Анатомия эффективности Quick Charge 4

19 Ноя 2016

Анатомия эффективности Quick Charge 4

Появление нового разъема универсальной последовательной шины USB Type-C с его многочисленными интеллектуальными функциями, спро­во­ци­ро­ва­ло противостояние между проприетарными технологиями за­ряд­ки ак­кумуляторных батарей и тенденциями унификации. В защиту уни­тар­ных цен­ностей выступила компания Google. Одним из солидных про­тив­ников мо­гла быть компания Qualcomm, которой принадлежит тех­но­ло­гия бы­ст­рой зарядки. Примирение стало очевидным после анонса но­во­го релиза Qualcomm Quick Charge 4.

Прогресс в рамках законности

Технология Quick Charge 4 от Qualcomm, ставшая торжеством унификации, сохранила и приумножила массив ин­тел­лек­туальной собственности, связанный с мониторингом и оптимизацией режимов батареи как электро­хи­ми­че­ской системы. Qualcomm, тем не менее, изыскала возможность привести взаимодействие источника и по­тре­би­те­ля энергии к требованиям USB Power Delivery Specification. При этом фирменная технология INOV (Intelligent Nego­tia­tion for Optimum Voltage), не отошла в тень, а получила очередной виток развития на основе интеллектуального цифрового управления по USB-C интерфейсу Configuration Channel.

Быстрая зарядка смартфона в действии
Рис. 1. Быстрая зарядка смартфона в действии

Интеллектуальные кабели

Чтобы держать на учете каждый процент коэффициента полезного действия, необходим контроль множества па­ра­мет­ров, в том числе электрического сопротивления соединительных проводников. Поэтому, даже такая простая вещь как USB-кабель, снабжается идентификационным чипом — маркером, содержащим перепрограммируемое по­сто­ян­ное запоминающее устройство (EPROM).

Идея проста — застраховать пользователя от рисков повредить компьютерную технику во время быстрой зарядки высокими напряжениями и сильными токами. Утлый USB-кабель может стать источником неприятностей вплоть до возгорания. Но если интерфейсное соединение в состоянии задекларировать сумму своих качеств — тех­но­ло­гия Quick Charge 4 сможет взвешено сопоставить желания пользователя его возможностям. И в этом ему по­мо­жет, например, контроллер iND80001 от Indie Semiconductor.

Блок-схема и расположение выводов микросхемы iND80001
Рис. 2. Блок-схема и расположение выводов микросхемы iND80001

Микросхема питается от линии Vconn, формируемой за счет переопределения одного из конфигурационных сиг­налов в цепь питания. Два контакта для подачи питания (VDD1, VDD2) позволяют получать энергию с любой сто­ро­ны кабеля. Контакт CC (Configuration Channel) обеспечивает чтение содержимого внутреннего EPROM мик­ро­схе­мы идентификатора кабеля Power Management контроллером мобильной платформы или Power-банка. Контакт VSS, это, разумеется, общий провод.

Сравнивая ранее описанную микросхему VIA Labs VL150 и Indie semiconductor iND80001, отметим наличие у пер­вой последовательного интерфейса System Management Bus (I2C), представленного сигналами SCL (Serial Clock) и SDA (Serial Data), что дает дополнительные возможности для отладки и обеспечивает один из методов про­грам­ми­ро­ва­ния внутреннего EPROM (эта операция также возможна с использованием Configuration Channel). Пре­иму­ще­ство решения от Indie semiconductor в его компактности, что немаловажно при установке устройства внутри ка­бе­ля. iND80001 не поддерживает технологические интерфейсы, располагая лишь минимальным набором из 4 кон­так­тов, назначение которых описано выше.

Технология Dual Charge

Конечным результатом работы зарядного контроллера является подача на аккумуляторную батарею заданного на­пряжения с целью формирования заданного зарядного тока. Процесс передачи энергии разделяется на порции, количество и длительность которых, а также зарядная мощность для каждой из них выбирается с целью оп­ти­ми­за­ции эксплуатационных характеристик батареи. Наряду с задачей оптимизации режимов батареи, разработчик стре­мит­ся минимизировать потери энергии и об­лег­чить термальный режим устройств.

Быстрая зарядка Qualcomm Quick Charge 4 использует технологию Dual Charge++
Рис. 3. Быстрая зарядка Qualcomm Quick Charge 4 использует технологию Dual Charge++

Технология Dual Charge предполагает наличие двух Power Management контроллеров: в зарядном устройстве (ис­точ­ни­ке энергии) и в потребителе (гаджете). Поэтому преобразование напряжения питающей сети в напряжение, приложенное к батарее, происходит в два этапа.

Перед разработчиком возникает дилемма:

  1. Передача по кабелю высокого напряжения снижает нагрев кабеля и повышает КПД, поскольку при большем напряжении заданную мощность можно передать меньшим током. Как известно из школьного курса фи­зи­ки, P=UI. Недостаток этого варианта в необходимости применения дополнительного понижающего пре­об­ра­зо­ва­теля в заряжаемом устройстве, и нагреве последнего.
  2. Очевидно, при передаче по кабелю низкого напряжения ситуация обратная. Функционирование за­ря­жа­е­мо­го устройства упрощается, поскольку устройство получает зарядное напряжение в готовом виде. КПД неизбежно падает. Ухудшается и точность управления, поскольку регулятор напряжения и потребитель рас­положены по разные стороны кабеля, активное и индуктивное сопротивление которого влияют на про­цесс передачи энергии.

Примечание. Приведенные рассуждения справедливы для низковольтной батареи. В контексте PD Specification, диапазон между терминами низкое и высокое напряжение определен в рамках 5-20 вольт. Для частных реализаций верхним пределом может быть 9 или 12 вольт.

Резюме

В рамках Dual Charge при наличии двух контроллеров, по одному в источнике и потребителе энергии, решение опи­санной дилеммы может быть оптимизировано адаптивно и динамически. Одним из аргументов для ди­на­ми­че­ского принятия решения является информация об электрическом сопротивлении кабеля, пред­став­лен­ная одним из параметров, хранящихся в идентификационном чипе. Таким образом, благодаря USB-маркеру, становится воз­мож­ной качественно иная реализация технологии Dual Charge, впервые увидевшей свет еще в 2015 году в составе Quick Charge 2.0.

Теги: