چرا استانداردهای شارژ سریع این قدر متنوع هستند و چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟ - کاناداکو

با فراگیر شدن گوشی های هوشمند، شرکت های مختلف پروتکل های دستکاری ولتاژ و شدت جریان را به طور مستقل پایه گذاری کردند؛ کوالکام با فناوری Quick Charge پیشگام شد، اوپو استاندارد SuperVOOC را رونمایی کرد و شیائومی سیستم HyperCharge را به میدان کشید. نکته بسیار مهم این است که داشتن پورت فیزیکی USB-C به هیچ عنوان نشانه شارژ فوق العاده سریع نیست. دستیابی به حداکثر توان وابسته به تراشه های مدیریت نیرو در مبدأ و مقصد است. گوشی ها جریان ورودی را بر اساس مشخصات الکتریکی سلول های خود فیلتر می نمایند؛ به این معنی که اتصال یک آیفون 20 واتی به شارژر 100 واتی مک بوک، هرگز سرعت شارژ آن را از سقف مجازش بالاتر نخواهد برد.

چرا استانداردهای اختصاصی در برابر استانداردهای عمومی صف آرایی نموده اند؟

در دنیای فناوری دو رویکرد متفاوت برای تامین انرژی وجود دارد: سیستم های باز مانند USB Power Delivery (USB PD) و سیستم های بسته یا اختصاصی مانند SuperVOOC اوپو. در پروتکل های عمومی مثل USB PD که پایه شارژ آیفون های سری 17، پیکسل های گوگل و تبلت ها و لپ تاپ های تازه است، توافق بین آداپتور و دستگاه بر مبنای پروفایل های ولتاژ استاندارد (مانند 5، 9، 15 یا 20 ولت) صورت می گیرد. اما در پروتکل های اختصاصی، شرکت های فراورینماینده برای جلوگیری از داغ شدن شدید گوشی، بخش اعظم مدار کنترل ولتاژ و ترانسفورماتور کاهنده را از داخل بدنه موبایل خارج نموده و به درون کلگی شارژر منتقل نموده اند. به همین علت شارژرهای 120 واتی شیائومی یا 80 واتی وان پلاس برای کارکرد در بالاترین سرعت به کابل های ضخیم مجهز به پین های شناسایی خاص و آداپتورهای اورجینال خود احتیاج دارند. در صورت استفاده از کابل یا آداپتور متفرقه، مدار محافظ گوشی برای جلوگیری از آتش سوزی، سرعت شارژ را به پایین ترین سطح ایمن (معمولاً 10 یا 15 وات) کاهش می دهد.

فناوری USB PD PPS چیست و چرا برای اندرویدی ها حیاتی است؟

فناوری Programmable Power Supply (PPS) یکی از پیشرفته ترین الحاقات پروتکل USB PD 3.0 به بعد است. در شارژرهای سنتی، ولتاژ در پله های ثابت (مثلاً 9 ولت به 5 ولت) تغییر می کرد که این تبدیلِ ناگهانی درون گوشی، تلفات انرژی زیادی به صورت گرما ایجاد می کرد. اما فناوری PPS به گوشی اجازه می دهد با فرستادن سیگنال های مداوم به آداپتور، ولتاژ خروجی را با دقت 20 میلی ولت (0.02 ولت) و جریان را در گام های 50 میلی آمپر به صورت پویا تنظیم کند.

این هماهنگی لحظه ای باعث کاهش چشمگیر حرارت فراوریشده در مدار داخلی گوشی می گردد. برای مثال، سامسونگ در پرچمدار خود یعنی گلکسی S26 اولترا از این فناوری تحت عنوان Super Fast Charging 3.0 با توان 60 وات استفاده می نماید. بعلاوه گوگل پیکسل 11 پرو برای دستیابی به نهایت سرعت شارژ خود به یک آداپتور مجهز به پورت USB-C با قابلیت PPS و توان 45 وات احتیاج دارد. بدون پشتیبانی شارژر از این قابلیت، گوشی با سرعت های بسیار پایین تر شارژ خواهد شد.

پویایی فرآیند شارژ سریع و مفهوم توان غیراستاتیک

بسیاری از کاربران به اشتباه تصور می نمایند تبلیغات شارژ 120 واتی به این معناست که گوشی از ابتدا تا انتهای فرآیند شارژ با همین توان تغذیه می گردد. در واقعیت، شارژ سریع یک فرآیند کاملاً پویا و غیرخطی است. باتری های لیتیوم-یونی در دو فاز اصلی شارژ می شوند: فاز جریان ثابت (CC) که در آن ولتاژ به مرور بالا می رود و فاز ولتاژ ثابت (CV) که با پر شدن باتری، جریان به شدت افت می نماید. بیشترین توان اعلام شده به وسیله شرکت ها (مانند شارژ صفر تا پنجاه درصد در 10 دقیقه) فقط در فاز اول و زمانی که باتری کاملاً خالی و خنک است اعمال می گردد. به محض رسیدن ظرفیت باتری به محدوده 50 تا 60 درصد، مقاومت داخلی سلول ها افزایش یافته و تراشه ایمنی برای جلوگیری از تجزیه الکترولیت و تورم باتری، توان ورودی را به شدت کاهش می دهد تا جایی که در ده درصد پایانی، سرعت شارژ به حداقل ممکن می رسد.

تاثیر واقعی شارژ سریع بر طول عمر و سلامت باتری

باتری های لیتیومی با هر بار چرخه شارژ و دشارژ به علت پدیده رشد لایه اینترفاز الکترولیت جامد (SEI) به تدریج ظرفیت خود را از دست می دهند. متهم اصلی در سرعت بخشیدن به این فرآیند تخریبی، گرماست و نه خود سرعت انتقال الکترون ها. سیستم های مدیریت باتری مدرن (BMS) به طور مداوم دمای سلول ها را با حسگرهای حرارتی پایش می نمایند و در صورت عبور دما از مرزهای بحرانی (معمولاً بالای 40 درجه سانتی گراد)، به طور اتوماتیک سرعت شارژ را محدود می نمایند.

با این حال، اگر اصراری به پر شدن سریع گوشی ندارید، استفاده از یک آداپتور معمولی 5 یا 10 واتی در طول شب به علت فراوری گرمای ناچیز، فشار بسیار کمتری به ساختار شیمیایی باتری وارد می نماید. بدترین سناریو برای سلامت باتری، شارژ کردن گوشی زیر نور مستقیم آفتاب، حین اجرای بازی های گرافیکی سنگین یا قرار دادن آن در کاورهای ضخیم پلاستیکی است که مانع خروج حرارت می شوند.

راهکارهای نرم افزاری و سخت افزاری برای محافظت از باتری

سازندگان سیستم عامل ها ویژگی های هوشمندی برای کاهش استهلاک شیمیایی باتری در بلندمدت طراحی نموده اند. در آیفون های تازه (مانند آیفون 15 به بعد و سری 17)، ویژگی Optimized Battery Charging الگوهای خواب شما را یاد می گیرد و شارژ گوشی را روی 80 درصد متوقف می نماید؛ سپس درست قبل از بیدار شدن شما، 20 درصد به جای مانده را شارژ می نماید.

بعلاوه کاربران امکان معین سقف شارژ دستی (مثلاً محدود کردن دائمی روی 80 یا 85 درصد) را دارند که مانع قرارگیری طولانی مدت باتری در ولتاژهای بالا می گردد. در دنیای اندروید نیز ویژگی Battery Protection سامسونگ و Adaptive Charging در گوشی های پیکسل عملکرد مشابهی دارند. فراتر از نرم افزار، قابلیت سخت افزاری مجذوب کنندهی به نام Bypass Charging در گوشی های گیمینگ مانند سری گلکسی S26 تعبیه شده است؛ این فناوری جریان برق را مستقیماً به مادربورد راهنمایی نموده و مدار باتری را کاملاً از مدار خارج می نماید تا هنگام بازی، دمای گوشی بالا نرود و باتری مستهلک نگردد.

نقش فناوری GaN در نسل تازه آداپتورهای مسافرتی

تا پیش از این، ساخت شارژرهای قدرتمند بالای 60 وات احتیاجمند قطعات سیلیکونی بزرگ و هیت سینک های فلزی سنگین بود تا گرما را دفع نمایند. اما ظهور نیمه رساناهای گالیوم نیترید (GaN) این معادله را تغییر داد. ترانزیستورهای GaN نسبت به سیلیکون سنتی، پهنای باند انرژی بیشتری دارند و الکترون ها را با سرعت بسیار بالاتری راهنمایی می نمایند. این ویژگی به مهندسان اجازه می دهد فرکانس سوئیچینگ مدار را بدون بالا رفتن دما به شدت افزایش دهند و در نتیجه ابعاد ترانسفورماتورها را تا نصف کاهش دهند. امروزه یک شارژر GaN چند پورت با توان 100 وات می تواند همزمان یک لپ تاپ، یک تبلت و یک گوشی هوشمند را با بالاترین سرعت ممکن و کمترین اتلاف انرژی شارژ کند که آن را به برترین گزینه برای سفرهای کاری و خلوت کردن میز کار تبدیل می نماید.

پیشنهاد اختصاصی سردبیر (علیرضا مجیدی)

این مقاله مجذوب کننده و جالب بود؟! پس برای خواندن این نوشته های مرتبط کلیک کنید:

• بحران کمبود مسکن به علت هجوم کارگران ساختمانی به ساخت مراکز داده هوش مصنوعی!
• چرا کارفرمایان پیشنهاد کاری فارغ التحصیلان را پس می گیرند؟ پشت پرده جنگ الگوریتم ها در بازار کار
• رسوایی اپلیکیشن دوستیابی گوس و فریب کاربران با اینفلوئنسرهای هوش مصنوعی
• ساختار مالکیت شرکت دل و نقش مایکل دل در غول سخت افزاری دنیا
• تاریخچه گوشی های ماژولار پیش از فیرفون Fairphone؛ چهار کوشش ناکام برای تحول در موبایل
• مراکز داده (دیتاسنترها) قبل از هوش مصنوعی چه وظیفه ای داشتند و چگونه کار می کردند؟