Блог Элкомсофт

«…Восстановление паролей, расшифровка данных,
мобильная и облачная криминалистика… »


Быстрая зарядка: стандарты, особенности и проблемы совместимости

Апрель 25th, 2018 by Oleg Afonin
  • 7
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
    7
    Shares

Смартфоны стремительно эволюционируют. С каждым новым поколением процессоры становятся всё быстрее, разрешение экрана – всё выше, приложения – всё прожорливее, а аккумуляторы… Аккумуляторы, по большому счёту, всё те же. За последние пять лет удельная ёмкость аккумуляторных батарей, устанавливаемых в смартфоны, осталась такой же или возросла незначительно. Попытки обойти физические ограничения приводят к печальным последствиям – достаточно вспомнить фиаско Samsung Galaxy Note 7.

Одним из способов снизить раздражение пользователей от того, что их телефон не доживает до конца дня, стало использование ускоренной зарядки. Маркетологи обещают то 50% заряда за полчаса, то полдня работы от 15-минутной зарядки, а то и вовсе – пять часов работы за 5 минут на зарядном устройстве [источник].

Сегодня мы займёмся не столько измерением скорости «быстрой зарядки» разных стандартов (это как раз не слишком интересно – именно по скорости заряда разница в пределах одного поколения технологий невелика), сколько исследованием совместимости стандартов, устройств и аксессуаров между собой. Подробно поговорим и о подводных камнях быстрой зарядки – влиянии разных способов заряда на ёмкость аккумулятора в длительной перспективе и вполне реальных опасностях от использования некоторых видов кабелей USB-C.

Стандарты быстрой зарядки

На сегодняшний день нам доступен широкий спектр протоколов зарядки, разрабатываемый и продвигаемый разными компаниями и организациями. Вот лишь короткий список самых распространённых. По возможности попробуем придерживаться хронологии.

Если есть USB, почему возникла необходимость придумывать какие-то хитрости?

Обычный USB, с которого всё началось, допускает ток не более 500мА при напряжении 5В. Лишь много позднее, с выходом спецификации USB 3.0, максимальный ток был поднят до 900мА. Обычным кнопочным телефонам, которые стали выходить не с собственными разъёмами для заряда, а со штекерами mini-, а потом и micro USB, вполне хватало небольшой мощности. Всё изменилось с выходом смартфонов, ёмкость аккумуляторов которых в разы превышала относительно небольшую ёмкость батарей кнопочных телефонов. Даже небольшие по современным меркам аккумуляторы с ёмкостью 1500мА/ч уже хотелось заряжать быстрее, чем за 4-4.5 часов (время с учётом потерь при зарядке и естественному замедлению скорости заряда после 80%). Возникла необходимость каким-то образом передать больший ток заряда по стандартному кабелю, при этом не спалив случайно контроллер USB, если устройство подключат к компьютеру.

USB Battery Charging Revision 1.2 (BC1.2) – принятый в далёком 2011 году, именно этот протокол позволял ранним устройствам заряжаться от разъёмов USB силой тока до 1.5А при напряжении 5В. Что немаловажно, стандарт этот принят организацией USB-IF; его использование для производителей бесплатно. Стандарт этот по современным меркам весьма примитивен, а тип зарядного устройства определялся по напряжению на контактах D+ и D-.

Qualcomm Quick Charge 1.0 был обнародован компанией Qualcomm в 2013 году с чипсетами Snapdragon 600 (и, кстати, используется до сих пор в младших чипсетах, например, Snapdragon 400-х серий). Здесь максимальный ток подняли до 2А. Механизм определения зарядного устройства стал значительно умнее, поэтому шансов получить нужный ток заряда у устройств, использующих QC 1.0, стало больше.

Стандарты Apple и Samsung. Примерно в то же время Samsung и Apple параллельно разработали свои собственные схемы определения «правильных» зарядных устройств. Так, у Apple появились устройства класса Apple 1.0A (позднее к ним добавились Apple 2.1A), которые определяли наличие зарядного устройства соответствующей мощности собственным, не совместимым со спецификацией USB-IF способом. Похожая и несовместимая схема была и у Samsung. Надеюсь, теперь ты не станешь удивляться тому, что всего несколько лет назад одно и то же зарядное устройство могло с более-менее приемлемой скоростью заряжать или устройства Apple, или Samsung, или другие?

Со временем производители зарядных устройств стали делать попытки как-то стандартизировать протоколы. К примеру, вот этот монстр-осьминог предлагал пять независимых выходов, один из которых мог успешно заряжать iPhone по стандарту Apple 1A, второй – iPad по стандарту Apple 2.1A, третий – планшеты Samsung, и два других – все остальные устройства, совместимые со спецификацией USB-IF.

 

Ужасно, правда? Кроме и без того большого разнообразия коннекторов нам предлагается ещё и выбирать «правильный» порт, в который его подключить. И производители подтянулись, выпустив USB кабели с закороченными контактами D+ и D-, а также вот такие адаптеры:

Уверен, многие читатели таких не застали, но в нашей лаборатории экземпляр имеется. В первых поколениях адаптеров просто-напросто замыкались контакты Data, что давало совместимость только с USB-IF (и заодно – с Quick Charge 1.0); в последующих версиях использовался чип, который пытался определить, какое именно устройство подключено, и производил необходимые манипуляции, чтобы подключенный телефон или планшет распознал «быструю» зарядку.

Наконец, несколько лет назад начали появляться зарядные устройства со встроенной логикой определения нагрузки. Разнообразные системы IQ, AIQ и им подобные выполняют единственную функцию: определить, какое устройство заряжается – Apple (1A, 2.1A), Samsung или соответствующее стандарту USB-IF, и сообщить устройству, что оно подключено именно к зарядному устройству, а не к компьютеру. Сегодня большинство более-менее качественных блоков питания от независимых производителей оборудовано подобной схемой.

Путаница? А ведь мы ещё даже не начали говорить о стандартах «быстрой» зарядки в их современном понимании. Дальше будет хуже!

Qualcomm Quick Charge 2.0 был анонсирован в 2013 году, но впервые использовался в устройствах на Snapdragon 800 начиная с 2014 года. Этот стандарт оказался долгожителем, пережив два поколения процессоров от Qualcomm: Snapdragon 800 (801, 805) и Snapdragon 808, 810.

Принципиальное отличие QC2.0 от всех ранее существовавших стандартов – использование различных комбинаций напряжения и силы тока из ряда 5, 9, 12В и 2, 2, 1.67А. Обратите внимание: если сила тока может варьироваться в процессе заряда, то напряжение может выбираться только из фиксированного списка значений 5, 9 или 12В. К этому мы ещё вернёмся, когда будем рассматривать стандарт следующего поколения – QC3.0.

Для чего вообще потребовалось поднимать напряжение, а не силу тока? Ключевой момент здесь – совместимость с огромным парком существующих аксессуаров, кабелей и зарядных устройств. Дело в том, что на момент выхода спецификации QC2.0 всё ещё использовался физический формат разъёмов USB-A на одном конце и micro USB на другом. Их спецификация не подразумевает передачу тока, превышающего 2.4А при напряжении 5В. Как известно, тепловые потери в проводах растут пропорционально току и квадрату сопротивления. Повышение силы тока при неизменном напряжении 5В могло привести к опасному нагреву в области разъёмов, избыточным тепловым потерям в самом кабеле, перегреву и потенциальному выходу из строя зарядных портов – и непременно привело бы, если бы пользователь использовал для зарядки не комплектный кабель или ЗУ с фиксированным проводом, а другой, случайный кабель. Повышение напряжения позволило одним махом снять проблему совместимости с существующими проводами: теперь максимальный ток ни при каких обстоятельствах не превышал значения 2.4А, фактически ограничиваясь значением 2А.

Впервые вместо ненадёжного аналогового метода определения зарядного устройства был использован метод цифровой коммуникации (ведь обидно было бы сжечь контроллер заряда случайно попавшим на него напряжением в 12В). В целом, использование комбинации из планшета/телефона с QC2.0 и соответствующего зарядного устройства давало неплохую гарантию того, что зарядка пойдёт именно по быстрому протоколу.

Кстати, максимальный ток подаётся по стандарту только в самом начале зарядки, когда аккумулятор пуст или практически пуст. С повышением уровня заряда снижается подаваемая на аккумулятор мощность, а на уровне примерно 80% скорость заряда зачастую и вовсе неотличима от зарядки от «компьютерного» порта. Телефон очень быстро набирает первые 40-50% заряда, после чего скорость зарядки постепенно замедляется, и последние единицы процентов могут набираться почти столько же времени, сколько первые 50.

С таким резким скачком в мощности и скорости зарядки (здесь достижимы 18Вт) возникла другая проблема: аккумуляторы в процессе заряда стали перегреваться, и химия батарейки начинала деградировать, что со временем приводило к снижению её ресурса. Да, в стандарте были заложены «безопасные» значения температур, но максимальная скорость зарядки была в те годы таким значительным маркетинговым преимуществом, что о сроке жизни аккумуляторов (которые всё чаще становились несъёмными) производители предпочитали если и не задумываться, то не говорить покупателям.

Ситуация стала ещё хуже с выходом «горячего» поколения процессоров Snapdragon 808 и 810, одновременно с которыми в некоторых моделях появились разъёмы USB-C. Учитывая склонность Android к выполнению отложенных задач (например, пакетному обновлению установленных приложений) именно при подключении зарядки, перегрев процессора совместно с перегревом аккумулятора приводили к печальным последствиям: процессоры в буквальном смысле отпаивались от материнских плат, а аккумуляторы выходили из строя быстрее, чем заканчивался гарантийный срок. Яркий пример – коллективный иск к компании LG (массовый выход из строя устройств LG G4, G Flex 2, Nexus 5x).

Учитывая «горячий» характер процессоров Snapdragon 808 и 810, не рекомендуем постоянно заряжать их ЗУ с «быстрой зарядкой». Оставьте быструю зарядку для тех случаев, когда она действительно нужна, а на ночь заряжайте устройство обычным, не самым мощным ЗУ.

 

Huawei Fast Charge Protocol (FCP) – собственная разработка компании Huawei, которая должна была конкурировать с Quick Charge 2.0, заряжая смартфоны напряжением 5 или 9В с силой тока 2А. Оборудованные ей телефоны, как правило, включали и поддержку QC2.0, что позволяло использовать многочисленные зарядные устройства, совместимые с этой технологией. Поскольку Huawei не лицензировала свою технологию другим производителям, известно о ней немного, и ценность её сомнительна. Зато – собственная разработка, как и процессоры Kirin.

Маркетинг. Некоторые производители называли стандартные способы быстрой зарядки своими собственными маркетинговыми терминами. Вот, к примеру, Samsung. Samsung Advanced Fast Chargingторговая марка компании Samsung, которой обозначалась зарядка по стандарту Quick Charge 2.0. Соответственно, полная совместимость с QC2.0, но и возможность для Samsung в любой момент сменить пластинку, не меняя названия технологии. Что, собственно, в своё время проделала Motorola, переключившись в своей технологии быстрой зарядки Turbo Power с Quick Charge 2.0 на новый стандарт USB PD (5В/3А) без изменения названия. Путаница? Не то слово, но в случае с Motorola помогает то, что зарядные устройства со «старым» Turbo Power были оборудованы несъёмными кабелями с разъёмом micro USB, а «новые», основанные на USB PD, идут с разъёмом USB C.

Массовое появление устройств с разъёмами USBC в 2015 году совпало по времени с выходом ряда устройств на чипсетах поколения Qualcomm 808/810. Новый стандарт фиксировал для производителей кабелей более жёсткие требования к пропускаемому току. Так, у кабеля с разъёмами USB-C на обоих концах, если он сделан без нарушений спецификации, не должно быть проблем с передачей тока в 3А. Но компьютеров и зарядных устройств, оборудованных разъёмами USB-C, на рынке в тот момент в достаточном количестве просто не было, и подавляющее большинство производителей укомплектовывало смартфоны обычной USB зарядкой с разъёмом USB-A и кабелем со стандартным «большим» разъёмом USB-A с одной стороны и USB-C – с другой.

При использовании подобных кабелей с медленной зарядкой проблем не возникало. Их использование с зарядками стандарта Quick Charge 2.0 также не вызывало никаких проблем – в конце концов, QC2.0 создавался с оглядкой на совместимость.

Проблемы – и проблемы серьёзные – стали возникать тогда, когда на рынок вышел ряд моделей, использующих альтернативный стандарт быстрой зарядки, основанный на открытой спецификации USB-IF для USB Type-C 1.2.

USB TypeC 1.2

Согласно открытой спецификации USB Type-C 1.2, допустима передача тока до 3А при неизменном напряжении 5В. В первом поколении смартфонов (да и в большинстве современных, за редкими исключениями) используется именно эта спецификация, а не новый (более сложный, но обратно совместимый) стандарт USB Power Delivery. Примерами устройств, поддерживающих именно этот тип быстрой зарядки, стали Microsoft Lumia 950, 950XL, Google Nexus 5x, 6p. С этого момента официальной позицией Google в области смартфоностроения стала борьба со стандартами заряда, требующими повышенного напряжения (явный камень в огород Qualcomm Quick Charge и подобных схем).

Новый открытый стандарт быстрой зарядки прост и очевиден. Его реализация не требует от производителей больших усилий, использования проприетарных контроллеров заряда или каких-либо лицензионных отчислений (стандарт от USB-IF полностью бесплатен для производителей). Казалось бы, бери и пользуйся! Казалось бы, что может пойти не так?

Без подводных камней не обошлось. Даже для такой относительно скромной мощности в 15В требовались новые кабели и зарядные устройства, способные без проблем, потерь и перегрева выдерживать повышенный ток заряда. И тут оказалось, что если зарядные устройства, способные корректно и с полным соответствием спецификации USB-IF выдавать ток в 3А, собрать могут многие производители, то безопасные кабели, полностью соответствующие стандарту – вещь почти мифическая, для среднего китайского производителя недостижимая. Проблема настолько необычная, возникшая буквально на ровном месте, что мы выделим её в отдельный раздел.

Проблема с кабелями USBC: казалось бы, что может пойти не так?

В случае с проводами USB-A > mini USB всё было достаточно просто: провода, разъёмы, изоляция. Да, можно было сэкономить на сечении проводников, и тогда устройства заряжались чуть медленнее (в особо тяжёлых случаях – заметно медленнее), но большой катастрофы в любом случае не происходило.

Всё изменилось с выходом стандарта USB Type C и появлении кабелей с соответствующими штекерами. Более-менее сразу производители научились делать простейшие кабели, соответствующие спецификации USB2.0 с разъёмами USB-C на обоих концах кабеля.

Намного сложнее оказалось сделать кабели, оборудованные физическим разъёмом USB Type C и соответствующие спецификациям USB3.0, и практически невозможным для независимых китайских производителей оказался выпуск кабелей, корректно идентифицируемых с помощью микросхем электронного маркера (e-marker chip). Вот детальный разбор одного из таких кабелей (достаточно типичного).

Оставим маркеры пассивной идентификации кабеля в стороне, так как напрямую с передачей заряда они не связаны, и рассмотрим последнюю категорию кабелей: ту, что оборудована разъёмом USB-C на одном конце и привычным USB-A на другом.

Инженер Google Бенсон Люн протестировал несколько десятков кабелей, переходников и зарядных устройств с разъёмами USB Type C и свёл все данные в постоянно обновляемую таблицу. Рекомендуем ознакомиться, а лучше – сохранить ссылку: это действительно важный и авторитетный источник информации.

Наиболее типичной проблемой для китайских производителей стало использование резистора со значением сопротивления 10 кОм вместо установленных в спецификации 56 кОм. На такой шаг недобросовестные производители идут вполне сознательно: если смартфон (или другое устройство) с разъёмом USB Type C увидит корректное значение сопротивления в 56 кОм, оно ограничит максимально потребляемый ток максимально допустимым для порта USB-A значением (как мы помним, это совсем немного). Использование резистора на 22 кОм даст возможность передачи до 1.5А, что ещё условно допустимо. А вот использование резистора в 10 кОм или меньше сообщит устройству, что «на другом конце всё хорошо, можно брать до 3 А». Что при этом может случиться с устройством «на другом конце»? Да всё что угодно, от простой зарядки с пониженной максимальной мощностью до выхода из строя зарядного устройства (или порта компьютера/ноутбука). Если в зарядном устройстве отсутствует защита (типично для дешёвых зарядок), возможен его перегрев или возгорание. Вот здесь подробное описание проблемы с картинками.

Зачем они это делают? Дело в том, что если в кабель установить корректный резистор, то и заряжаться устройство, соответствующее спецификации USB Type-C 1.2 (те же Lumia 950 или Nexus 5x/6p) будет очень медленно – со скоростью, описываемой спецификациями USB2.0 или USB BC1.2. «А давайте плюнем», сказали китайцы, и сняли ограничение на скорость заряда – с соответствующими, как выяснилось, последствиями.

Кстати, проблема касается далеко не только кабелей, которые можно купить на Aliexpress или Amazon. Такой «неправильный» кабель поставлялся в комплекте с OnePlus 2. После того, как проблема вскрылась, компания OnePlus официально отреагировала: «Не беспокойтесь, НАШ смартфон этот шнурок не повредит. На остальных — плевать». Так что если вы не хотите пополнить ряды тех, на кого «плевать» — рекомендуем подойти к выбору кабеля с большой осторожностью. И даже если здесь и сейчас ваше устройство способно «проглотить» неправильный кабель, то где гарантия, что завтра не появится смартфон, работающий в точном соответствии со спецификацией? Лучше не рисковать.

 

Вот, например, что Бенсон Люн пишет про один из кабелей USB-C > USB-A:

“Этот кабель не соответствует спецификации USB Type C Release 1.2. Спецификация доступна на сайте usb.org в разделе developers/usbtypec.

В частности, при использовании этого кабеля Chromebook Pixel запрашивает ток в 3A, что может повредить зарядное устройство или порт USB на стороне USBA.

Кабели с разъёмами USB TypeC и USB 2.0 TypeA должны использовать резистор с сопротивлением 56 кОм на шине конфигурации CC. В данном кабеле измеренное значение сопротивления составляет 10 кОм. Если на другом конце кабеля – разъём TypeA или TypeB, так делать нельзя! 

Не рекомендую этот кабель к приобретению, так как его использование может привести к повреждению USB-портов вашего зарядного устройства или компьютера.”

Ещё одна ссылка в копилку: подробные обзоры Бенсона многих проблемных (и беспроблемных) кабелей.

 

USB Power Delivery (USB-PD)

USB Power Delivery (USB-PD) – открытый стандарт, опубликованный USB-IF и описывающий передачу питания между устройствами, оборудованными портами USB Type C. Именно передачу питания, а не зарядку: одно и то же устройство в любой момент времени может выступать как донором (зарядным устройством), так и акцептором (тем, кого заряжают). Появился этот стандарт на год позднее Quick Charge 2.0, а начало его массового использования совпало с выходом поколения чипсетов Qualcomm 808/810.

На сегодняшний день существует три поколения стандарта: USB PD, PD 2.0 и PD 3.0. И если первое поколение стандарта описывало достаточно жёсткие профили заряда, то уже во второй версии стандарта профили были заменены на «правила», и у производителей появилось гораздо больше свободы. Разительных различий между вторым и третьим поколениями нет, а USB-IF и вовсе описывает только общий стандарт USB Power Delivery. Различия между поколениями в таких, к примеру, тонкостях, как возможность продолжения непрерывного обмена данными в момент смены ролей устройств (с приёма заряда на передачу и обратно). Не будем делать различий между поколениями USB-PD и мы.

Вот табличка-сравнение официальных спецификаций USB-IF:

Спецификация         Макс. напряжение  Макс. сила тока  Макс. мощность

USB 2.0              5 V               500 mA           2.5 W

USB 3.0 и USB 3.1    5 V               900 mA           4.5 W

USB BC 1.2           5 V               1.5 A            7.5 W

USB Type-C 1.2       5 V               3 A              15 W

USB PD 3.0           20 V              5 A              100 W

 

Как видим, в спецификации USB-PD всё совсем неплохо. И если USB Type-C (1.2) без поддержки USB PD даёт нам максимальную мощность в 15 Вт при напряжении 5 В и силе тока 3 А, то этого может оказаться вполне достаточно для большинства смартфонов без необходимости встраивать поддержку более сложного стандарта USB PD. А вот для планшетов (к примеру, Apple iPad Pro 12.9 или нового iPad Pro 10.5) и большинства ультрабуков (многие модели Dell, HP, все современные Apple MacBook и другие) уже нужна поддержка как минимум USB PD 2.0 с соответствующими адаптерами питания.

Вот, к примеру, какие варианты зарядок допускает новая спецификация:

 

Стандарт Qualcomm Quick Charge 3.0 массово вышел на сцену в 2016 году с появлением процессоров Qualcomm 820/821. Точно так же, как «холодный» Snapdragon 820 стал «работой над ошибками» по сравнению с перегревающимися и прожорливыми Snapdragon 810, так и при работе над QC3.0 инженеры сконцентрировали усилия на продлении срока службы аккумулятора, заряжая его в более щадящих режимах без большого проседания скорости заряда. Так, если в QC2.0 делался упор на том, насколько быстрее заряжаются устройства в сравнении с QC1.0, то в рекламе QC3.0 Qualcomm делает акцент на том, насколько эффективнее (с меньшими потерями и нагревом) идёт зарядка. Снижение непродуктивных потерь и сопутствующего нагрева, а также дополнительный контроль температурных режимов, в свою очередь, позволили ускорить и сам процесс.

В отличие от QC2.0, в котором напряжение выбиралось из ряда 5-9-12 В, в QC3.0 напряжение может меняться гранулярно с шагом всего 0.2В, а доступный диапазон напряжений расширен до 3.6-20 В (чаще всего используется диапазон 5-12 В). Максимальная мощность в сравнении с предыдущей версией осталась неизменной на уровне 18 Вт.

В целом QC3.0 можно только похвалить. Если производитель не гонится за цифрами, завышая скорость зарядки в ущерб ресурсу аккумулятора (такие примеры нам известны – взять тот же LeEco Le Pro 3), то использование QC3.0 предлагает достаточно щадящий режим заряда, который вредит аккумулятору значительно меньше, чем QC2.0.

Ряд производителей успел наиграться в быструю зарядку, и на некоторых устройствах (например, ZUK Z2 Pro) использование ЗУ с поддержкой QC3.0 лишь незначительно ускоряет заряд: производитель сделал акцент на ресурсе аккумулятора, а не скорости.

Можно ли ЗУ с QC3.0 рекомендовать для ежедневного (или еженощного) использования с точки зрения жизненного цикла аккумулятора? Если ставить телефон на зарядку на всю ночь, то использование стандартных ЗУ с током 2.4А, возможно, продлит ресурс батарейки, и через полтора-два года падение его ёмкости будет меньше, чем если бы всё это время мы пользовались зарядкой с QC3.0. Впрочем, может, и не продлит – это зависит исключительно от того, как именно конкретный производитель настроил процесс заряда; до каких температур он позволяет разогреваться аккумулятору и насколько бережно относится к его ресурсу.

Что будет, если?..

Quick Charge 2.0 – 3.0

А если подключить телефон с QC3.0 к зарядному устройству с поддержкой QC2.0? Получится быстрая зарядка по протоколу QC2.0, но с большинством защитных механизмов от QC3.0 (то есть, аккумулятор не должен будет перегреваться так сильно, как он перегревался бы, если бы в телефоне стоял контроллер от QC2.0). В целом будет чуть медленнее и чуть горячее, чем если бы использовалось зарядное устройство с QC3.0.

А если наоборот, телефон с QC2.0 подключить к зарядке с QC3.0? Эффект будет полностью аналогичен использованию QC2.0 на обоих концах: и перегрев аккумулятора, и скорость заряда будут точно такими же, как если бы использовалось предыдущее поколение зарядных устройств.

 

Quick ChargeUSB PD

А если в зарядку с USB PD 2.0 или 3.0 подключить смартфон, поддерживающий стандарт Qualcomm QC3.0? А вот здесь возможны варианты. Некоторые производители предусмотрели такой вариант, и возьмут от зарядного устройства максимально допустимую мощность при 5 В / 3 А (на практике обычно чуть меньше). Другие же будут спокойно заряжаться с силой тока от полутора до 2.4 А. Беды в любом случае не случится.

А если к зарядке QC3.0 с разъёмом USB-A подключить устройство, совместимое с USB-C 1.2 или USB PD? И снова — возможны варианты. Если кабель «правильный», с резистором на 56 кОм, то беды не случится, зарядка пойдёт, но медленно. Если кабель китайский, с «неправильным» резистором на 10 кОм, то устройство может попытаться получить 3 А при напряжении 5 В. В принципе, стандарт QC3.0 поддерживает и такую комбинацию, и скорее всего, большой беды не случится, но… а что, если устройство, как Moto Z Force, запросит 5.7А (это возможно, если нужно зарядить одновременно сам телефон и подсоединённый к нему модульный аккумулятор)? Из этого ничего хорошего не выйдет.

А, допустим, телефон с QC2.0 и разъёмом USB C – в зарядное устройство от Lumia 950, Pixel или MacBook? Ха! В те смутные времена производители слабо представляли, что такое USB Type-C, поэтому на практике может оказаться всё, что угодно. В лучшем случае телефон будет заряжаться, хоть и небыстро. Однако у нас побывало как минимум два устройства, которые или «не видят» подключенного ЗУ вообще, или пишут «Power connected: not charging» (и, соответственно, не заряжаются). Выяснилось это экспериментально, когда мы несколько дней пытались оживить разряженный до нуля Gigaset ME Pro, подключая его то к БП то от MacBook, то от Pixel. Помогла в конечном итоге обычная «медленная» зарядка – только её смартфон согласился распознать. Впоследствии мы экспериментально определили, что телефон прекрасно заряжается от ЗУ с QC2.0, QC3.0 и «обычных», включая компьютерные порты, но отказывается воспринимать блоки питания, которые поддерживают новые спецификации USB Type-C 1.2 или USB PD (в том числе и гибридные, комбинированные с QC3.0).

 

Лайфхак: существует по крайней мере один адаптер питания, одновременно поддерживающий стандарты USB Type-C 1.2, USB PD 2.0 и Qualcomm QC 3.0 на единственном разъёме USB Type-C. Это – отдельный блок питания производства Xiaomi.

Этот адаптер быстро заряжает всё: ноутбуки Dell и HP (смотри на мощность оригинального адаптера), Apple MacBook, смартфоны Moto Z, Lumia 950 и 950XL, а также устройства с Quick Charge 3.0 (проверили, работает). Более того, с соответствующим кабелем USB-C – Lightning за полтора часа заряжается и iPad Pro 12.9. Единственное устройство, которое «не завелось» от этого адаптера – смартфон Gigaset ME, а OnePlus 5 способен взять от адаптера не более 1.5 А при напряжении 5 В. Кроме того, как выяснилось позднее, данный БП не совместим с новым поколением iPad Pro: по результатам наших замеров, обе модели 2017 года корректно договариваются с блоком питания о подаче напряжения 15В, но вот сила тока при этом падает до мизерных величин (0.05А), поэтому заряд практически не идёт.

Подобной ошибки лишены два других блока питания с поддержкой обоих стандартов: Ugreen CD127 и BlitzWolf BW-S10. Максимальная мощность 30 Вт, поддерживают QC3.0 и USB PD, при этом протокол Power Delivery является приоритетным. Результат – отличная совместимость со всеми протестированными устройствами, включая Macbook и оба планшета iPad Pro (2017).

 

USB PD

Что будет, если к мощному адаптеру питания USB C с поддержкой USB PD 2.0, скажем, от ноутбука HP Spectre x360 или MacBook Pro подключить смартфон? Если это Lumia 950, Nexus 5x или 6p, Google Pixel, Motorola Moto Z – то пойдёт быстрая зарядка по протоколу, описанному в спецификации USB Type-C 1.2 (то есть, с максимальной мощностью 15 Вт, или 5 В / 3 А). А если наоборот, к зарядке от Lumia 950 подключить MacBook или ноутбук HP Spectre x360? Компьютер запросит у зарядного устройства список поддерживаемых правил (комбинаций напряжения и силы тока), не найдёт нужных и либо откажется заряжаться совсем, либо будет заряжаться очень медленно.

А если зарядкой от HP попытаться заряжать MacBook, или зарядку от ультрабука Dell XPS 12 подключить к HP Spectre x360? Произойдёт ровно то же самое: устройство запросит список поддерживаемых правил зарядки, и если найдёт совместимую комбинацию – будет заряжаться; не найдёт – не будет, или будет, но медленно. (К слову, мы протестировали ряд комбинаций, выяснив, что зарядка от MacBook 2015 заряжает сам MacBook и смартфоны; зарядка от Dell XPS 12 – собственно Dell и MacBook, а зарядка от HP Spectre x360, самая мощная из всех, заряжает все три устройства).

И тут пришёл Google

Как мы уже говорили, все последние смартфоны Google, выпущенные в 2015 и 2016 году, используют стандарт быстрой зарядки согласно спецификации USB Type-C 1.2 (5 В/3 А). При этом как Nexus 5x, так и 6p оборудованы всем необходимым для быстрой зарядки по протоколу QC2.0 – возможность использования которого была сознательно заблокировано Google.

Теперь официальная позиция Google заключается в том, что повышение напряжения во время заряда смартфонов – зло, и производителям рекомендуется отказаться от использования проприетарных методов быстрой зарядки, используя вместо этого зарядку по стандарту USB Power Delivery. Вот выдержка из Android Compatibility Definition Document [Android 7.0 CDD]:

“Для устройств с поддержкой TypeC УСИЛЕННО РЕКОМЕНДУЕТСЯ отказаться от поддержки проприетарных методов заряда, которые поднимают напряжение Vbus выше стандартного, а также изменяют роли донора/акцептора, потому что такие модификации могут повлечь проблемы с совместимостю между устройствами и адаптерами питания, поддерживающими стандартные методы USB Power Delivery. Пока мы “УСИЛЕННО РЕКОМЕНДУЕМ” данный подход, но в будущих версиях Android мы можем ПОТРЕБОВАТЬ от всех устройств, оборудованных портами typeC, поддержку полной совместимости со стандартными адаптерами питания typeC.”

Жизнь в палаллельной вселенной: MediaTek Pump Express+

Технология MediaTek Pump Express+ заслуживает отдельного рассмотрения.

Компания MediaTek известна своими недорогими чипсетами, на которых собраны без преувеличения тысячи моделей устройств. Самым распространённым решением MTK до сих пор являются вариации чипсетов, основанных на использовании восьми маломощных процессорных ядер ARM Cortex A53. Но даже смартфоны на таких откровенно посредственных чипсетах зачастую оборудуются схемой быстрой зарядки.

Для начала посмотрим на табличку:

Ничего не напоминает? Каждое поколение технологии MediaTek Pump Express+ имеет прямое соответствие в лице Qualcomm Quick Charge. Так, Pump Express+ первого поколения обладает теми же свойствами и характеристиками, что и QC2.0 (плюс предлагает возможность параллельной зарядки банок аккумулятора, которой на нашей памяти так никто и не воспользовался). PE+2.0 приблизительно соответствует уровню QC3.0, уменьшая гранулярность шага напряжения до 0.5 В.

Существуют такие зарядки-гибриды, которые могут заряжать и телефоны с QC3.0, и с Pump Express+ 2.0. Вот пример: зарядное устройство от смартфонов LeEco (моделей Le 2, Le Max 2, Le Pro 3) поддерживает оба стандарта. Так получилось потому, что модельный ряд компании включает как смартфоны на чипах Qualcomm (SD652, SD820/821), так и MediaTek (MTK Helio x20, x23, x25), и с точки зрения логистики компании оказалось дешевле класть в коробку единственную модель зарядного устройства, которая производится в массовых количествах.

 

Наконец, в самой своей интересной реализации PE+3.0 призван конкурировать с Quick Charge 4.0+. Эта версия стандарта была анонсирована в мае 2016, но так до сих пор и не вошла ни в один массовый смартфон. В отличие от QC4.0 и более ранних версий Pump Express+, последняя версия PE+4.0 резко снижает напряжение в цепи заряда. И если PE+2.0 предлагал производителям выбор из ряда значений напряжения до 20 В, то PE3.0+ ограничивается отрезком от 3 до 6 В с шагом в 10-20 мВ. Также полностью изменён протокол коммуникации между устройством и адаптером питания: теперь вместо модуляции VBUS используется стандартный протокол USB PD.

Кстати, а что тут будет с обратной совместимостью с ранними версиями PE+? Согласно официальному FAQ — совсем ничего; пожалуй, это даже неплохо – пусть, наконец, несовместимые стандарты вымрут. Впрочем, надежды на это мало: MediaTek заявляет, что стандарты PE+2.0 и 3.0 будут существовать параллельно и устанавливаться в устройства по требованию OEM.

OPPO VOOC, он же OnePlus DASH Charge

Что ж, пришло время рассмотреть стандарт VOOC, он же DASH Charge, по которому заряжается «убийца флагманов» последнего поколения, OnePlus 5, и все его предшественники, а также многие смартфоны китайского производителя Oppo независимо от используемого чипсета. Если вам кажется, что OnePlus и Oppo занимают маргинальную нишу и о них не стоит говорить подробно, а разве что упомянуть, то можно посмотреть вот на эту табличку:

Мировой рынок смартфонов

Компания           Объем поставок (млн шт.), I кв. 2017     Доля рынка (%), I кв. 2017

Samsung              79,2        22,8%

Apple                    51,6        14,9%

Huawei                 34,2        9,8%

OPPO                    25,6        7,4%

vivo                        18,1        5,2%

Другие                 138,7     39,9%

Всего                    347,4     100,0%

Источник: IDC, апрель 2017.

Несмотря на то, что OPPO и Vivo принадлежат концерну BBK Electronics, компания использует собственную технологию быстрой зарядки VOOC только в смартфонах под торговыми марками Oppo и OnePlus. Но и 7.4% от всего рынка – это немало.

Вот здесь неплохой, хоть и очень поверхностный обзор-сравнение скорости зарядки с участием VOOC.

Мы же отметим следующие моменты.

Впервые технология VOOC появилась в далёком 2014 году в смартфонах Oppo Find 7, а также устройствах серий F, N и R. В отличие от основного конкурента, Qualcomm QC2.0, технология от Oppo основана не на повышении напряжения, а на подаче более высокого тока – до 4 А. Суть технологии состоит в параллельном заряде двух банок аккумулятора, что позволяет сократить время заряда, не перегревая при этом аккумулятор. Кроме того, некоторые цепи, контролирующие процесс заряда, были перенесены из контроллера питания смартфона в зарядное устройство, что, по заверениям производителя, частично переносит теплоотдачу из встроенного в телефон контроллера во внешнее ЗУ благодаря технологии прямого заряда.

Пока звучит неплохо? Да нет, уже возникает вопрос. Даже если брать лишь то, что уже изложено на бумаге, уже заметна как минимум одна проблема: защиту и контроль заряда категорически нельзя полностью «переносить» из телефона в ЗУ; можно и нужно дублировать защитные механизмы. В противном случае… давайте посмотрим, что получается в противном случае.

Разработчики OPPO прекрасно знают, что перенос части контрольно-защитных механизмов из смартфона наружу, в зарядное устройство, резко снижает планку запаса прочности. Более-менее безопасно такая технология будет работать в том и только в том случае, если мы полностью уверены в качестве всех компонентов цепочки. Потребуется исключительно качественное ЗУ, исключительно качественная химия аккумуляторов и проверенный USB кабель, способный гарантированно передавать ток в 4 А. Понятно, что отдать контроль над производством зарядок и кабелей на сторону никак нельзя: попытка подать ток в 4 А на обычный кабель с разъёмом USB-A на одном конце (а именно такие, а вовсе не Type-C – Type-C кабели используются Oppo) с гарантией приведёт к опасному перегреву не рассчитанного на такой ток разъёма.

Так что – назад, от миллиона стандартных аксессуаров – к проприетарным кабелям USB, без которых «магия» быстрой зарядки работать не будет! И если в Oppo Find 7 для зарядки использовался разъём micro USB с удлинённым штекером и увеличенным числом контактов (кстати, этот кабель был продолжением зарядного устройства, отдельно его купить было нельзя), то в комплекте с OnePlus 5 кладут непримечательную USB-зарядку и обычный с виду шнур с USB-C на одном конце и USB-A на другом.

Обычные они только с виду. Кабели OnePlus выполнены с грубыми нарушениями стандарта USB Type-C 1.2; их небезопасно использовать для зарядки других гаджетов (об этом, как и о реакции компании, мы уже писали в разделе выше). Но если нужно, чтобы телефон OPPO или OnePlus заряжался с максимальной скоростью по стандарту VOOC/DASH Charge, то придётся использовать только комплектную зарядку и только комплектный кабель. Хочется быструю зарядку на работе, в машине или в поездке от внешнего аккумулятора? Ни одно из существующих зарядных устройств здесь не поможет: придётся приобрести дополнительный комплект ЗУ+кабель производства OPPO. При этом придётся всегда иметь в виду, что использовать тот же кабель для зарядки других устройств может быть чревато.

А что будет, если всё-таки попробовать зарядить смартфон от OPPO или OnePlus сторонней зарядкой или от «родного» ЗУ, но другим кабелем? Не сгорит, будет заряжаться, но очень и очень медленно. Максимальный ток заряда, который телефон примет от стандартных кабелей и зарядок с USB-C – всего 1.5 А (может варьироваться в зависимости от устройства; данные от OnePlus 5T). Snapdragon 835? QuickCharge 4.0 с максимально широкой совместимостью и поддержкой открытого стандарта USB-IF Power Delivery? Нет, не слышали.

Таким образом, с нашей колокольни основное отличие технологии VOOC/DASH Charge от конкурентов — в грубых нарушениях стандартов USB-IF и максимальной несовместимости всего со всем (причём в обе стороны). Достоинства технологии – достаточно высокая скорость зарядки и относительно небольшой перегрев – просто теряются на фоне тотальной несовместимости с существующими аксессуарами и потенциальной опасности, связанной с переносом некоторых цепей из телефона в ЗУ.

Huawei SuperCharge

Ещё не утомило описание собственных, ни с чем не совместимых стандартов быстрой зарядки? Чуть выше мы уже писали о Huawei FCP (Fast Charge Protocol), работающем при 9 В / 2 А. Это не всё, что нам предлагает Huawei. Встречайте SuperCharge – очередной ни с чем не совместимый протокол быстрой зарядки, поддерживаемый единственным, хоть и крупным, производителем. В описании технологии Super Charge от Huawei мы ограничимся указанием напряжения и силы тока — это 4.5 В / 5 А, и тем, что для осуществления быстрой зарядки потребуется проприетарный кабель. Мысли по этому поводу мы высказали главой выше. Этого будет достаточно, а потенциальные достоинства технологии от Huawei мы оставим там же, где находятся потенциальные достоинства процессоров Kirin в сравнении с аналогами от Qualcomm. Если на этом месте вам уже захотелось отстрелить пару-тройку производителей, подобно кроликам плодящих несовместимые между собой форматы быстрых зарядок – потерпите, осталось немного.

Apple

Несколько особняком стоит компания Apple с её линейками iPhone, iPad и MacBook. Здесь, к сожалению, дела обстоят также не очень просто – но, по крайней мере, тут можно разобраться.

Итак, первое: в смартфонах iPhone до поколения iPhone 8/8Plus и iPhone X быстрой зарядки нет. Компания Apple заботится о своих пользователях, и заряжать iPhone можно от любых качественных зарядных устройств, совместимых с любым стандартом быстрой зарядки. Только заряжаться iPhone всё равно будет медленно. Как видим, здесь всё просто. Ну, разве что iPhone 6s Plus и 7 Plus могут потреблять чуть более высокий ток, если их подключить к ЗУ от iPad, но «быстрой» зарядкой здесь даже не пахнет.

Второе: в последних поколениях MacBook, включая модели Pro, зарядка ведётся в полном, буквальном и доскональном соответствии стандарту USB PD 2.0. У тебя есть зарядка PD от Dell, HP или Xiaomi, поддерживающая соответствующие правила? MacBook будет заряжаться с правильной скоростью.

И третье: планшеты iPad быстрой зарядки не имеют, iPad Pro 9.7 – тоже нет, а вот iPad Pro 12.9 (обе модели, 2015 и 2017 года) и iPad Pro 10.5 поддерживают стандарт быстрой зарядки USB PD 2.0 по профилю 14.5 В при 2 А (максимальная мощность 29 Вт). Измерения подтверждают как факт быстрого заряда, так и параметры силы тока и напряжения:

Позвольте, а где же подвох? Ведь не может у Apple обойтись без подвоха! И он есть: для того, чтобы заряжать iPad Pro 12.9 или 10.5 с максимальной скоростью (грубо говоря – за 1.5 часа вместо 5 на комплектном ЗУ), потребуется купить дополнительно совместимый с USB PD 2.0 адаптер питания. Разумеется, Apple рекомендует собственный, от MacBook за 65 евро, но и адаптер от Xiaomi стоимостью в 15 евро мы также протестировали, и он прекрасно сработал – но только с iPad Pro 2015 года; новое поколение устройств, вышедшее в 2017 году, оказалось несовместимым с блоком питания от Xiaomi, но прекрасно заработало от блоков Ugreen и BlitzWolf. И это не всё: чтобы пошла быстрая зарядка, потребуется приобрести фирменный кабель от Apple с разъёмом USB-C с одной стороны и Lightning – с другой. Стоимость такого кабеля – 29 евро, и сэкономить не получится: все протестированные нами подобные кабели с Aliexpress прекрасно заряжают iPhone и iPad, но быстрая зарядка не включается. Связано это с тем, что кабели USB-C в программу Mfi-сертификации от Apple не включены, так что единственный полностью совместимый кабель производит исключительно Apple.

Наконец, последнее. В поколение устройств iPhone 8, 8 Plus и iPhone X в Apple внедрили стандарт быстрой зарядки, совместимый с протоколом USB PD. Теперь и iPhone можно заряжать быстро – но, разумеется, блок питания (60 евро) и кабель (29 евро) придётся докупить отдельно, в коробку их никто не положит. Доплатить ещё 89 евро к стоимости самых дорогих смартфонов на планете? Для Apple это нормально.

Будущее не за горами: Quick Charge 4.0 и 4.0+

Похоже, успехи USB-IF на ниве стандартизации процесса зарядки начинают приносить свои плоды, и последние версии Qualcomm Quick Charge 4.0 и 4.0+ основаны именно на стандарте USB Power Delivery, расширяя и детализируя его в нужных местах. Важно здесь даже не то, что QC4.0 должен стать «ещё быстрее» или «ещё эффективнее» по сравнению с предшественником.

Огромное значение имеет совместимость с существующим парком зарядных устройств: телефоны с Quick Charge 4.0 смогут получить максимальную мощность как от зарядных устройств QC3.0, так и от USB Type-C 1.2 и USB PD.

Кроме того, QC4.0, наконец, получил возможность определять качество кабеля (считыванием пассивного маркера идентификации по стандарту USB PD), и подавать более высокий ток при пониженном напряжении при использовании кабелей, соответствующих стандартам Power Delivery. Впрочем, этот момент – заслуга стандарта USB PD, а не компании Qualcomm.

Наверное, основным отличием QC4.0+ от «просто» QC4.0 стала возможность (опциональная) для производителей использовать для заряда аккумулятора две параллельные линии.

ПОДПИСЬ: Обратите внимание, на этом официальном слайде с презентации Qualcomm нарисована поддержка Dual Charge и у предыдущего стандарта QC3.0. Нам не попадалось ни одного устройства с QC3.0, оснащённого данной технологией.

Подобную схему уже давно использует Oppo в своём стандарте VOOC (о нём мы уже рассказали). Действительно, параллельная подача более низкого тока на две отдельных банки аккумулятора способна и зарядить быстрее, и уменьшить нагрев. С какой стороны ни посмотреть – сплошные плюсы. Минус – от производителей потребуется ещё более тщательный контроль за качеством банок аккумуляторов, а сами аккумуляторы придётся оснащать большим числом контактов; схема зарядки и питания устройства ещё усложнится.

К сожалению, судьба нового стандарта пока достаточно смутная. QC4.0 был анонсирован даже чуть раньше выхода на рынок чипсета Snapdragon 835, и должен был войти в смартфоны, работающие под управлением этого чипсета. Но ни в американской версии Samsung Galaxy S8, ни в Xiaomi mi6, ни в Motorola Moto Z2 Force, ни тем более в OnePlus 5 ничего подобного не наблюдается. Единственный на сегодня смартфон, поддерживающий QC4.0+ (сразу с «плюсом») – Nubia Z17. Одна маленькая проблема: в природе не существует зарядных устройств с поддержкой QC4.0, так что в коробку положили зарядку на «старом» стандарте QC3.0.

В течение года, прошедшего с начала продаж телефонов на SD835, мы так и не увидели массового распространения стандарта QC4.0. По состоянию на апрель 2018 поддержка QC4.0+ доступна всего лишь в двух устройствах: Nubia Z17 и Razer Phone (официальная информация непосредственно от Qualcomm). Ситуация выглядит по меньшей мере странно.

Заключение

Технологии быстрой зарядки эволюционировали параллельно, пройдя непростой путь от первого официального стандарта USB-IF BC1.2 до последнего поколения USB Power Delivery. Долгое время параллельно существовавшие стандарты быстрой зарядки были несовместимы между собой, и быстро зарядить устройство, основанное на стандарте USB Type-C 1.2 зарядным устройством с поддержкой, к примеру, Qualcomm Quick Charge 3.0 не представлялось возможным. Более того, использование случайно взятого кабеля USB-C могло привести к печальным последствиям.

К счастью, разброд и шатание уходят в прошлое. Похоже, что все основные стандарты быстрой зарядки от USB-IF (PD 3.0), Qualcomm (QC4.0) и MediaTek (PE3.0) будут основаны на одном и том же протоколе USB Power Delivery, и будут корректно понимать зарядные устройства параллельных форматов. Да, спецификация USB PD – это только основа, описывающая лишь протокол работы и способы передачи энергии между устройствами. Детали реализации – контроль температурного режима, выбор оптимальных параметров напряжения и силы тока, – остаются открытыми. Ставка будет делаться не на скорость заряда в ущерб всему остальному, а на простоту и совместимость реализации, на продление ресурса аккумулятора, на энергоэффективность самого процесса заряда, уменьшение нагрева и безопасность процесса.

Новые стандарты Qualcomm QC4.0 и MediaTek PE3.0 будут являться расширениями спецификации USB Power Delivery 2.0, позволяющими намного точнее и быстрее регулировать скорость заряда, ток и напряжение. Многие производители выберут спецификацию USB-PD в чистом виде (как это уже сделала, например, Mototola в устройствах Moto Z, Z2, Google в смартфоне Pixel), и это тоже будет отличный выбор – разумеется, если производитель сумеет самостоятельно правильно настроить режимы заряда. Другие предпочтут воспользоваться готовым решением на основе Qualcomm Quick Charge 4.0 или MTK Pump Express+ 3.0, получив как полную совместимость со спецификацией USB Power Delivery, так и ряд дополнительных преимуществ. Мы искренне желаем максимально быстрого и безболезненного ухода методов быстрой зарядки от производителей, которые продолжат плодить несовместимые проприетарные системы (камень в огород Huawei с их новым стандартом Super Charge и корпорации OPPO и их стандартом VOOC, а также принадлежащей им торговой марки OnePlus с тем же стандартом, но под названием DASH Charge).

И последнее. Если хочется максимально продлить срок службы аккумулятора, рекомендуем приложение Battery Charge Limit с XDA (требуется рут). Особенно хорошо работает для устройств, которые проводят большую часть времени на зарядке – например, при использовании телефона в качестве автомобильного навигатора.


  • 7
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
    7
    Shares

Tags: , ,

Подписаться на рассылку о новостях и новинках компании ElcomSoft

Комментирование статьи отключено