Что думают ваши смартфоны про автомобильные USB-зарядки

Наверняка многие подметили, что отдельные автомобильные зарядки заряжают смартфоны медленнее, чем сетевые ЗУ. Особенно это касается дешевых моделей. При этом в них можно ткнуть тестером с тарированной нагрузкой и убедиться, что свои положенные вольты и амперы они выдают исправно.

Причин тому две. Но сначала несколько слов о зарядке «литий-иона», логике работы контроллеров в смартфонах и вранье китайских производителей зарядок.

Теория

Зарядка «литий-иона» процесс сложный и многоступенчатый. Обычно она состоит из двух фаз: на первом (основном) этапе контроллер подает постоянный ток с постепенно растущим напряжением и по наборе примерно 80% заряда переключается в режим дозарядки. В нем на батарею подается максимальное регламентированное напряжение, которое для современных смартфонов составляет 4,4 В (и превышать которое даже на 0,1 В нельзя), с регулируемым током. Кому интересны подробности по циклам заряда, разряда, допустимых токов и ресурса в зависимости от времени, температуры и других параметров, могут ознакомиться вот с этой статьей, во второй части которой все это подробно излагается.

Управляет всеми этими процессами контроллер. Иногда контроллеры интегрируются в SoC, но более распространены внешние решения.

Контроллеры отслеживают одновременно несколько параметров процесса, включая ток, напряжение источника и аккумуляторов, а также температуру аккумуляторных ячеек. Но главное – они способны работать с одним основным неизвестным, коим является источник питания. Поэтому перед началом зарядки контроллер выполняет серию тестов, чтобы понять возможности подключенного ЗУ и не перегрузить его. После проверки ЗУ контроллер устанавливает предельное значение тока, которое сочтет допустимым и безопасным в каждом конкретном случае.

Основной проверяемый параметр на этапе тестирования ЗУ, по всей видимости, – это падение напряжения при подключении определенной нагрузки по току. Если напряжение 5-вольтового источника упало ниже 4,8 В, ЗУ снижает нагрузку на одну ступеньку и опять следит за напряжением. По моим наблюдениям у смартфонов с максимальным регламентируемым током заряда в 1 А контроллеры используют следующие ступени: 0,4 А, 0,5 А, 0,7 А и 1 А. При этом надо понимать, что энергопотребление современного смартфона во время игры в средней сложности 3D-экшн составляет примерно 2,5 Вт·ч, что будет соответствовать 0,5 А при интерполировании на 5-вольтовый источник питания. Аналогичное энергопотребление будет и при работе смартфона в режиме навигатора, чем он чаще всего и занимается в машине. А это означает, что если смартфон активно используется, а источник питания выдает менее 0,7 А, аккумулятор смартфона заряжаться не будет.

Тесты

К вопросу тестирования меня как раз и подтолкнула ситуация с двумя зарядками, которые были в моем арсенале в одной из дальних поездок. Первая честно выдавала 0,7 А при 5 В, но работающий в режиме навигатора смартфон за несколько часов не только не восполнил заряд своего аккумулятора, но и полностью его исчерпал. Вторая зарядка по тестам выдавала уверенные 2 А на любом из разъемов, но с ней ситуация полностью повторилась. В итоге я заказал на Aliexpress еще три модели и проверил работу всех пяти со статической нагрузкой в 1 и 2 А, а также с пятью смартфонами, что оказались на тот момент под рукой.

Тесты со статикой выявили два любопытных момента: китайцы нагло обманывают с заявленными характеристиками у дешевых моделей (тут никто не сомневался). Кроме того, их и без того низкие показатели снижаются до совсем неприемлемых значений спустя пару-тройку минут по мере нагрева электроники ЗУ.

Чтобы не загромождать статью, все тесты со статическими нагрузками я решил убрать за кадр, оставив для каждой зарядки лишь значения максимального стабильного тока и напряжения на одном порту до и после прогрева. Но если кто-то захочет посмотреть все замеры статики с нагрузками в 1 и 2 А, их можно найти тут. Единственная оговорка – под руками у меня был нагрузочный модуль с максимальным током 2 А. И если порт был способен выдать больше, мы сможем догадаться об этом только по уровню напряжения.

Сам процесс тестирования был предельно прост: к 12-вольтовому полностью заряженному аккумулятору 7 А·ч подключалась очередная зарядка, а к ней последовательно пять тестовых смартфонов, батареи которых были заряжены на 25-40%. За каждым смартфоном фиксировались ток и напряжение, которые были выбраны им для зарядки, пока зарядник был еще холодным.

Смартфонов было пять. Два старичка: Samsung Galaxy Nexus (GT-i9250) с максимальным потребляемым током в 1 А и Zopo ZP-100 (максимальный ток ~700 мА). Плюс три абсолютно новых: Huawei P9 Light, Apple iPhone SE и ZTE Axon 7 mini. Первые два ограничиваются током в 1 А, в то время как ZTE использует технологию Qualcomm Quick Charge 2.0 и от 5-вольтового источника может брать до двух ампер.

Вот общая таблица результатов. В первой строчке указаны параметры, которые выдают зарядники в первые пару минут. Во второй строчке те, которые устанавливаются по прошествии некоторого времени. Если в ячейке стоит OK, то в связке зарядка-смартфон использовался максимально возможный для нее режим. Красным выделены случаи, когда смартфон включал более слабый режим, чем изначально могла дать зарядка.

* — примерно на каждый пятый раз смартфон устанавливал минимальный режим по току в 0,4 А.
** — на втором разъеме стабильный результат не более 0,4 А при 5,08 В.
*** — на втором разъеме более 1,25 А смартфон брать не пытался, в то время как из первого стабильно извлекал 1,6 А.

Выводы по тестам

1. Китайцы беззастенчиво врут насчет характеристик своих зарядок, поскольку для всех их были обещаны токи до 2 А (кроме HZ-008).
2. Есть «капризные» смартфоны, которым нравятся далеко не все зарядки.
3. Контроллеры простых и дешевых смартфонов (и прочих устройств) наименее требовательны к зарядкам (см. ZP-100).
4. Если напряжение на источнике падает ниже 4,8 В, контроллер зарядки снижает ток нагрузки на одну ступень. В большинстве случаев подстройка делается только один раз перед началом процесса зарядки.
5. QuickCharge 2.0 следит за параметрами источника постоянно, а не только перед началом процесса.
6. Если вы покупаете недорогую зарядку, всегда есть шанс, что она может «не понравиться» вашему смартфону, даже если исправно выдает заявленные амперы и вольты.

Что показало вскрытие

В чем причина такой избирательности? Если оставить за кадром фантастический нигилизм Galaxy Nexus, который ни с одной зарядки не стал брать более 0,7 А, то в остальном «претензии» касаются качества источников по показателям тока и напряжения. При этом некоторые смартфоны распознают проблемные зарядки до того момента, как на них начнет просаживаться ток и напряжение. Лучше всех это удается Axon 7 mini.

Во всех моделях зарядок установлены ШИМы, которые отвечают за понижение напряжения с 12 до 5 вольт. Им в компанию допаивают простейший LC-фильтр для сглаживания пульсаций, а также добавляют один конденсатор на вход, как того требуют производители ШИМов.

В SA 2211 и HZ-008 установлен один и тот же ШИМ AD84064Q, который по спецификациям не должен выдавать стабильный ток более 0,8 А, что мы и видим на практике. Вдобавок при нагреве показатели значительно падают. А что за ШИМ установлен в черной зарядке, показавшей самые лучшие результаты в статике и суммарный ток более 3 А – осталось загадкой. Чип вообще не имел никакой маркировки.

При этом Galaxy Nexus отказывался принимать от нее более 0,4 А. Можно предположить, что причиной такого поведения являются плохо сглаженные пульсации. Однако LC-фильтр в ней с виду реализован куда более качественно, чем в той же SA 2211. Но проверить его работу без специальных инструментов, того же осциллографа, весьма сложно. Возможно, я прикуплю какую-нибудь недорогую модель у китайцев и проведу более детальное изучение.

P.S. Чуть не забыл, с сетевыми зарядками примерно та же история. На своей практике я сталкивался с ситуацией, когда от одной и той же зарядки разные смартфоны брали разный ток. Но будучи тут же подключенными к своей родной использовали ее уже по максимуму.

Автор: LightTool

Источник