مروری بر روند ارتقای سرعت شارژ گوشی‌های هوشمند

شاید شما هم به‌خاطر داشته باشید که برای شارژ کامل گوشی‌های خود، مجبور بودیم شب‌ تا صبح آن‌ها را به شارژر متصل کنیم تا برای روز کاری بعدی آماده باشند. در گذشته برای شارژ کامل باتری گوشی‌ها از صفر تا ۱۰۰ درصد، ساعت‌ها زمان نیاز بود و اگر سطح ظرفیت باتری دستگاه از آستانه‌ی مشخصی کم‌تر می‌شد، دیوانه‌وار به‌دنبال شارژر می‌گشتیم.

طی چندسال گذشته و به‌خصوص در دوسال اخیر، شاهد تکامل فناوری شارژ هستیم؛ تکنولوژی‌های جذابی که گوشی‌های هوشمند ما را در کم‌تر از یک ساعت و حتی در چنددقیقه به‌طور کامل شارژ می‌کنند.

ازطرفی شرکت‌های تولیدکننده‌ی گوشی‌های هوشمند در روند ارائه‌ی قابلیت شارژ فوق‌سریع با یکدیگر به‌سختی رقابت می‌کنند. این برندها در تلاش هستند تا امکان شارژ کامل باتری گوشی‌های خود را به چند دقیقه کاهش دهند تا بتوانند لقب سریع‌ترین فناوری شارژ بازار را به‌خود اختصاص دهند.

به‌هرحال، اقدامات شرکت‌های سازنده‌ی گوشی‌ درزمینه‌ی شارژرها، منجر به ایجاد سیستم‌های پیچیده‌ای از شارژرها و کابل‌ها شده است. در ادامه به‌بررسی عمیق‌تر این موضوع خواهیم پرداخت تا ببینیم این صنعت در چه مسیری پیشروی خواهد کرد.

علم شارژ سریع

ابتدا قصد داریم چند اصول اولیه‌ را درمورد فرایند شارژ و مسائل فنی مرتبط با آن توضیح دهیم. هنگامی‌که از گوشی خود استفاده می‌کنید، الکترون‌ها ازطریق محیطی به‌نام الکترولیت، در مداری از کاتد باتری (قطب منفی) به آند (قطب مثبت) جریان پیدا می‌کنند. پس‌از پایان فرایند، باتری شما به ظرفیت صفر درصد می‌رسد و برای این‌که بتوانید به استفاده از گوشی ادامه دهید، باید آن الکترون‌ها را به کاتد برگردانید؛ ما این فرایند را با عنوان شارژ می‌شناسیم.

اما امکان دارد فرایند شارژ، مدت زیادی طول بکشد و به‌همین دلیل است که برای سرعت‌بخشیدن به کارها، به فناوری‌های شارژ سریع نیاز داریم. آداپتور شما در بخش اول فرایند شارژ سریع، جایی‌که قصد دارد ظرفیت باتری را از صفر به ۵۰ درصد یا از صفر به ۸۰ درصد برساند، جریان ثابتی را با آمپر ثابت، نگه می‌دارد و سپس ولتاژ را به‌آرامی افزایش می‌دهد. هنگامی‌که شارژ به آستانه‌ی ثابتی می‌رسد، شارژر شما ولتاژ را ثابت نگه می‌دارد و سپس آمپر را به‌آرامی کاهش می‌دهد تا باتری به‌طور کامل شارژ شود.

به‌یاد داشته باشید که باتری‌های اکثر گوشی‌های هوشمند زیر ۵ ولت (معمولاً در محدوده‌ی ۳٫۳ ولت تا ۴٫۴ ولت) کار می‌کنند و بنابراین ازنظر فنی برای شارژ دستگاه خود به بیش‌از ۵ ولت نیاز ندارید.

برند ساندرز، رئیس USB Promoter Group، که مشخصات استانداردهای این پورت را ارائه می‌دهد اعلام کرد استانداردهای شارژ سریع برای تسهیل شارژ سریع‌تر روی گوشی‌های هوشمند با اجازه دادن به آن‌ها برای پذیرش جریان بیشتر در مدت‌زمان کوتاه‌تر ایجاد شده‌اند. سناندرز دربخشی از توضیحات خود گفت:

کابل‌ها و کانکتورهای شما ازنظر مقدار جریانی که می‌توانند ازخود عبور دهند محدود بودند. بنابراین اگر هنوز با ولتاژ ۵ ولت کار می‌کنید و باتری شما می‌تواند برای کوتاه‌کردن زمان چرخه‌ی شارژ، جریان بیشتری دریافت کند و اگر کابل شما به انتقال ۱٫۵ تا ۳ آمپر محدود است، قادر نخواهید بود بیش‌از ۱۵ وات برق دریافت کنید.

شیمی‌دان‌ها این مشکل را با طراحی باتری‌ گوشی با قابلیت دریافت جریان بیشتر، برطرف کرده‌اند.

جورج پاپریزو، مدیر ارشد محصولات کوالکام می‌گوید اکثر تولیدکنندگان از تنظیم‌کننده‌های باک استفاده می‌کنند؛ نوعی قطعه که ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین‌تر تبدیل می‌کند تا به هدف مذکور دست یابد.

البته شرکت‌ها محبور شده‌اند برای مطابقت شارژر با سرعت ۴۵ وات و بالاتر، در طرح‌های مدار شارژر، کانکتورها، مقاومت‌ها و حتی باتری‌های دستگاه‌های خود تجدیدنظر کنند. بسیاری از تولیدکنندگان برای تطبیق با ولتاژ بیشتر و سرعت شارژ سریع‌تر، به طراحی باتری‌های دوسلولی روی آورده‌اند.

راز شارژ سریع مدرن چیست؟

شرکت‌های سازنده‌ی گوشی‌های هوشمند برای دستیابی به فناوری‌های شارژ سریع از تکنیکی به‌نام پمپ‌شارژ تقسیم‌بر ۲ (یا تقسیم‌بر ۴) استفاده می‌کنند؛ این روش جریان را دوبرابر افزایش می‌دهد و وقتی شارژ به گوشی برسد، ولتاژ را به‌نصف کاهش خواهد داد تا باتری بتواند سریع‌تر شارژ شود.

سیستم شارژ گوشی باید همان وات را درسطح شارژر و گوشی حفظ کند، بنابراین اگر آداپتور بتواند ولتاژ بیشتری را از منبع، تأمین کند، سیستم شارژ سریع آن را به جریان تبدیل می‌کند و با رسیدن به گوشی، سطح ولتاژ را به‌حدود ۵ ولت می‌رساند.

به‌عنوان مثال، یک شارژر ۴۵ واتی برای ثابت‌ نگه‌داشتن وات می‌تواند با جریان ۲۰ آمپر یا ۲٫۲۵ آمپر و همچنین ۵ ولت با جریان ۹ آمپر کار کند.

پاپریزو خاطرنشان کرد شرکت‌ها برای مدیریت حرارت باید در طراحی اجزای مرتبط با شارژ گوشی‌ها، تجدیدنظر کنند. همان‌طور که در سطوح توان بالاتر کار می‌کنید، سطح گرما افزایش می‌یابد و این احتمال وجود دارد که به دستگاه و باتری آسیب وارد شود.

تاریخچه‌ی شارژ سریع

در دهه‌ی گذشته، استانداردهای شارژ مختلفی پدیدار شده‌اند. رایج‌ترین آن‌ها USB-PD است که USB Promoter Group آن را طراحی کرده است. اولین نسخه از این فناوری درسال ۲۰۱۲ ارائه شد. کانکتور USB micro-B برای گوشی‌ها بهینه‌سازی شد و استاندار کنونی که معمولاً در دستگاه‌های مختلف به‌چشم می‌خورد، USB PD revision 3.0 است که می‌تواند برق ۶۰ وات را با کابل USB C استاندارد و ۱۰۰ وات را با کابل USB سازگار، مدیریت کند و البته مثل همیشه اطلاع از نوع این کابل‌ها با نگاه‌کردن و بدون آزمایش، آسان نیست.

استاندارد بعدی یعنی USB4 می‌تواند تا ۲۴۰ وات را پشتیبانی کند اما دستگاه‌ها و لوازم‌جانبی سازگار با آن هنوز عرضه نشده‌اند.

استاندارد دیگری که مختص به یک سازنده نیست، شارژ سریع کوالکام (QC) است که اولین‌بار در سال ۲۰۱۳ معرفی شد و هدف نسل بعدی آن، دریافت بیش‌از یک آمپر از شارژر با استفاده از کابل نسخه‌ی ۲ بود. نسل‌های بعدی این فناوری روی تأمین برق با نرخ بالاتر برای گوشی‌های هوشمند متمرکز شد. نسخه‌های اخیر فناوری مذکور، گام‌های بزرگی ازنظر وات برداشته‌اند. درحالی‌که QC4 برای اولین‌بار درسال ۲۰۱۷ ارائه شد، راه را برای منبع تغذیه تا ۱۰۰ وات (۲۷ وات با USB-PD) هموار و QC5 جای خود را برای شارژرهایی با وات بالاتر از آن باز کرد.

پاپریزو خاطرنشان کرد دو نسخه‌ی اخیر QC از چیزی به‌نام پمپ شارژ تقسیم‌بر ۲ استفاده می‌کنند که جریان را تا دوبرابر افزایش و با رسیدن شارژ به گوشی، ولتاژ را به‌نصف کاهش می‌دهد و بدین‌ترتیب باتری دستگاه با سرعت بالا شارژ خواهد شد.

به‌دلیل محدودیت‌های مختلف ازجمله حداکثر ظرفیت فعلی مشخص‌شده در استانداردهای شارژ، تعدادی از شرکت‌های سازنده‌ی گوشی‌های هوشمند تصمیم گرفتند پروتکل‌های خود را طراحی کنند. شارژ سریع VOOC اوپو، FlasCharge ویوو و HyperCharge شیائومی ازجمله این استانداردها هستند.

شرکت‌های مختلف، سرعت فناوری‌های شارژ سریع‌خود را به‌نمایش گذاشته‌اند و به‌عنوان مثال، شیائومی سال گذشته از فناوری شارژ ۲۰۰ واتی خود رونمایی کرد و اوپو نیز در سال جاری شارژ ۲۴۰ واتی را به‌نمایش گذاشت که امکان شارژ کامل گوشی را فقط در چند دقیقه فراهم می‌کند.

شیائومی یکی از پرچم‌داران اخیر خود به نام شیائومی ۱۲ پرو را به‌همراه شارژر قدرتمند ۱۲۰ واتی عرضه کرده است. این شارژر ازنظر تئوری می‌تواند گوشی را از صفر تا ۱۰۰ درصد در کمتر از ۲۰ دقیقه شارژ کند. تیم مهندسی این شرکت می‌گوید بخش تحقیقات شارژ آن درسال ۲۰۱۸ تأسیس شده است. این برند چینی اولین‌بار سال گذشته با معرفی Mi 10T اولترا از شارژر ۱۲۰ واتی خود استفاده کرد اما طراحی باتری این گوشی کمی متفاوت بود. غول فناوری چینی می‌گوید شیائومی ۱۲ پرو اولین گوشی هوشمندی است که با طراحی باتری تک‌سلولی از شارژ سریع ۱۲۰ وات پشتیبانی می‌کند. شایان‌ذکر است این شرکت همچنین نسخه‌ی Explore ردمی نوت ۱۲ را با پشتیبانی از شارژ ۲۱۰ واتی عرضه کرده است که تا این‌لحظه به‌عنوان برترین گوشی هوشمند جهان ازنظر سرعت شارژ شناخته می‌شود.

محققان اشاره کرده‌اند شیائومی در چندسال گذشته، باتری‌های گرافنی را نیز مورداستفاده قرار داده است. آن‌ها همچنین می‌گویند استفاده از باتری گرافنی برای مدیریت بهتر حرارت و دریافت جریان بیشتر بسیار مناسب هستند و بنابراین ازنظر تئوری باتری‌های این برند می‌توانند با سرعت‌های بیشتری شارژ شوند.

محققان همچنین اعلام کرده‌اند که فناوری‌های جدید شارژ سریع از تکنیکی برای نظارت مداوم دمای گوشی استفاده می‌کنند. دراین تکنیک، اگر فرایند شارژ به محدودیت‌های ایمنی خود نزدیک شود، به‌طور خودکار میزان وات را کاهش خواهد داد تا از گرم‌شدن بیش‌از حد جلوگیری کند.

بااین‌حال، شیائومی تنها برندی نیست که می‌تواند برای افزایش سرعت شارژ گوشی‌های هوشمند، وات بیشتری به آن‌ها انتقال دهد.

سیاست شارژ سریع

بسیاری از شرکت‌ها در چندسال گذشته وارد رقابت تبدیل‌شدن به قهرمان سرعت شارژ در فضای سخت‌افزاری مصرف‌کنندگان شده‌اند. شیائومی اکنون یک گوشی تجاری با شارژ ۲۱۰ وات دارد. اوپو و شرکت‌های وابسته به آن ازجمله ریملی و وان‌پلاس نیز در سال جاری دستگاه‌هایی با شارژ ۱۵۰ وات عرضه کرده‌اند و قابلیت‌های شارژ ۲۴۰ واتی را نیز به‌نمایش گذاشته‌اند؛‌ فناوری جذابی که می‌تواند باتری گوشی را فقط در ۹ دقیقه به‌طور کامل شارژ کند.

دراختیار داشتن گوشی هوشمندی که بتوان آن را فقط در چند دقیقه به‌طور کامل شارژ کرد فوق‌العاده به‌نظر می‌رسد اما برای رسیدن به این سرعت‌ها، باید از آداپتور و کابل شارژ اختصاصی شرکت‌ها استفاده کنید. اگر هریک از این اجزا آسیب ببیند یا گم شود، باید نمونه مشابه آن را از شرکت اصلی خریداری کنید و بدین‌ترتیب شما در سیستم داخلی آن شرکت محدود شده‌اید. به‌َعنوان مثال، تعداد زیادی از مشتریان وان‌پلاس در هند برای خرید کابل‌ و شارژرهای اصلی این برند، با مشکلاتی مواجه شده‌اند.

ازطرف دیگر فرض کنید شیائومی ۱۲ پرو از شارژر ۱۲۰ واتی که وزن آن ۲۰۰ گرم است استفاده می‌کند؛ مطمئناً همراه‌داشتن دائمی این شارژر هنگام سفر چندان آسان نیست و دوشاخه‌ی آن فضای زیادی را اشغال می‌کند. اکثر افراد ترجیح می‌دهند از شارژر کوچک‌تری استفاده کنند که البته سرعت شارژ آن نسبت به آداپتورهای اصلی گوشی‌هایی که از فناوری شارژ فوق‌سریع پشتیبانی می‌کنند، کم‌تر است.

برای حل مشکل فوق، USB-IF (سازمانی که استاندارد USB را کنترل می‌کند) و کوالکام سعی کرده‌اند USB-PD و QC را به‌عنوان استانداردهای رایج شارژر گوشی‌ها تبلیغ کنند. این یعنی می‌توانید شارژر استانداردی را به‌همراه کابل آن خریداری کرده و از آن برای شارژ همه‌ی دستگاه‌های خود با سرعت مشابه، استفاده کنید. البته این روند به‌خوبی پیش نرفت و فقط چند شرکت ازجمله گوگل، اپل و سامسونگ به‌طور مداوم از USB-PD پشتیبانی می‌کنند.

شاید برخی تولیدکنندگان دیگر نیز از USB-PD و QC پشتیبانی کنند، اما برای اطمینان از این‌مورد باید هربار مشخصات دستگاه را بررسی کنید. سازندگان گوشی‌های هوشمند ازجمله اپل و سامسونگ، حتی شارژر را از جعبه‌ی گوشی‌های هوشمند خود حذف کرده‌اند. این تصمیم‌گیری برای افرادی مناسب است که از قبل شارژ مناسبی را دراختیار داشته باشند که از فناوری USB-PD پشتیبانی می‌کند و با انواع کابل‌ها نیز سازگار است. بدین‌ترتیب اگر از یک برند به برند دیگری مهاجرت می‌کنید، شاید نیاز به خرید شارژر جدید داشته باشید.

طرح یک شرکت فرانسوی فعال در حوزه‌ی تجزیه‌وتحلیل و آزمون‌های DxOMark توضیح می‌دهد اگر از ترکیب کابل و شارژر توصیه‌شده ازطرف شرکت‌ها استفاده نکنید، امکان بهره‌بردن از مزیت‌های سرعت شارژ بالا را نخواهید داشت. بنابراین کابل‌های غیررسمی برای اکثر گوشی‌ها به‌درستی کار نخواهند کرد و این بسیار ناامیدکننده است.

علاوه‌براین نگرانی‌های دیگری نیز درمورد ایمنی و طول‌عمر باتری‌ها وجود دارد. جفری ریونکرافت، رئیس و مدیرعامل USB-IF فکر نمی‌کند که فناوری شارژ سریع با وات بالا برای دستگاه‌های الکترونیکی ما مناسب باشد. او می‌گوید:

امکان انتقال ۶ آمپر به باتری وجود دارد، اما این کار چه فایده‌ای دارد؟ این اقدام اجازه می‌دهد باتری دستگاه‌های الکترونیکی سریع‌تر شارژ شود، اما گرمای زیاد ایجادشده در این فرایند روی باتری تأثیر خواهد داشت.

البته اکثر باتری‌های امروزی می‌توانند قبل‌از این‌که گرما به سلول‌ها آسیب‌ بزنند، انرژی گرمایی زیادی را تحمل کنند. بااین‌حال، کارشناسان دیگری هم وجود دارند که می‌گویند فناوری باتری به‌اندازه‌ی کافی پیشرفت کرده است و می‌تواند وات‌های بالا را برای شارژ کنترل کند، اما آن‌ها همچنین اعتراف کرده‌اند که بخش زیادی از تلاش‌های شرکت‌ها در این زمینه، بازاریابی محصول و رقابت برای تبدیل‌شدن به برندی است که سریع‌ترین فناوری شارژ را ارائه می‌دهد.

بسیاری از افراد آشنا به صنعت گوشی‌های هوشمند و فناوری‌های شارژ سریع می‌گویند واقعاً چه‌کسی به این سرعت‌های بالای شارژ نیاز دارد؟ بازده شارژ سریع با رسیدن به یک نقطه وات مشخص، کاهش می‌یابد. واقعاً اهمیت ندارد که گوشی به‌جای ۹ دقیقه در ۱۵ دقیقه به‌طور کامل از صفر تا ۱۰۰ درصد شارژ شود. البته اعلام این سرعت‌های شارژ خارق‌العاده درواقع ترفندی است که برای بازاریابی محصولات جدید مورداستفاده قرار می‌گیرد.

قطعات گوشی‌های هوشمند در چندسال اخیر گران‌تر شده‌اند و به‌همین دلیل ساخت سخت‌افزار سفارشی برای شارژ سریع می‌تواند قیمت تمام‌شده‌ی آن محصول را بسیار افزایش دهد. به‌عنوان یک مصرف‌کننده بخش دشوار این است که متوجه شوید سرعت شارژ فوق‌العاده بالا تا چه‌حد برای شما ارزش دارد و آیا از چنین خریدی رضایت دارید یا خیر.