شارژ سریع چیست و چطور کار می کند؟

1 خرداد 1401 - 08:50
شارژ سریع چیست؟

شارژ سریع یک قابلیت ضروری و حیاتی برای گوشی‌های هوشمند امروزی است. این ویژگی به ما اطمینان می‌دهد که می‌توانیم باتری گوشی خود را در مدت کوتاهی شارژ کنیم و حتی در شلوغ‌ترین موقعیت‌ها نیز، کارمان را راه بیندازیم.

با این حال، شرکت‌های مختلف، استانداردهای متفاوتی را در این حوزه توسعه داده‌اند که سرعت هر یک متغیر و از طرف دیگر، وابسته به کابل‌ها و شارژرهاست. همه این موارد در کنار همدیگر اندکی گیج کننده هستند، بنابراین ما در این مقاله، به شما خواهیم گفت که شارژ سریع چیست و چه منطقی پشت آن قرار دارد.

بدون فناوری‌های شارژ سریع، درگاه‌های USB قدیمی برای شارژ کامل گوشی، شما را ساعت‌ها معطل خواهند کرد. درگاه‌های USB-C به صورت پیش‌فرض تا ۱۵ وات سریع‌تر گوشی‌ها را شارژ می‌کنند اما باز هم بدون استفاده از چنین فناوری‌هایی، هیچ تضمینی برای این موضوع وجود ندارد.

گوشی‌های هوشمند امروزی در محدوده ۱۸ الی ۶۵ وات شارژ می‌شوند. این سرعت‌ها زمان شارژ آن‌ها را بین ۳۰ یا کمی بیشتر از ۶۰ دقیقه کاهش می‌دهند.

هرچند در بازار گوشی‌های مجهز به شارژ فوق سریع ۱۲۰ وات هم وجود دارند اما چنین محصولاتی هنوز رایج نیستند. گفتنی است که شارژ سریع دیگر تنها به شارژ مستقیم و متصل از طریق کابل محدود نیست، بلکه شاهد پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در سرعت شارژ بی‌سیم بوده‌ایم.

با ما همراه شوید تا این استانداردها و فناوری‌ها را در کنار همدیگر، یکبار برای همیشه بررسی کنیم. کدام گوشی شارژ سریع‌تری دارد، کدام بهتر است و کدام ارزش بیشتری دارد؟ این سوال‌ها در خلال موضوعات مقاله پیش‌رو پاسخ داده خواهند شد.

چطور یک باتری با سرعت بیشتری شارژ می‌شود؟

پیش از آن که در استانداردهای شارژ سریع عمیق شویم، اجازه دهید به معرفی اصول اولیه شارژ باتری‌ها بپردازیم. مانند تمام دستگاه‌های الکترونیک، باتری‌ها با ولتاژ مشخصی کار می‌کنند و می‌توانند مقدار خاصی از جریان را دریافت و منتقل کنند.

هر چه ولتاژ و جریان ورودی و خروجی بیشتر باشد، سرعت شارژ بالاتر می‌رود. با این حال، باتری‌ها مقاومت عملیاتی مشخصی هم مخصوصاً در زمینه ولتاژ دارند که جهت تامین ایمنی، باید به آن‌ توجه شود. بنابراین برای سریع‌تر شارژ کردن یک باتری، به سادگی نمی‌توان ولتاژ و جریان آن را تا حد ممکن بالا برد. در عوض، شارژ باتری معمولاً به دو قسمت مجزا تقسیم می‌شود: جریان ثابت و ولتاژ ثابت.

نمودار زیر تغییرات ولتاژ حین شارژ شدن یک باتری و چگونگی تاثیر آن بر مقدار جریانی که به باتری منتقل می‌شود را نشان می‌دهد.

شارژ سریع

فناوری‌های شارژ سریع از فاز جریان ثابت با پمپاژ هر چه بیشتر جریان به باتری، پیش از رسیدن به حداکثر ولتاژ بهره می‌گیرند. در نتیجه، این فناوری‌ها زمانی بیشترین کارایی را دارند که باتری شما کمتر از ۵۰ درصد ظرفیتش، شارژ شده باشد. از طرفی با گذر شارژ باتری از ۸۰ درصد ظرفیت، تاخیر چشم‌گیری بر زمان شارژ ایجاد می‌شود و برخلاف حالت قبل، سرعت شارژ به کمترین مقدار خود می‌رسد.

از قضا، شارژ جریان ثابت کمترین ضرر را در بلند مدت، برای سلامت دستگاه به ارمغان می‌آورد. ولتاژ ثابت بالاتر همراه با گرما، بیشترین ضرر را برای سلامت و عمر مفید طولانی باتری در روند شارژ، در پی دارد.

چند تکنیک وجود دارد که شرکت‌ها می‌توانند از آن‌ها برای افزایش توانایی‌های باتری‌هایشان کمک بگیرند و در نتیجه، سرعت شارژ را کاهش دهند. برای مثال باتری‌های گران‌تر معمولاً با نرخ C بالاتر و مواد اولیه جدیدی ساخته می‌شوند که مقاومت بیشتری در برابر جریان‌ها و دما دارند. باتری‌هایی با چندین زبان آتود و کاتود، می‌توانند مقاومت داخلی باتری را کاهش داده و در عوض، جریان را افزایش دهند.

باتری‌های دو سلوله نیز جریان را به صورت موازی بین دو باتری تقسیم می‌کنند تا شارژ سریع‌تر، بهتر نمود پیدا کند. در حقیقت در این روش، سرعت شارژ دو باتری در مقایسه با یک باتری مشابه، یکسان است اما از آن‌جایی که دو باتری هم‌زمان با این سرعت شارژ می‌شوند، کاربر زمان کمتری منتظر باقی می‌ماند.

بهینه‌سازی زمان شارژ باتری اکنون شامل نظارت بر ولتاژ، جریان و بهبود الگوریتم‌ها هم می‌شود. افزون بر دما، این داده‌ها می‌توانند به شارژرهای هوشمند ارائه شوند تا نحوه شارژ یک دستگاه نظیر گوشی هوشمند شما را بهینه کنند. این فرایند تبادل انرژی جایی است که استانداردهای شارژ سریع که در زیر به آن‌ها بیشتر خواهیم پرداخت، وارد ماجرا می‌شوند.

استانداردهای شارژ سریع

حالا که می‌دانیم شارژ سریع چطور عمل می‌کند، بیایید به اتفاق به انواع استانداردهای شارژ سریع موجود در گوشی‌های هوشمند و گجت‌ها نگاهی بیندازیم.

USB Power Delivery

USB Power Delivery یا به شکل خلاصه USB PD مشخصه رسمی شارژ سریع است که در سال ۲۰۱۲ توسط USB-IF منتشر شد. از سال ۲۰۲۰، USB PD به رایج‌ترین استاندارد پشتیبانی شده در صنعت گوشی‌های هوشمند تبدیل شده است. اگرچه قسمت عظیمی از گوشی‌ها به استانداردهای سریع‌تری هم مجهز هستند اما اکثریت گوشی‌های هوشمند بازار با این استاندارد در درگاه USB-C خود سازگار هستند.

همانند همه استانداردهای شارژ سریع، USB PD یک پروتکل داده را برای برقراری ارتباط بین شارژر و گوشی پیاده‌سازی می‌کند. به این ترتیب، حداکثر توان قابل تحمل برای دو سمت ماجرا یعنی گوشی و شارژر مشخص و سپس اعمال می‌شود. USB PD قادر به مقیاس‌بندی انرژی تا مقدار ناچیزی نظیر ۰.۵ وات الی سرعت بالایی تا حداکثر ۱۰۰ وات است.

USB PD محدوده انرژیولتاژ ثابتمحدوده جریاننمونه دستگاه‌ها
0.5 – 15W5V0.1 – 3.0Aهدفون‌ها، لوازم جانبی کوچک USB
15 – 27W9V1.67 – 3.0Aگوشی‌های هوشمند، دوربین‌ها، پهپادها
27 – 45W15V1.8 – 3.0Aتبلت‌ها، لپ تاپ‌های کوچک
45 – 100W20V2.25 – 3.0A
3.0 – 5.0A only with rated cable
لپ تاپ‌های بزرگ، نمایشگرها

گوشی‌های هوشمند معمولاً از توانی بین محدوده ۱۸ الی ۲۵ وات برای شارژ از طریق استاندارد USB-PD استفاده می‌کنند. این استاندارد همچنین از شارژ دو جهته پشتیبانی می‌کند که اجازه می‌دهد گوشی شما، سایر دستگاه‌ها را شارژ کند. اپل آیفون ۱۲ و گوگل پیکسل ۵ برخی از گوشی‌هایی هستند که از USB-PD استفاده می‌کنند.

آخرین نسخه استاندارد USB-PD شامل ویژگی اختیاری USB PD PPS یا منبع تغذیه قابل برنامه‌ریزی نیز می‌شود. این ویژگی به شرکت‌ها اجازه می‌دهد که ولتاژ را در محدوده ۲۰ میلی‌ولت، با انعطاف بیشتری مدیریت کرده و در نتیجه، شارژ دستگاه را به سرعت بیشتری برسانند. سری گلکسی S21 سامسونگ از جمله گوشی‌هایی هوشمندی هستند که از این ویژگی استفاده می‌کنند.

کوییک شارژ کوالکام

استاندارد شارژ سریع کوالکام موسوم به کوییک شارژ به دلیل رشد USB PD و سایر استانداردهای اختصاصی طی سال‌های گذشته، چندان رایج و همچنین معروف نیست. با این حال، این فناوری اکنون در پنجمین نسل خود قرار دارد و در گوشی‌های هوشمند فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کوییک شارژ ۵ با تمام نسخه‌های پیشین استانداردهای کوالام و حتی USB PD سازگار است. افزون بر این، استاندارد کوالکام می‌تواند تا حداکثر ۱۰۰ وات انرژی در اختیار گجت‌هایی قرار دهد که با این مقدار انرژی مشکلی ندارند و برای استفاده از آن بهینه شده‌اند. در نسخه‌های پیشین این استاندارد، گجت‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کردند، نمی‌توانستند توانی بیش از ۲۷ وات را طلب کنند.

نسخه استانداردولتاژحداکثر جریانحداکثر انرژی
Quick Charge 1.05V2A10W
Quick Charge 2.05 / 9 / 12V3A18W
Quick Charge 3.03.6 – 20V (200mV increments2.5 / 4.6A18W
Quick Charge 4+3.6 – 20V (200mV increments) QC Mode
5 / 9V USB-PD Mode
2.5 / 4.6A QC Mode
3A USB-PD Mode
18W QC Mode
27W USB-PD Mode
Quick Charge 53.3 – 20V
3A, 5A, >5A modes100W

با افزایش ولتاژ عملی به ۲۰ ولت و جریان ۳ آمپر به ۵ آمپر، کوییک شارژ ۵ تا حد زیادی منطبق بر توانایی‌هایی است که USB PD PPS مهیا می‌کند. کوالکام استاندارد خود را همراه با قابلیت تشخیص شارژر، پروتکل‌های حفاظت از ولتاژ، جریان و البته، حرارت افزایش می‌دهد.

سایر استانداردهای اختصاصی

طی گذشت سال‌های متوالی، بسیاری از شرکت‌ها استانداردهای شارژ سریع خودشان را توسعه داده‌اند. بسیاری از آن‌ها زمانی این استانداردها را توسعه دادند که هنوز درگاه‌های USB-A محبوب و همه‌گیر بودند و در ابعاد گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

به همین دلیل، برخی از آن‌ها کم و بیش با مهاجرت به USB-C، محوریت خود را از دست داده و به نفع استاندارد USB PD منسوخ شده‌اند. با این وجود، برخی از این استانداردها برای پشتیبانی از دستگاه‌های قدیمی یا به این دلیل که سریع‌تر از استانداردهای جهانی هستند، هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرند و پشتیبانی می‌شوند.

برای مثال پروتکل ۲.۴ آمپر اپل، استاندارد پایه ۰.۵ آمپر درگاه‌های USB-A عادی را به ۲.۴ آمپر افزایش می‌دهد. آیفون‌های قدیمی‌تر و برخی از گجت‌های محدود، از این استانداردها برای شارژ سریع‌تر از طریق درگاه‌های قدیمی‌تر استفاده می‌کنند.

فناوری آداپتیو فست شارژ سامسونگ (Adaptive Fast Charge) نیز همین شرایط را دارد. این استاندارد برای گوشی‌های هوشمند قدیمی‌تر گلکسی سامسونگ طراحی شده و در مدل‌های نسل‌های جدیدتر هم پشتیبانی می‌شود. این فناوری تا ۱۵ وات انرژی را مهیا می‌کند و اگرچه در مقایسه با تکنولوژی‌های شارژ سریع روز، به طرز قابل ملاحظه‌ای کندتر است اما هنوز هم کارش را در پشتیبانی از دستگاه‌ها انجام می‌دهد.

سایر استانداردها در حال حاضر قدیمی‌تر یا غیرمحبوب‌تر هستند. از جمله این فناوری‌ها می‌توان به توربو شارژ موتورولا و پمپ اکسپرس مدیاتک اشاره کرد که اکنون منسوخ شده‌اند. در سمت مقابل استانداردهای شارژ فوق سریع نیز حضور پر رنگی در صنعت گوشی‌های هوشمند دارند، مخصوصاً وقتی بحث به تولید کنندگان چینی می‌رسد.

برای مثال می‌توان وارپ شارژ (Warp Charge) وان پلاس، سوپر شارژ هوآوی، SuperVooc اوپو و فناوری شارژ ۱۲۰ وات شیائومی اشاره کرد. این فناوری‌ها در محدوده‌ای بین ۴۰ الی ۱۲۰ وات قرار می‌گیرند و بسیار فراتر از پیاده‌سازی‌های کوییک شارژ کوالام و USB PD قرار می‌گیرند و به راحتی آن‌ها را پشت سر می‌گذارند.

خوشبختانه فناوری‌های اختصاصی شرکت‌هایی مانند وان پلاس و شیائومی، افزون بر پروتکل خودشان از USB PD هم پشتیبانی می‌کنند. این اجازه می‌دهد که یک آداپتور شارژ قادر به شارژ سریع گوشی‌های هوشمند، لپ تاپ‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی دیگری باشد.

شارژ سریع بی‌سیم

شارژ بی‌سیم قواعد و عملکرد مشابهی با شارژ سریع مستقیم دارد. در این حالت نیز دستگاه‌ها به یک باتری قابل شارژ و روشی برای مبادله اطلاعات بین خود محصول و شارژر نیاز دارند. سپس مسئله بعدی انتقال موثر مقدار زیادی نیرو از طریق هوا است.

Qi (که چی تلفظ می‌شود) همه‌گیرترین استاندارد در حوزه شارژ بی‌سیم در صنعت موبایل است. همانند استاندارد شارژ سریع مستقیم USB PD که بالاتر به آن پرداختیم، این استاندارد نیز چندین نسخه دارد که در هر یک، توانایی‌های انتقال انرژی و ارتباطی افزایش یافته است. Qi همچنین فناوری شارژ معکوس را هم پیاده‌سازی می‌کند که اجازه می‌دهد گوشی به صورت بی‌سیم، سایر دستگاه‌ها را شارژ کند.

نسخه ۱ Qi در سال ۲۰۱۰ با حداکثر توان انتقال ۵ وات انرژی معرفی شد. طی سال‌ها این فناوری با پیشرفت خود به امکان تبادل ۱۰، ۱۵، ۳۰ و در حال حاضر، برای دستگاه‌های بزرگ‌تر، ۶۵ وات انرژی رسیده است. در صنعت موبایل، شارژ بی‌سیم با حداکثر توان ۱۵ وات در بسیاری از گوشی‌ها به کار گرفته می‌شود و رایج است. دستگاه‌های کوچک‌تر و گجت‌های هوشمند معمولاً به به شارژ بی‌سیم ۱۰ الی ۷.۵ وات خاتمه می‌یابند. بنابراین، Qi هنوز هم از شارژ سیمی و مستقیم، کندتر است.

اپل نیز در سال ۲۰۲۰ فناوری اختصاصی شارژ بی‌سیم خود را با مگ سیف (MagSafe) معرفی کرد. مگ سیف نیز دستگاه را با نرخ ۱۵ وات شارژ‌ می‌کند که کندتر از نرخ شارژ مستقیم ۲۰ وات آیفون ۱۲ با استاندارد USB PD است. البته تمام استانداردهای شارژ بی‌سیم این‌طور نیستند و پیشرفت‌های خوبی در این زمینه روی داده است. همان‌گونه که در قسمت شارژ سیمی دیدیم، در این‌جا هم می‌توانیم ادعا کنیم که برندهای چینی در این زمینه دست بالاتر را دارند.

اوپو با شارژ بی‌سیم ۶۵ وات خود تحت نام SuperVooc، حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. وان پلاس یکی دیگر از برندهای چینی است که به واسطه وارپ شارژ بی‌سیم ۵۰ وات خود، در کنار فناوری شارژ بی‌سیم ۴۰ وات هوآوی، افزون بر استانداردهای شارژ مستقیم، در این حوزه هم می‌درخشند. برخی شرکت‌ها فناوری شارژ بی‌سیم ۱۰۰ وات و فراتر از آن را هم تبلیغ کرده‌اند اما هنوز استفاده‌های تجاری زیادی را در این‌خصوص ندیده‌ایم.

هر چه قدر در این فناوری‌ها، سیم‌پیچ‌های بیشتری برای انتقال جریان از طریق هوا به کار گرفته شود، سرعت شارژ بی‌سیم نیز افزایش می‌یابد. با این حال این فرایند، بدون هزینه هم نیست و عواقب جانبی متعددی دارد که از جمله آن‌ها باید به اشغال فضا و افزایش دمای بیشتر حین شارژ اشاره کنیم. در حالی که شارژ بی‌سیم پرسرعت مشخصاً ممکن است اما موثرترین راه برای شارژ سریع گوشی هوشمند یا سایر گجت‌های موجود نیست.

وضعیت شارژ سریع در سال ۲۰۲۲

بازار کنونی گوشی‌های هوشمند در مقایسه با چند سال گذشته، در نهایت بین تعداد مشخصی از استانداردهای شارژ سریع مستقیم و بی‌سیم شکل گرفته است. در حوزه شارژ سیمی و مستقیم، USB PD تبدیل به یک استاندارد برتر و همه‌گیر در گوشی‌های هوشمند، چه در اکوسیستم اندروید و چه در اکوسیستم iOS شده است.

USB PD همچنین در بازار لپ تاپ‌ها هم محبوبیت خود را تثبیت کرده است. ما سرانجام شاهد رواج یک استاندارد یکسان برای تمام دستگاه‌ها هستیم. با این حال، اضافه شدن USB PD PSS لایه جدیدی از سردرگمی را برای کاربران به ارمغان آورده است. شارژ بی‌سیم با شرایطی مشابه، میزبان Qi به عنوان یک استاندارد پذیرفته شده است در تمام این صنعت است.

با تمام این اوصاف، هنوز هم استانداردهای اختصاصی به کار خود ادامه می‌دهند و سرعت شارژ را به مراحل بالاتری برده و می‌برند. برای مثال ما در حالی درباره شارژ بی‌سیم ۱۲۰ وات سخن می‌گوییم که تا چند سال پیش قادر نبودیم به خود موضوع شارژ بی‌سیم و پیاده‌سازی آن در گوشی‌های هوشمند فکر کنیم. با وجود گسترش آن‌ها، مسلماً USB PD و Qi سریع‌ترین فناوری‌های شارژ سریع تجاری بازار نیستند.


سوالات متداول

شارژ سریع چیست؟

  • شارژ سریع یک قابلیت ضروری و حیاتی برای گوشی‌های هوشمند امروزی است. این ویژگی به ما اطمینان می‌دهد که می‌توانیم باتری گوشی خود را در مدت کوتاهی شارژ کنیم و حتی در شلوغ‌ترین موقعیت‌ها نیز، کارمان را راه بیندازیم.

در چه بازه زمانی شارژ، سریع‌تر انجام می‌شود؟

  • فناوری‌های شارژ سریع از فاز جریان ثابت با پمپاژ هر چه بیشتر جریان به باتری، پیش از رسیدن به حداکثر ولتاژ بهره می‌گیرند. در نتیجه، این فناوری‌ها زمانی بیشترین کارایی را دارند که باتری شما کمتر از ۵۰ درصد ظرفیتش، شارژ شده باشد. از طرفی با گذر شارژ باتری از ۸۰ درصد ظرفیت، تاخیر چشم‌گیری بر زمان شارژ ایجاد می‌شود و برخلاف حالت قبل، سرعت شارژ به کمترین مقدار خود می‌رسد.

چه گوشی‌ها و دستگاه‌هایی از شارژ سریع پشتیبانی می‌کنند؟

  • تقریباً تمام گوشی‌های هوشمند مدرن و لوازم جانبی میان‌رده به بالا، از فناوری شارژ سریع مستقیم یا بی‌سیم پشتیبانی می‌کنند.

شارژ سریع بی‌سیم چیست؟

  • Qi (که چی تلفظ می‌شود) همه‌گیرترین استاندارد در حوزه شارژ بی‌سیم در صنعت موبایل است. Qi همچنین فناوری شارژ معکوس را هم پیاده‌سازی می‌کند که اجازه می‌دهد گوشی به صورت بی‌سیم، سایر دستگاه‌ها را شارژ کند.
برچسب‌ها: ، ، ، ،

مطالب مرتبط

نظرات

دیدگاهتان را بنویسید