Quick Charge заряжает качественно и быстро

Qualcomm Quick Charge заряжает качественно и быстро

Потребительские характеристики мобильных уст­ройств во мно­гом оп­ре­деляются фак­то­ром ба­та­рей­но­го пи­та­ния. По­ста­нов­ка за­да­чи доста­точ­но оче­вид­на: вре­мя, за­тра­чи­ва­е­мое на за­ряд­ку дол­жно быть мини­маль­ным, а вре­мя по­сле­ду­ю­щей ра­бо­ты от ба­та­реи — мак­си­маль­ным. Имен­но эти два ин­тер­ва­ла не­из­мен­но ста­но­вят­ся «глав­ны­ми ге­ро­я­ми» мар­ке­тин­го­вых об­зо­ров. Ре­а­ли­за­ция анон­си­ро­ван­ного QC3.0 четырех­кратного умень­ше­ния вре­ме­ни за­ря­да ба­та­рей не мо­жет оп­ре­де­лять­ся ис­клю­чи­тель­но характе­рис­ти­ка­ми за­ряд­но­го уст­рой­ства. Мно­гое за­ви­сит от свойств ба­та­реи, уров­ня ее из­но­са и ус­ло­вий экс­плу­а­та­ции.

За громкими анонсами затерялось не­сколь­ко неочевидных, тем не ме­нее до­ста­точ­но важ­ных свойств за­ряд­ного уст­рой­ст­ва. Скон­цен­три­ру­ем­ся на де­та­лях, об­ра­тив­шись к од­но­му из пе­р­во­ис­точ­ни­ков  — до­ку­мен­та­ции на конт­рол­лер пре­об­ра­зо­ва­теля на­пря­же­ния iW1782, раз­ра­бо­тан­ный ком­па­ни­ей Dia­log Se­mi­con­duc­tor.

Основные характеристики

Перечислим основные свойства контроллера iW1782.

  • Диапазон выходных напряжений от 3.6V до 12V с шагом 200 mV. Уровень срабатывания токовой защиты не фик­си­ро­ван и может быть установлен разработчиком схемы, что позволяет оптимально выбирать точку ком­про­мис­са с учетом требований электробезопасности и способности устройства выдать заданную мощность, в за­ви­си­мос­ти от специфики эксплуатации конкретного устройства.
  • Поддерживается обмен информацией между заряжаемым и заряжающим устройствами с целью определения режимов зарядки, поддерживаемых данной парой устройств и выбора оптимального режима. Использование для этих целей сигналов Data+, Data- шины USB внушает оптимизм относительно возможности поддержки уни­фи­ци­ро­ван­ных механизмов согласно Battery Charging Specification 1.2.
  • Стабилизация параметров регулятора при изменении входного напряжения и тока нагрузки, также как защита по напряжению и току, включая защиту от короткого замыкания на выходе, реализованы на основе цепи обратной свя­зи с применением оптрона для развязки первичной и вторичной цепи.
  • Предусмотрено подключение защитного термодатчика (терморезистора).
  • Высокий уровень КПД и минимизация мощности, потребляемой в отсутствие нагрузки (десятки милливатт).
  • Оптимизация функционирования широтно-импульсного модулятора (PWM) для обеспечения квазирезонансного режима с минимизацией непроизводительного расхода энергии и, как следствие, минимизации нагрузки на ком­му­ти­ру­юvщие элементы.
  • Автоматический учет фактора падения напряжения в соединительных кабелях.

В документе упоминается также минимизация уровня акустического шума, создаваемого регулятором на­пря­же­ния. Напомним, основным источником такого шума могут быть сердечники намоточных узлов: дросселей и тран­с­фор­маторов.

Рекомендации производителя

На рис.1 приведена таблица назначения выводов микросхемы iW1782, рис.2 демонстрирует одну из типовых схем вклю­че­ния.

Назначение выводов 8-контактного корпуса микросхемы контроллера зарядного устройства iW1782
Рис.1 Назначение выводов 8-контактного корпуса микросхемы контроллера зарядного устройства iW1782

Пример схемы зарядного устройства
Рис.2 Пример схемы зарядного устройства

Регулятор напряжения построен на основе контроллера iW1782 (U1). Формирователь сигналов iW673 (U3), га­ран­ти­ру­ет характеристики схемы управления коммутирующим транзистором (эмулятором выпрямителя) и ми­ни­ми­за­цию потерь энергии. Контроллер iW636 обеспечивает цифровую коммуникацию между заряжающим и за­ря­жа­е­мым уст­рой­ст­ва­ми с привлечением сигналов шины USB.

Рассмотрим схему

Переменное напряжение питающей сети (в типовом случае 220-230 вольт), через защитные резисторы и индук­тив­ный фильтр нижних частот, защищающий от ВЧ помех, попадает на двухполупериодный выпрямитель на основе диодного моста. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором.

За формирование импульсов в первичной обмотке трансформатора ответственны ключи на основе MOSFET тран­зисторов, управление которыми осуществляет регулятор iW1782. Сигнал с дополнительной обмотки раз­де­ли­тель­но­го трансформатора поступает на вход Vsense контроллера, обеспечивая обратную связь по первичной цепи (Primary Side Regulation).

Обратная связь по вторичной цепи (Secondary Side Regulation) определяющая зарядное напряжение и ток, ре­а­ли­зована на основе оптопары, светодиод которой включен во вторичную цепь, а фототранзистор формирует сигнал на входе DLINK контроллера.

Отметим, что вопреки сложившейся традиции, вторая цепь обратной связи реализована как цифровая и от­вет­ственность за управление электрическими характеристиками возложена на цифровой контроллер iW636, который, в свою очередь действует на основании «договоренностей» между заряжающим и заряжаемым ус­трой­ством.

Выпрямитель во вторичной цепи собран на транзисторе в качестве альтернативы диоду. Управление осуществляет формирователь iW673. Зачем так сложно? Падение напряжения на канале открытого MOSFET транзистора на по­ряд­ки ниже, чем падение напряжения на p-n переходе выпрямительного диода (второй параметр составляет де­ся­тые доли вольта). Минимизация потерь энергии обеспечивает повышение КПД.

Для сравнения, эта схема использует обычный диодный выпрямитель во вторичной цепи, потери энергии на котором будут более существенными, чем на эмулируемом диоде на основе MOSFET
Рис.3 Для сравнения, эта схема использует обычный диодный выпрямитель во вторичной цепи, потери энергии на котором будут более существенными, чем на эмулируемом диоде на основе MOSFET

Но есть у рассмотренного подхода и обратная сторона. При работе на холостом ходу или при малых токах, конт­рол­лер, управляющий эмуляцией диода, является дополнительным потребителем энергии.

Резюме

Согласно документации, поддержка классического протокола Battery Charging Specification 1.2, также как Qual­comm Quick Charge 2.0, реализуется в рамках обеспечения требований совместимости (Backward compatibility), в то время как ос­нов­ным является некий Vendor-Specific формат обмена сообщениями между заряжаемым и заря­жа­ю­щим ус­т­рой­ст­вом, так­же основанный на альтернативной функциональности сигнальных цепей USB. Все это по­зво­ля­ет осторожно пред­по­ло­жить, что «идеология узаконенной аварийности», основанная на выборе зарядного тока в зависимости от па­де­ния на­пря­же­ния источника, уходит в прошлое.