충전이 실제로 얼마나 빠른지 – 알아야 할 모든 것 - 기술

동영상: 애플 기본 충전기 오히려 가장 느리다? 아이폰 충전 속도 3배 올리는 법 / [오목교 전자상가 EP. 41] 스브스뉴스

콘텐츠

빠른 충전 표준 설명
USB 전력 공급
Qualcomm 빠른 충전
다른 표준
리튬 이온 배터리를 빠르게 충전하는 방법
고전압에서 빠른 충전?
왜 더 높은 전압을 사용합니까?
마무리
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빠른 충전은 오늘날의 휴대 전화에서 꼭 필요한 기능입니다. 바쁜 날에도 배터리를 가득 채 웁니다. 그러나 회사마다 다양한 표준이 있습니다. 일부는 특정 케이블 및 충전기에서만 작동하는 반면 다른 일부는 더 높은 전압을 사용합니다. 모두 혼란 스러울 수 있으므로 이해하기 위해 여기에 있습니다.

간단히 말해서, 빠른 충전은 배터리로 전송되는 전류를 증가시켜 용량을 더 빨리 채 웁니다. 기본 USB 사양은 단지 2.5 와트 (W) 동안 5 볼트 (V)를 사용하여 0.5 암페어 (A)의 전류 만 보냅니다. 빠른 충전 기술이 이러한 수치를 높여줍니다. 화웨이의 10V / 4A SuperCharge는 40W를 생산하고 삼성의 최신 Adaptive Fast Charging은 15W의 주스를 생산합니다. 일부 중국 기업은 최대 100W에 이르는 충전 기술을 자랑합니다. 모든 고속 충전 서비스는 공통된 주제, 즉 더 많은 전력을 공유합니다.

기본 개요 일뿐입니다. 배터리가 실제로 충전되는 방식이 더 복잡합니다. 이에 도달하기 전에 이러한 빠른 충전 표준의 차이점을 자세히 살펴 보겠습니다.

빠른 충전 표준 설명

USB 전력 공급

USB-PD (USB Power Delivery)는 2012 년에 USB-IF에서 공개 한 공식 고속 충전 사양입니다.이 표준은 제조업체에 필요한 회로 및 소프트웨어가 포함되어 있으면 USB 포트가있는 모든 장치에서 사용할 수 있습니다. 모든 고속 충전 표준과 마찬가지로 USB-PD는 충전기와 전화 간 통신을 위해 데이터 프로토콜을 구현합니다. 이는 충전기와 핸드셋 모두에 대해 허용 가능한 최대 전력 공급을 협상합니다.

USB Power Delivery는 기본 USB 충전 속도를 높여 최대 100W의 출력 전력을 제공합니다. 사용 가능한 전력량은 서로 다른 전압에서 작동하는 서로 다른 전력 등급으로 나뉩니다. 7.5W + 및 15W + 모드는 휴대폰에 가장 적합하고 27W 이상은 랩톱 및 기타 고전력 장치에 적합합니다. 이 표준은 양방향 전원도 지원하므로 휴대 전화가 다른 주변 장치를 충전 할 수 있습니다.

Google의 Pixel 시리즈는 공식 Power Delivery 사양을 활용하며이 기술은 오늘날 대부분의 주요 스마트 폰에서 지원됩니다. Apple은 또한 iPhone 8, iPhone X, iPhone XS 및 최신 MacBook에서 표준을 구현합니다. 그러나 많은 회사에서 자체 충전 표준을 선호합니다.

Qualcomm 빠른 충전

Qualcomm의 독점 빠른 충전 기술은 USB 전력 공급 이전에 빠른 충전을 대중화함에 따라 스마트 폰 산업의 기본 표준이었습니다. 최신 4.0 이상의 Quick Charge 개정판은 Power Delivery와 호환되므로 더 빠른 충전 속도와 광범위한 지원이 가능합니다.

빠른 충전은 Qualcomm의 Snapdragon 프로세서에서 사용할 수있는 선택적 기능입니다. 휴대 전화에 Qualcomm 칩이 있다고해서 빠른 충전과 호환되는 것은 아닙니다. 그럼에도 불구하고 LG V40, Xiaomi Mi 9, Samsung Galaxy Note 9, HTC U12 Plus 등을 포함한 다양한 전화가 Quick Charge를 지원합니다. 표준의 인기로 인해 레거시 충전기와 타사 액세서리로 구성된 광범위한 에코 시스템도 있습니다.

다른 표준

스마트 폰 에코 시스템에서 많은 모델은 위의 더 보편적 인 표준이 아닌 자체 기술을 사용합니다. 그러나 이러한 표준 중 일부만이 독점적입니다. 대부분의 제품은 다른 브랜드로 전력 재 포장 또는 빠른 충전으로 재 포장되거나 기술에 대한 특정 조정 기능을 갖추고 있습니다. 삼성의 적응 형 충전과 모토로라의 터보 충전 기술이 떠 오릅니다.

Oppo의 VOOC 및 Huawei의 SuperCharge와 같은 다른 기능은 상당히 다릅니다. 이는 전압을 높이기보다는 고전력 충전을위한 전류량을 크게 증가시킵니다. SuperCharge, Super VOCC 및 OnePlus의 WarpCharge 30이 시장에서 가장 빠른 속도를 유지하면서 이러한 독점 기술의 충전 속도가 수년에 걸쳐 크게 증가했습니다. 다음은 가장 일반적인 기술 중 일부가 나란히 쌓이는 방법입니다.

여러 표준을 지원하거나 최소한 다른 고속 충전 방법과의 어느 정도의 호환성을 보장 할 수 있습니다. 안타깝게도 충전기와 케이블이 다른 전화기를 사용할 때받는 정확한 충전 속도에 대해 예측할 수없는 결과를 초래합니다.

여러 대의 전화를 테스트 한 후 사용 된 충전기 및 케이블에 따라 각 전화가 협상하는 전력의 양이 크게 변했습니다. 일반적으로 핸드셋과 함께 상자에 제공된 케이블과 충전기를 사용하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

리튬 이온 배터리를 빠르게 충전하는 방법

이제 표준을 다뤘으므로 실제로 충전 속도가 실제로 배터리의 충전주기를 얼마나 빠르게 가속화하는지 살펴 보겠습니다. 스마트 폰 및 기타 전자 기기에 사용되는 리튬 이온 배터리는 선형으로 충전되지 않습니다. 충전주기는 두 가지 단계로 나뉩니다.

첫 번째는 증가하는 전압 또는 정전류 단계입니다. 배터리 전압은 2V부터 최저 4.2V까지 충전 할 때 꾸준히 증가합니다. 이것은 정확한 배터리에 따라 다릅니다. 배터리는이 단계에서 가장 높은 피크 전류를 끌어 오며, 이는 배터리 전압이 피크가 될 때까지 일정하게 유지됩니다.

그러면 전압이 일정 해지고 전류가 떨어지기 시작합니다. 이 지점 이상으로 충전하는 배터리는 전류를 덜 소모하므로 충전 속도가 느려집니다. 그렇기 때문에 처음 50 ~ 60 %의 휴대 전화가 상당히 빨리 충전됩니다.

배터리 충전은 두 단계로 이루어집니다. 상승 전압 / 정전류 및 정전압 / 하강 전류. 첫 번째 단계는 고전류 고속 충전에 적합합니다.

고속 충전 기술은 정전류 위상을 이용합니다. 배터리가 최대 전압에 도달하기 전에 배터리에 가능한 많은 전류를 펌핑하십시오. 따라서 빠른 충전 기술은 배터리 용량이 50 % 미만일 때 가장 효과적이지만 80 %를 통과해도 거의 효과가 없습니다. 또한 정전류 충전은 배터리의 장기적인 건강에 가장 해로운 기간입니다. 열과 함께 높은 정전압은 배터리 수명에 해 롭습니다.

마지막으로, 배터리로 전달되는 전압 및 전류의 양은 전화기 내부의 충전 컨트롤러 회로를 통해 제어됩니다. 온도 및 전압 센서와 함께 컨트롤러는 전류량을 관리하여 배터리의 충전 속도와 장기 건강 상태를 최적화 할 수 있습니다.

고전압에서 빠른 충전?

여러분 중 일부는 여기서 명백한 문제를 발견했을 수도 있습니다. 리튬 이온 배터리의 전압이 약 3 ~ 4.2V 인 경우 고전압 충전기를 사용하는 것이 위험하지 않습니까?

일반적으로 이런 경우이지만 스마트 폰 회로는 전압을 낮추고 전류를 높입니다. 이렇게하면 전송 된 전력량이 동일하게 유지되지만 (P = IV) 전압이 올바른 범위로 이동합니다. 빠른 충전 케이블은 AC 전압 변환을하지 않습니다. 충전기 뒷면을 보면 작은 파선 DC 전류 아이콘 ⎓을 발견 할 수 있습니다. USB는 항상 DC 전원 공급 시스템입니다.

고전압 고속 충전 회로는 벅 인버터라고도하는 스위치 모드 강압 전원 공급 장치를 사용합니다. 이 회로는 높은 DC 전압을 사용하여 더 낮은 DC 전압으로 변환합니다. 또한 "충전 펌프"특성으로 인해 전류에 역의 양을 곱하는 것이 이상적입니다. 본질적으로 많은 전류로 커패시터를 충전하기 위해 입력 전압을 전환하는 스위치입니다.

복잡해 보이지만 오른쪽 그래프를 따릅니다. Vin에서 PWM 신호를 생성하기 위해 높은 입력 전압이 켜지거나 꺼집니다. 이것은 인덕터 (L)를 통해 커패시터 (Cout)로 높은 "펌핑"전류를 유도한다. 부하 (배터리)에서 높은 전류와 낮은 평균 전압 (Vout)을 볼 수 있습니다.

10V / 1A에서 5V로 스텝 다운하면 컨버터 후 2A 전류가 이상적입니다. 실제로는 열로 소산되는 이러한 변환 (일반적으로 90 % 이상의 효율)과 관련된 손실이 항상 있습니다. 스위치 모드 전원 공급 장치는 일반적으로 선형 레귤레이터보다 적은 에너지를 소비합니다.

왜 더 높은 전압을 사용합니까?

더 높은 전압을 사용해야하는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫째, 스위치 모드 전원 공급 장치는 방열을 통해 전압을 낮추는 선형 레귤레이터보다 효율적입니다. 이는 휴대폰과 배터리를 시원하게 유지하는 데 특히 중요합니다.

두 번째는 USB 케이블, 특히 더 긴 케이블을 통한 전력 손실과 관련이 있습니다. 와이어 길이와 같은 저항은 통과하는 전류에 따라 전압을 떨어 뜨립니다 (옴의 법칙 V = IR). 더 높은 전압과 더 낮은 전류를 사용하여 동일한 전력을 전송하면 케이블 길이에 따른 전력 손실이 줄어 듭니다. 이것은 더 효율적이며 주 전원 그리드가 5V가 아닌 수백 볼트 인 이유입니다.

그러나 벅 컨버터는 선형 레귤레이터보다 전류 제한이 더 쉽다는 단점이 있습니다. 최대 출력 전력은 트랜지스터의 전력 성능 외에도 인덕터 크기, 커패시터 및 전압 리플 및 스위칭 주파수에 따라 달라집니다. 보다 전통적인 선형 전압 레귤레이터를 통해서만 매우 높은 전류에 도달 할 수 있습니다. 이것이 바로 Huawei 및 OPPO의 저전압 5V 고속 충전 기술 중 일부가 Qualcomm 및 Samsung의 고전압 벅 스위칭 버전보다 더 많은 총 전력을 제공하는 이유입니다.

MediaTek의 최신 Pump Express 기술은 스위치 모드와 선형 레귤레이터 충전을 모두 충족합니다.

위의 다이어그램은 MediaTek의 PumpExpress 3.0 및 4.0이 최대 5A의 충전 전류에 도달하는 방법을 보여줍니다. 5A 케이블이 연결된 경우이 기술은 기존의 스위칭 충전기를 우회하여 더 높은 전류를 가능하게합니다. 이 경우 회로는 데이터 라인을 통해 필요한 전압을 협상하여 최대 효율을 위해 Vbus 충전 전압을 높이거나 낮 춥니 다.

마무리

고속 충전에는 각각의 장단점이있는 다양한 가능한 기술이 포함됩니다. 이것이 회사가 충전 속도를 높이고 배터리 수명을 최대화하기 위해 자체 접근 방식을 취함에 따라 시장에 다양한 표준이 존재하는 이유이기도합니다.

몇 세대 전, 고전압 충전이 표준이되었으며 현재 기술은 속도를 더욱 향상시키기 위해 제어 전압을 낮추고 전류를 낮추고 있습니다. 그러나 이것은 더 두꺼운 케이블을 필요로하며 또 다른 호환성 문제를 야기합니다.

USB Power Delivery는 이미 꽤 널리 채택되었습니다. 향후 모든 USB 충전 표준의 중추를 형성 할 가능성이 높지만,이 범용 표준을 지원하는 것보다 더 빠른 솔루션을 실험하는 회사가있을 것입니다.