Contenu

• Normes de charge rapide expliquées
• Livraison de puissance USB
• Qualcomm Charge rapide
• Autres normes
• Comment charger rapidement une batterie au lithium-ion
• Charge rapide à haute tension?
• Pourquoi utiliser des tensions plus élevées?
• Emballer
• en relation

La recharge rapide est une fonctionnalité indispensable dans les téléphones actuels. Il garde nos batteries en pleine forme pendant les journées chargées. Cependant, il existe une variété de normes différentes provenant de différentes entreprises. Certains ne fonctionnent qu'avec des câbles et des chargeurs spécifiques, tandis que d'autres utilisent des tensions plus élevées. Tout cela peut devenir un peu déroutant, alors nous sommes ici pour en comprendre le sens.

En résumé, une charge rapide augmente le courant envoyé à la batterie pour remplir sa capacité plus rapidement. La spécification USB de base n’envoie que 0,5 ampère (A) de courant sous 5 volts (V) pour seulement 2,5 watts (W). Les technologies de charge rapide augmentent ces chiffres. La SuperCharge 10V / 4A de Huawei produit 40W, tandis que la dernière charge rapide adaptative de Samsung produit 15W de jus. Certaines entreprises chinoises disposent même de technologies de charge pouvant atteindre 100W. Tous les services de charge rapide partagent un thème commun: plus de puissance.

C’est juste la vue d’ensemble. La façon dont une batterie se recharge est plus compliquée. Avant d’y arriver, examinons plus en détail les différences entre toutes ces normes de facturation rapide.

Normes de charge rapide expliquées

Livraison de puissance USB

USB Power Delivery (USB-PD) est la spécification officielle de charge rapide publiée par l'USB-IF en 2012. La norme peut être utilisée par tout appareil doté d'un port USB, à condition que le fabricant en contienne les circuits et logiciels nécessaires. Comme toutes les normes de charge rapide, USB-PD implémente un protocole de données pour la communication entre le chargeur et le téléphone. Ceci négocie la fourniture de puissance maximale tolérable pour le chargeur et le combiné.

USB Power Delivery augmente les vitesses de charge USB de base pour une puissance de sortie pouvant atteindre 100W. La quantité de puissance disponible est divisée en différentes puissances, qui fonctionnent à des tensions différentes. Les modes 7.5W + et 15W + sont les meilleurs pour les téléphones, tandis que 27W et au-dessus sont pour les ordinateurs portables et autres appareils de grande puissance. La norme prend également en charge l’alimentation bidirectionnelle, ce qui permet à votre téléphone de charger d’autres périphériques.

La série Pixel de Google utilise la spécification officielle Power Delivery, et la technologie est prise en charge dans la grande majorité des smartphones phares actuels. Apple applique également la norme dans l'iPhone 8, l'iPhone X, l'iPhone XS et le dernier MacBook. Cependant, de nombreuses entreprises préfèrent utiliser leurs propres normes de charge propriétaires prêtes à l'emploi.

Qualcomm Charge rapide

La technologie brevetée Quick Charge de Qualcomm était autrefois la norme par défaut dans l’industrie des smartphones, car elle popularisait la charge rapide avant la fourniture par USB. La dernière version 4.0 + de Quick Charge est compatible avec Power Delivery, permettant des vitesses de chargement plus rapides et une plus grande plage d'assistance.

Quick Charge est une fonctionnalité optionnelle disponible avec les processeurs Snapdragon de Qualcomm. Donc, ce n’est pas parce qu’un téléphone est équipé d’une puce Qualcomm qu’il est compatible Quick Charge. Malgré tout, de nombreux téléphones bénéficient de la prise en charge de Quick Charge, notamment les LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus et bien d’autres. Il existe également un vaste écosystème de chargeurs classiques et d’accessoires tiers, en raison de la popularité de la norme.

Autres normes

Dans l'écosystème des smartphones, de nombreux modèles utilisent des technologies internes plutôt que les normes plus répandues ci-dessus. Cependant, seules quelques-unes de ces normes sont réellement propriétaires. Nombre d’entre eux ne sont que Power Delivery ou Quick Charge reconditionnés sous un autre nom de marque ou comportant des modifications spécifiques à la technologie - les technologies de recharge adaptative de Samsung et de Turbo Charge de Motorola viennent à l’esprit.

D’autres, comme VOOC d’Oppo et SuperCharge de Huawei, fonctionnent très différemment. Ceux-ci augmentent considérablement la quantité de courant pour la charge de forte puissance plutôt que d'augmenter la tension. Les vitesses de chargement de ces technologies propriétaires ont considérablement augmenté au fil des ans, SuperCharge, Super VOCC et OnePlus ’WarpCharge 30 étant l’un des plus rapides du marché. Voici comment certaines des technologies les plus courantes s’empilent côte à côte.

Il est possible de prendre en charge plusieurs normes ou au moins d’assurer un certain niveau de compatibilité avec différentes méthodes de charge rapide. Malheureusement, cela entraîne beaucoup d'imprévisibilité quant aux vitesses de charge exactes que vous obtiendrez lorsque vous utiliserez des téléphones avec différents chargeurs et même différents câbles.

Après avoir testé plusieurs téléphones, nous avons constaté une grande variation dans la quantité d’énergie négociée par chaque téléphone, en fonction du chargeur et du câble utilisés. Les meilleurs résultats sont généralement obtenus en utilisant le câble et le chargeur fournis dans la boîte avec votre combiné.

Comment charger rapidement une batterie au lithium-ion

Maintenant que nous avons couvert les normes, voyons à quelle vitesse la charge accélère réellement le cycle de charge d’une batterie. Les batteries lithium-ion utilisées dans les smartphones et autres gadgets électroniques ne se chargent pas de manière linéaire. Le cycle de charge est divisé en deux phases distinctes.

Le premier est la tension croissante, ou phase de courant constant. La tension de la batterie augmente régulièrement, de 2V à 4,2V, au moment de la charge. Cela varie en fonction de la batterie exacte. La batterie utilise le courant de crête le plus élevé pendant cette phase, qui reste constante jusqu’à ce que la tension de la batterie atteigne un maximum.

La tension devient alors constante et le courant commence à tomber. Les batteries qui chargent au-delà de ce point consomment moins de courant et se chargent donc plus lentement. C'est pourquoi les premiers 50 ou 60% de votre téléphone se chargent beaucoup plus rapidement.

Le chargement de la batterie se déroule en deux phases. Tension croissante / courant constant et tension constante / courant décroissant. La première phase convient à la charge rapide à courant élevé.

Les technologies de charge rapide exploitent la phase à courant constant. Pomper le plus de courant possible dans la batterie avant qu'elle atteigne sa tension de crête. Par conséquent, les technologies de charge rapide sont plus efficaces lorsque votre batterie est remplie à moins de 50%, mais n’ont que peu ou pas d’effet lorsque vous passez la barre des 80%. Incidemment, la charge à courant constant est la période la moins préjudiciable à la santé à long terme de la batterie. Une tension constante plus élevée, ainsi que de la chaleur, nuit à la durée de vie de la batterie.

Enfin, la quantité de tension et de courant transmise à la batterie est contrôlée par un circuit de contrôle de charge situé à l'intérieur du téléphone. Couplé à des capteurs de température et de tension, le contrôleur peut gérer la quantité de courant afin d’optimiser la vitesse de charge de la batterie et sa santé à long terme.

Charge rapide à haute tension?

Certains d'entre vous ont peut-être remarqué un problème apparent ici. Si les batteries lithium-ion ont une tension typique de 3 à 4,2V, n’est-il pas dangereux d’utiliser des chargeurs à tension plus élevée?

Ce serait normalement le cas, mais les circuits de smartphones baisseraient la tension et augmenteraient le courant. Ceci maintient la même quantité d’énergie transférée (P = IV), mais déplace la tension dans la plage correcte. Et non, les câbles à charge rapide ne convertissent pas la tension alternative. Si vous regardez à l’arrière du chargeur, vous pourrez repérer la petite icône en pointillé du courant continu. L'USB est toujours un système d'alimentation en courant continu.

Les circuits de charge rapide à haute tension utilisent une alimentation abaisseur à découpage, également appelée inverseur Buck. Ce circuit prend une tension continue élevée et la convertit en une tension continue inférieure. Idéalement, il multiplie également le courant par la quantité inverse grâce à ses caractéristiques de «pompe de charge». Il s’agit essentiellement d’un commutateur qui commute la tension d’entrée pour charger un condensateur avec beaucoup de courant.

Cela semble compliqué, mais suivez les graphiques à droite. La tension d'entrée élevée s'allume et s'éteint pour créer un signal PWM de Vin. Ceci induit un courant de "pompage" élevé à travers l'inductance L dans le condensateur Cout. À la charge (batterie), nous voyons un courant élevé et une tension moyenne basse (Vout).

Le passage de 10V / 1A à 5V produit idéalement un courant de 2A après le convertisseur. Dans le monde réel, ces conversions entraînent toujours des pertes (généralement efficaces à plus de 90%), dissipées sous forme de chaleur. Les sources d'alimentation à découpage gaspillent généralement moins d'énergie qu'un régulateur linéaire.

Pourquoi utiliser des tensions plus élevées?

Il existe deux raisons principales pour utiliser des tensions plus élevées. Premièrement, les alimentations à découpage sont plus efficaces que les régulateurs linéaires qui réduisent les tensions via la dissipation de chaleur. Ceci est particulièrement important pour garder nos téléphones et leurs batteries au frais.

La seconde concerne la perte de puissance sur les câbles USB, en particulier les plus longs. Une résistance, telle qu’une longueur de fil, fait chuter une tension en fonction du courant qui la traverse (loi d’Ohm V = IR). Transmettre la même puissance en utilisant une tension plus élevée et un courant plus faible perd moins de puissance sur la longueur du câble. Ceci est plus efficace et explique pourquoi le réseau électrique principal est en centaines de volts et non en 5V.

Cependant, le compromis est que les convertisseurs buck sont plus facilement limités en courant que les régulateurs linéaires. La puissance de sortie maximale dépend de la taille de l'inducteur, du condensateur et de l'ondulation de la tension, ainsi que de la fréquence de commutation et des capacités des transistors. Il est uniquement possible d’atteindre des courants très élevés via un régulateur de tension linéaire plus traditionnel. C'est pourquoi certaines technologies de charge rapide basse tension 5V, telles que celles de Huawei et OPPO, offrent une puissance totale supérieure à celle des versions à commutation de tension haute tension de Qualcomm et Samsung.

La dernière technologie Pump Express de MediaTek permet à la fois de charger en mode commutation et de réguler linéaire.

Le diagramme ci-dessus montre comment les logiciels PumpExpress 3.0 et 4.0 de MediaTek permettent d’atteindre jusqu’à 5 A de courant de charge. Si un câble 5A est connecté, sa technologie contourne le chargeur à commutation conventionnel pour permettre un courant plus élevé. Dans ce cas, le circuit négocie la tension requise sur les lignes de données, en augmentant et en diminuant la tension de charge Vbus pour une efficacité maximale.

Emballer

La charge rapide englobe toute une gamme de technologies différentes, chacune avec ses avantages et ses inconvénients. C'est en partie la raison pour laquelle il existe de nombreuses normes différentes sur le marché, car les entreprises adoptent leurs propres approches pour accélérer la charge et maximiser la longévité de la batterie.

Il y a quelques générations, la charge haute tension était en train de devenir la norme et les technologies implémentent maintenant des tensions contrôlées plus basses et des courants forts pour augmenter encore les vitesses. Cependant, cela nécessite des câbles plus épais et ajoute un autre problème de compatibilité.

USB Power Delivery est déjà assez largement adopté. Cela constituera probablement l’épine dorsale de toutes les normes de charge USB, même si nous verrons probablement les entreprises expérimenter leurs propres solutions encore plus rapides en plus de la prise en charge de cette norme universelle.

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