit hoher Leistung erheblich, anstatt die Spannung zu erhöhen. Die Ladegeschwindigkeiten dieser proprietären Technologien haben im Laufe der Jahre stark zugenommen, wobei SuperCharge, Super VOCC und OnePlus 'WarpCharge 30 zu den schnellsten auf dem Markt zählen. Hier sehen Sie, wie einige der gebräuchlichsten Technologien nebeneinander eingesetzt werden.

Es ist möglich, mehrere Standards zu unterstützen oder zumindest ein gewisses Maß an Kompatibilität mit verschiedenen Schnelllademethoden sicherzustellen. Leider führt dies zu einer großen Unvorhersehbarkeit der genauen Ladegeschwindigkeit, die Sie erhalten, wenn Sie Telefone mit unterschiedlichen Ladegeräten und sogar mit unterschiedlichen Kabeln verwenden.

Nach dem Testen mehrerer Telefone stellten wir fest, dass die Leistung der einzelnen Telefone je nach verwendetem Ladegerät und Kabel sehr unterschiedlich ist. Die besten Ergebnisse werden in der Regel mit dem Kabel und dem Ladegerät erzielt, die im Lieferumfang Ihres Mobilteils enthalten sind.

So laden Sie einen Lithium-Ionen-Akku schnell auf

Nachdem wir uns nun mit den Standards befasst haben, wollen wir untersuchen, wie schnell das Laden eines Akkus tatsächlich den Ladezyklus beschleunigt. Lithium-Ionen-Akkus, die in Smartphones und anderen elektronischen Geräten verwendet werden, werden nicht linear geladen. Der Ladezyklus ist in zwei Phasen unterteilt.

Die erste ist die ansteigende Spannung oder Konstantstromphase. Die Batteriespannung steigt beim Aufladen stetig von nur 2 V bis zu einem Spitzenwert von etwa 4,2 V an. Dies hängt von der genauen Batterie ab. Die Batterie zieht während dieser Phase den höchsten Spitzenstrom, der konstant bleibt, bis die Batteriespannung ihren Höhepunkt erreicht.

Die Spannung wird dann konstant und der Strom beginnt zu fallen. Akkus, die sich über diesen Punkt hinaus aufladen, verbrauchen weniger Strom und werden daher langsamer aufgeladen. Aus diesem Grund werden die ersten 50 oder 60 Prozent Ihres Telefons erheblich schneller aufgeladen.

Das Laden des Akkus erfolgt in zwei Phasen. Steigende Spannung / konstanter Strom und konstante Spannung / fallender Strom. Die erste Phase ist zum Hochstromschnellladen geeignet.

Schnellladetechnologien nutzen die Konstantstromphase. Pumpen Sie so viel Strom wie möglich in die Batterie, bevor sie ihre Spitzenspannung erreicht. Daher sind Schnellladetechnologien am effektivsten, wenn der Akku zu weniger als 50 Prozent voll ist, jedoch nur geringe bis gar keine Auswirkungen hat, wenn Sie 80 Prozent überschreiten. Im Übrigen ist das Laden mit konstantem Strom die am wenigsten nachteilige Zeit für die Langzeitgesundheit der Batterie. Eine höhere konstante Spannung wirkt sich zusammen mit der Hitze nachteilig auf die Batterielebensdauer aus.

Schließlich wird die Menge an Spannung und Strom, die an den Akku weitergeleitet wird, über eine Ladesteuerschaltung im Telefon gesteuert. In Verbindung mit Temperatur- und Spannungssensoren kann der Controller die Strommenge steuern, um die Ladegeschwindigkeit und den langfristigen Zustand des Akkus zu optimieren.

Schnellladen bei Hochspannung?

Einige von Ihnen haben hier möglicherweise ein offensichtliches Problem entdeckt. Ist es nicht gefährlich, Ladegeräte mit höherer Spannung zu verwenden, wenn Lithium-Ionen-Batterien eine typische Spannung von 3 bis 4,2 V aufweisen?

Normalerweise ist dies der Fall, aber Smartphoneschaltungen setzen die Spannung herab und den Strom herauf. Dadurch bleibt die übertragene Leistung gleich (P = IV), die Spannung wird jedoch in den richtigen Bereich verschoben. Und nein, Schnellladekabel wandeln keine Wechselspannung um. Wenn Sie auf die Rückseite des Ladegeräts schauen, können Sie das kleine gestrichelte Gleichstromsymbol ⎓ erkennen. USB ist immer ein Gleichstromversorgungssystem.

Hochspannungs-Schnellladeschaltungen verwenden ein Schaltnetzteil, das auch als Buck-Wechselrichter bezeichnet wird. Diese Schaltung nimmt eine hohe Gleichspannung auf und wandelt sie in eine niedrigere Gleichspannung um. Im Idealfall multipliziert es dank seiner Eigenschaften der Ladungspumpe auch den Strom mit dem umgekehrten Betrag. Es handelt sich im Wesentlichen um einen Schalter zum Umschalten der Eingangsspannung, um einen Kondensator mit viel Strom aufzuladen.

Dies sieht kompliziert aus, aber folgen Sie den Grafiken auf der rechten Seite. Die hohe Eingangsspannung wird ein- und ausgeschaltet, um ein PWM-Signal von Vin zu erzeugen. Dies induziert einen hohen "Pump" -Strom durch die Induktivität L in den Kondensator Cout. An der Last (Batterie) sehen wir einen hohen Strom und eine niedrige Durchschnittsspannung (Vout).

Wenn Sie die Spannung von 10V / 1A auf 5V senken, erhalten Sie nach dem Konverter idealerweise einen Strom von 2A. In der realen Welt ist mit diesen Umwandlungen immer ein gewisser Verlust verbunden (in der Regel liegt der Wirkungsgrad über 90 Prozent), der als Wärme abgeführt wird. Schaltnetzteile verbrauchen in der Regel auch weniger Energie als ein Linearregler.

Warum höhere Spannungen verwenden?

Es gibt zwei Hauptgründe für die Verwendung höherer Spannungen. Erstens sind Schaltnetzteile effizienter als Linearregler, die die Spannungen über die Wärmeableitung verringern. Dies ist besonders wichtig, um unsere Telefone und deren Akkus kühl zu halten.

Das zweite Problem betrifft den Stromausfall bei USB-Kabeln, insbesondere bei längeren Kabeln. Ein Widerstand, z. B. eine Drahtlänge, senkt die Spannung basierend auf dem durch ihn fließenden Strom (Ohmsches Gesetz V = IR). Die Übertragung derselben Leistung mit einer höheren Spannung und einem niedrigeren Strom verliert weniger Leistung über die Länge des Kabels. Dies ist effizienter und warum das Hauptstromnetz Hunderte von Volt und nicht 5 V beträgt.

Der Nachteil ist jedoch, dass Abwärtswandler strombegrenzter sind als Linearregler. Die maximale Ausgangsleistung hängt neben der Leistungsfähigkeit der Transistoren von der Größe der Induktivität, dem Kondensator und der Spannungswelligkeit sowie der Schaltfrequenz ab. Es ist nur möglich, sehr hohe Ströme über einen herkömmlicheren linearen Spannungsregler zu erreichen. Aus diesem Grund bieten einige der 5-V-Schnellladetechnologien mit niedriger Spannung, wie die von Huawei und OPPO, mehr Gesamtleistung als Buck-Switching-Versionen mit höherer Spannung von Qualcomm und Samsung.

Die neueste Pump Express-Technologie von MediaTek ist sowohl für den Schaltmodus als auch für das Laden von Linearreglern geeignet.

Das obige Diagramm zeigt, wie mit PumpExpress 3.0 und 4.0 von MediaTek ein Ladestrom von bis zu 5 A erreicht wird. Wenn ein 5A-Kabel angeschlossen ist, umgeht seine Technologie das herkömmliche Schaltladegerät, um einen höheren Strom zu ermöglichen. In diesem Fall handelt die Schaltung die erforderliche Spannung über die Datenleitungen aus und erhöht und senkt die Vbus-Ladespannung, um eine maximale Effizienz zu erzielen.

Einpacken

Das Schnellladen umfasst eine Reihe verschiedener möglicher Technologien, von denen jede ihre Vor- und Nachteile hat. Dies ist teilweise der Grund, warum es auf dem Markt so viele verschiedene Standards gibt, da Unternehmen ihre eigenen Ansätze verfolgen, um das Laden zu beschleunigen und die Lebensdauer der Batterien zu maximieren.

Vor einigen Generationen wurde Hochspannungsladen zur Norm, und jetzt implementieren Technologien niedrigere geregelte Spannungen und hohe Ströme, um die Geschwindigkeiten noch weiter zu steigern. Dies erfordert jedoch dickere Kabel und fügt einen weiteren Kompatibilitätsschmerz hinzu.

USB Power Delivery ist bereits weit verbreitet. Es wird wahrscheinlich das Rückgrat aller zukünftigen USB-Ladestandards bilden, obwohl wir wahrscheinlich sehen werden, dass Unternehmen mit ihren eigenen, noch schnelleren Lösungen experimentieren, zusätzlich zur Unterstützung dieses universellen Standards.

verbunden

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