Contenido

• Estándares de carga rápida explicados
• Entrega de energía USB
• Carga rápida de Qualcomm
• Otras normas
• Cómo cargar rápidamente una batería de iones de litio
• ¿Carga rápida a alto voltaje?
• ¿Por qué usar voltajes más altos?
• Envolver
• Relacionado

La carga rápida es una característica imprescindible en los teléfonos actuales. Mantiene nuestras baterías cargadas durante los días ocupados. Sin embargo, hay una variedad de diferentes estándares de diferentes compañías. Algunos solo funcionan con cables y cargadores específicos, mientras que otros usan voltajes más altos. Todo puede ser un poco confuso, por lo que estamos aquí para darle sentido.

En pocas palabras, la carga rápida aumenta la corriente enviada a la batería para llenar su capacidad más rápido. La especificación USB básica solo envía 0.5 amperios (A) de corriente usando 5 voltios (V) por solo 2.5 vatios (W). Las tecnologías de carga rápida aumentan estas cifras. El SuperCharge 10V / 4A de Huawei produce 40W y la última carga rápida adaptativa de Samsung produce 15W de jugo. Algunas compañías chinas incluso cuentan con tecnologías de carga que pueden alcanzar hasta 100W. Todos los servicios de carga rápida comparten un tema común: más potencia.

Esa es solo la descripción básica. Cómo se carga realmente una batería es más complicado. Antes de llegar a eso, veamos las diferencias entre todos estos estándares de carga rápida con más detalle.

Estándares de carga rápida explicados

Entrega de energía USB

USB Power Delivery (USB-PD) es la especificación oficial de carga rápida publicada por USB-IF en 2012. El estándar puede ser utilizado por cualquier dispositivo con un puerto USB, siempre que su fabricante incluya los circuitos y el software necesarios. Al igual que todos los estándares de carga rápida, USB-PD implementa un protocolo de datos para comunicarse entre el cargador y el teléfono. Esto negocia la entrega de potencia máxima tolerable tanto para el cargador como para el teléfono.

USB Power Delivery aumenta las velocidades básicas de carga USB para hasta 100 W de potencia de salida. La cantidad de energía disponible se divide en diferentes clasificaciones de potencia, que operan a diferentes voltajes. Los modos 7.5W + y 15W + son mejores para teléfonos, mientras que 27W y superiores son para computadoras portátiles y otros dispositivos de mayor potencia. El estándar también admite energía bidireccional, permitiendo que su teléfono cargue otros periféricos.

La serie Pixel de Google utiliza la especificación oficial de Power Delivery, y la tecnología es compatible con la gran mayoría de los teléfonos inteligentes emblemáticos actuales. Apple también implementa el estándar en el iPhone 8, iPhone X, iPhone XS y las últimas MacBooks. Sin embargo, muchas compañías prefieren sus propios estándares de carga patentados listos para usar.

Carga rápida de Qualcomm

La tecnología de carga rápida patentada de Qualcomm fue una vez el estándar predeterminado en la industria de los teléfonos inteligentes, ya que popularizó la carga rápida antes de la entrega de energía USB. La última revisión 4.0+ de Quick Charge es compatible con Power Delivery, lo que permite velocidades de carga más rápidas y una gama más amplia de soporte.

Quick Charge es una función opcional disponible con los procesadores Snapdragon de Qualcomm. Entonces, el hecho de que un teléfono tenga un chip Qualcomm no significa que sea compatible con Quick Charge. Aun así, una amplia gama de teléfonos cuenta con soporte de carga rápida, incluidos el LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus y muchos más. También existe un amplio ecosistema de cargadores heredados y accesorios de terceros, debido a la popularidad del estándar.

Otras normas

En el ecosistema de teléfonos inteligentes, muchos modelos usan tecnologías internas en lugar de los estándares más ubicuos mencionados anteriormente. Sin embargo, solo algunos de estos estándares son verdaderamente propietarios. Muchos son solo Power Delivery o Quick Charge reempaquetados bajo una marca diferente o con algunos ajustes específicos a la tecnología: me vienen a la mente las tecnologías de carga adaptativa de Samsung y Turbo Charging de Motorola.

Otros, como el VOOC de Oppo y el SuperCharge de Huawei, funcionan de manera bastante diferente. Estos aumentan en gran medida la cantidad de corriente para la carga de alta potencia en lugar de aumentar el voltaje. Las velocidades de carga de estas tecnologías patentadas han aumentado considerablemente a lo largo de los años, con SuperCharge, Super VOCC y WarpCharge 30 de OnePlus siendo algunos de los más rápidos del mercado. A continuación, se detallan algunas de las tecnologías más comunes.

Es posible soportar múltiples estándares o al menos asegurar cierto nivel de compatibilidad con diferentes métodos de carga rápida. Desafortunadamente, esto conduce a una gran imprevisibilidad sobre las velocidades de carga exactas que recibirá cuando use teléfonos con diferentes cargadores e incluso cables diferentes.

Después de probar varios teléfonos, encontramos una gran variación en la cantidad de energía que cada teléfono negoció, dependiendo del cargador y el cable utilizado. Los mejores resultados generalmente se logran utilizando el cable y el cargador suministrados en la caja con su teléfono.

Cómo cargar rápidamente una batería de iones de litio

Ahora que hemos cubierto los estándares, analicemos qué tan rápido la carga realmente acelera el ciclo de carga de una batería. Las baterías de iones de litio utilizadas dentro de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos no se cargan de forma lineal. El ciclo de carga se divide en dos fases distintas.

El primero es el aumento de voltaje, o fase de corriente constante. El voltaje de la batería aumenta constantemente desde tan solo 2V hasta su pico de alrededor de 4.2V a medida que se carga. Esto varía según la batería exacta. La batería consume la corriente pico más alta durante esta fase, que permanece constante hasta que el voltaje de la batería alcanza su punto máximo.

El voltaje se vuelve constante y la corriente comienza a caer. Las baterías que se cargan más allá de este punto consumen menos corriente y, por lo tanto, se cargan más lentamente. Es por eso que el primer 50 o 60 por ciento de su teléfono se carga considerablemente más rápido.

La carga de la batería ocurre en dos fases. Tensión creciente / corriente constante y tensión constante / corriente descendente. La primera fase es adecuada para la carga rápida de alta corriente.

Las tecnologías de carga rápida aprovechan la fase de corriente constante. Bombear la mayor cantidad de corriente posible a la batería antes de que alcance su voltaje máximo. Por lo tanto, las tecnologías de carga rápida son más efectivas cuando la batería tiene menos del 50 por ciento de carga, pero tienen poco o ningún efecto al pasar el 80 por ciento. Por cierto, la carga de corriente constante es el período menos perjudicial para la salud a largo plazo de la batería. Un voltaje constante más alto, junto con el calor, es perjudicial para la vida útil de la batería.

Finalmente, la cantidad de voltaje y corriente que pasa a la batería se controla a través de un circuito controlador de carga dentro del teléfono. Junto con los sensores de temperatura y voltaje, el controlador puede administrar la cantidad de corriente para optimizar la velocidad de carga de la batería y la salud a largo plazo.

¿Carga rápida a alto voltaje?

Algunos de ustedes pueden haber detectado un problema aparente aquí. Si las baterías de iones de litio tienen un voltaje típico de alrededor de 3 a 4.2V, ¿no es peligroso usar cargadores de mayor voltaje?

Normalmente, este sería el caso, pero los circuitos de los teléfonos inteligentes reducen el voltaje y la corriente. Esto mantiene la cantidad de energía transferida igual (P = IV), pero mueve el voltaje al rango correcto. Y no, los cables de carga rápida no hacen conversión de voltaje de CA. Si miras en la parte posterior del cargador, podrás ver el pequeño ícono de corriente de CC discontinua ⎓. USB es siempre un sistema de suministro de energía de CC.

Los circuitos de carga rápida de alto voltaje utilizan una fuente de alimentación reductora en modo conmutado, también conocida como inversor reductor. Este circuito toma un alto voltaje de CC y lo convierte en un voltaje de CC más bajo. Idealmente, también multiplica la corriente por la cantidad inversa gracias a sus características de "bomba de carga". Es esencialmente un interruptor que alterna el voltaje de entrada para cargar un condensador con mucha corriente.

Esto parece complicado, pero sigue los gráficos de la derecha. El alto voltaje de entrada se activa y desactiva para crear una señal PWM de Vin. Esto induce una alta corriente de "bombeo" a través del inductor L al condensador Cout. En la carga (batería) vemos una corriente alta y un voltaje medio bajo (Vout).

Bajar de 10V / 1A a 5V idealmente produce una corriente de 2A después del convertidor. En el mundo real, siempre hay alguna pérdida asociada con estas conversiones (por lo general, estas son superiores al 90 por ciento de eficiencia), disipadas como calor. Las fuentes de alimentación conmutadas también suelen desperdiciar menos energía que un regulador lineal.

¿Por qué usar voltajes más altos?

Hay dos razones principales para usar voltajes más altos. Primero, las fuentes de alimentación conmutadas son más eficientes que los reguladores lineales que disminuyen los voltajes a través de la disipación de calor. Esto es especialmente importante para mantener nuestros teléfonos y sus baterías frescos.

El segundo se refiere a la pérdida de energía por cables USB, particularmente los más largos. Una resistencia, como una longitud de cable, deja caer un voltaje en función de la corriente que lo atraviesa (Ley de Ohm V = IR). La transmisión de la misma potencia utilizando un voltaje más alto y una corriente más baja pierde menos potencia a lo largo del cable. Esto es más eficiente y por qué la red eléctrica principal es de cientos de voltios y no de 5V.

Sin embargo, la compensación es que los convertidores reductores están más fácilmente limitados por la corriente que los reguladores lineales. La potencia de salida máxima depende del tamaño del inductor, el condensador y la fluctuación de voltaje, así como la frecuencia de conmutación, además de las capacidades de potencia de los transistores. Solo es posible alcanzar corrientes muy altas a través de un regulador de voltaje lineal más tradicional. Esta es la razón por la cual algunas de las tecnologías de carga rápida de bajo voltaje de 5V, como las de Huawei y OPPO, ofrecen más potencia total que las versiones de conmutación de alto voltaje de Qualcomm y Samsung.

La última tecnología Pump Express de MediaTek abastece tanto al modo de interruptor como a la carga lineal del regulador.

El diagrama de arriba muestra cómo PumpExpress 3.0 y 4.0 de MediaTek logran alcanzar hasta 5A de corriente de carga. Si se conecta un cable de 5 A, su tecnología evita el cargador de conmutación convencional para permitir una corriente más alta. En este caso, el circuito negocia el voltaje requerido sobre las líneas de datos, elevando y bajando el voltaje de carga Vbus para una máxima eficiencia.

Envolver

La carga rápida abarca una gama de diferentes tecnologías posibles, cada una con sus propios pros y contras. Esto es en parte por qué hay tantos estándares diferentes en el mercado, ya que las empresas adoptan sus propios enfoques para acelerar la carga y maximizar la vida útil de la batería.

Hace algunas generaciones, la carga de alto voltaje se estaba convirtiendo en la norma y ahora las tecnologías están implementando voltajes controlados más bajos y altas corrientes para aumentar aún más la velocidad. Sin embargo, esto requiere cables más gruesos y agrega otro dolor de cabeza de compatibilidad.

La entrega de energía USB ya está bastante adoptada. Probablemente formará la columna vertebral de todos los estándares de carga USB en el futuro, aunque es probable que veamos a las empresas experimentar con sus propias soluciones aún más rápidas además de admitir este estándar universal.

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