[Из песочницы] 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.

SaR3TwRKJ2mbOCqOBD0gq80M0GI-iYEo5Ly5GvOC

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.

eg1bxs1Hw5D5qzQXXkuK5wMUygBxkmErJvGT1LcS

d8NKjXhykTcRzR41bldMRAhabu1noGikSW_iCwhP

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.

AcrSQOK_7vkPCfIOvk3wiEql7x3c_8mMzTcT5GaH

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.

IxZDzuEeEun8R9kmFtWqzwSONzRIk67VSvYEBIFe

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.

SA 2211
HZ-008
XKY-013
с экраном
«бочонок»
Выдает на старте
0,7 А, 4,95 В
0,7 А, 4,95 В
0,98 А, 4,98 В
1,86 А, 4,8 В
2,01 А, 5,19 В
Максимальный стабильный режим
0,56 А, 4,81 В
0,56 А, 4,83 В
0,65 А, 4,89 В
показатели не падают
показатели не падают
Galaxy Nexus
OK*
OK
0,72 А, 4,9 В
0,76 А, 5,01 В**
0,42 А, 5,3 В
ZP-100
OK
OK
OK
OK
OK
P9 Light
OK
OK
OK
OK
OK
iPhone SE
0,5 А, 4,98 В
OK
OK
OK
OK
Axon 7 mini
OK
0,5 А, 5,01 В
0,72 А, 5,03 В
OK***
OK
Минимальная цена, руб.
30
28
55
163
160


* — 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.

OC8iny1ReO9V5hzwedANt-orXBNonJBZ5JFa2PD6

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.

6mif94ZiCraDur-VZRh9_cHkJxV8Ut81jIaBh_cG

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.

© Geektimes