Подборка лучших внешних аккумуляторов c QC3.0 и PD для питания паяльников и мощных устройств

news.detail : ajax-tape !!! —> ТехнологииБыстрая зарядкаQualcommQuick ChargePower Delivery —>

Перенесемся мысленно на десять лет назад: на рынке продаются первые iPhone, различные коммуникаторы на Windows Mobile и первые смартфоны на Android. Все они имеют аккумуляторы емкостью в 1200-1500 мАч и зарядки на ~1 А и 5 В, которые позволяли полностью зарядить аккумулятор за полтора-два часа. С учетом того, что устройства того времени в массе своей как минимум спокойно доживали до вечера, а то и вообще жили больше суток — редко кто жаловался на долгое время зарядки.  Но время шло, емкости аккумуляторов стали расти, время автономной работы — падать, а зарядки оставились такими же: все это в итоге привело к тому, что часто приходилось проводить часы рядом с розеткой, только чтобы смартфон дожил до вечера. И, разумеется, производители стали проблему решать: раз еще больше увеличить емкость аккумуляторов не получается, то нужно их быстрее заряжать — так и появились стандарты быстрой зарядки, о которых мы сегодня и поговорим. Стандарт был принят консорциумом USB еще в 2011 году — то есть, его мог абсолютно бесплатно использовать любой производитель, оснащавший свое устройство USB-портом. При этом если стандартный USB 3.0 выдавал не более 900 мА при 5 В, то тут ток возрастает уже до 1.5 А — больше чем в полтора раза, что позволяет существенно сократить время зарядки.  На деле же особо большого распространения он не получил: зачастую такой мощный USB-порт был лишь в топовых материнских платах и ноутбуках, и помечался он обычно красным цветом или значком молнии: Увы — производители смартфонов все также продолжали класть в комплект зарядные устройства на 1 А и 5 В, то есть зарядки с Battery Charging 1.2 приходилось покупать отдельно. Но, в любом случае, это позволяло заряжать устройства ощутимо быстрее без вреда для них. Пожалуй, самый известный стандарт быстрой зарядки, анонсированный Qualcomm в 2013 году. Версия 1.0 поддерживала только чипсет Snapdragon 600. Напряжение все также оставалось стандартным для USB —  5 вольт, а вот ток был поднят до 2 А — то есть, еще на треть больше, чем у BC 1.2. Особого распространения первая версия этого стандарта не получила, так что нет смысла на ней долго останавливаться. QC 2.0 стал первым действительно популярным стандартном быстрой зарядки. Работал он с устройствами на Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, 410, 412, 415, 425, 610, 615, 616, 800, 801, 805, 808 и 810. Основное отличие от предыдущих стандартов — перестал расти ток, который теперь ограничен 2 А, а вот напряжение может повышаться аж до 12 В. Причина этому банальна: подавляющее большинство существующих на тот момент кабелей USB-microUSB поддерживали ток не более 2.4 А, в противном случае они могли начать перегреваться, что уже было опасно (как мы знаем, тепловые потери пропорциональны силе тока и квадрату сопротивления). Поэтому Qualcomm пошли другим путем — банально стали поднимать напряжение, и в итоге максимальная мощность теперь составляет 18 Вт (12 В и 1.67 А) против 10 Вт (5 В и 2 А) у первой версии QC. Разумеется, для регулирования напряжения теперь использовались специальные контроллеры, которые должны были быть и в зарядке, и в самом смартфоне. «Общались» же они между собой с помощью контактов D+/D- в порте USB, и смартфон выбирал необходимое напряжение и силу тока. Если зарядное устройство не поддерживало QC (то есть не реагировало на специальное напряжение на контактах D+/D-), то зарядка шла стандартным током в 1 А при напряжении в 5 В. Увы — с выходом QC 2.0 стали возникать первые проблемы: из-за достаточно высокой мощности в 18 Вт аккумуляторы начинали перегреваться, что негативно сказывалось на их сроке работы. Конечно, в стандарте был заложен безопасный диапазон температур, при выходе из которого быстрая зарядка отключалась, но производители зачастую закрывали на это глаза, дабы маркетологи могли радовать пользователей слоганами типа «80% за час». Все стало еще хуже с выходом горячего Snapdragon 810: с учетом того, что при подключении к зарядке Android зачастую увеличивает фоновую активность (например, обновляются программы), что разогревает CPU, плюс еще и греется аккумулятор от быстрой зарядки — в итоге пользователи массово сталкивались с быстрой деградацией аккумуляторов и умиранием материнских плат от перегрева. Особенно часто это происходило с владельцами LG G4, Nexus 5x и Flex. Компания в ответ на жалобы порекомендовала использовать быструю зарядку только тогда, когда она нужна, а на ночь заряжать обычной медленной — очевидно, что пользователи такой ответ не оценили и подали на LG коллективный иск в суд. Сама компания Qualcomm не называет время зарядки — она всего лишь говорит, что теперь она идет на 75% быстрее, чем с QC 1.0. Независимые же тесты показывают, что смартфон с аккумулятором на ~3000 мАч можно зарядить с помощью QC 2.0 на 50% примерно за 40 минут.USB Power Delivery В 2015 году стали массово появляться устройства с USB-C. Так как этот протокол может содержать в себе множество различных других, зачастую производители стали останавливаться на USB 2.0 или 3.0 — соответственно, никаких проблем с поддержкой QC 2.0 не было.  Но дальше стало интереснее — консорциум USB создает стандарт Type-C 1.2, который поддерживает ток в 3 А при напряжении 5 В: например, именно такую быструю зарядку имели смартфоны Lumia 950 и 950XL. Казалось бы — все здорово, никаких проблем с QC быть не должно: ан нет, такие кабели внутри имеют специальную управляющую микросхему, которая может работать только при 5 В, а QC 2.0, как мы помним, может поднимать напряжение аж до 12 В. И так как в стандарте QC нет никакой проверки на наличии такой микросхемы в кабеле, все это может печально кончиться и для кабеля, и для смартфона. Разумеется, Google не могла остаться в стороне, и официально порекомендовала отказаться производителям смартфонов использовать USB-C вместе с QC 2.0. Однако, что было ожидаемо, многие производители (например, OnePlus) заверили пользователей, что с их кабелями проблем не будет, ну а если у вас сгорел смартфон от использования стороннего кабеля — это, как говорится, уже ваши проблемы. Дальше — еще «веселее»: дабы разграничить кабели, которые могут пропускать 3 А, 1.5 А и 1 А, консорциум USB решил встраивать в них резисторы на 10, 22 и 56 кОм соответственно. Но китайцы как обычно решили ставить в дешевые кабели резисторы только на 10 кОм — это привело к тому, что устройства с поддержкой USB-C 1.2 «понимает», что можно брать 3 А, и запрашивает их у зарядного устройства. Итог тут может быть абсолютно любой — в лучшем случае зарядка отдаст тот ток, который сможет (и вряд ли это будет 3 А), а худшем — просто сгорит, возможно повредив еще и подключенный смартфон. Ближе к концу 2015 года консорциум USB выпускает спецификации стандарта Power Delivery 3.0, который в будущем, скорее всего, будут использовать все: так, он позволяет задать напряжение от 5 до 20 В и ток от 1.8 до 5 А, так что в итоге максимальная мощность может достигать целых 100 ватт — этого уже хватит для зарядки ноутбука, и многие современные решения типа Xiaomi Notebook или Apple MacBook уже его используют. При этом тип коннектора может быть любым: USB-C, microUSB, даже USB-A, а передача идти в обе стороны: то есть, можно от смартфона зарядить смартфон. При этом есть обратная совместимость с USB-C 1.2, то есть заряжать от зарядки с поддержкой PD ту же Lumia 950 можно. Все возможные комбинации зарядок доступны ниже:Qualcomm Quick Charge 3.0-4.0 Разумеется, в компании понимали, что проблемы с перегревом нужно решать, и в 2016 году, с выходом Snapdragon 820/821, была представлена технология QC 3.0. Qualcomm перестала гнаться за мощностью — она все также осталась в пределах 18 Вт, зато теперь была гибкая настройка напряжения: если в версии 2.0 были жестко заданы 5, 9 или 12 В, то тут можно было изменять напряжение с шагом в 0.2 В в диапазоне 3.6-20 В. К тому же сами производители смартфонов теперь могли ограничить максимальное напряжение, например, на уровне 12 В. Плюсуя сюда то, что новые Snapdragon (поддерживаются 821, 820, 620, 618, 617 и 430) были все же холоднее провального 810-ого, в итоге можно считать, что проблема с перегревом была решена. Увы — другая проблема, с USB-C, все еще осталась, так что использовать сторонние кабели для быстрой зарядки через этот порт все еще было рискованно. Что касается скорости зарядки, то компания обещает, что большая часть смартфонов с QC 3.0 зарядится до 70% за полчаса: Все версии QC, начиная с 2.0, являются обратно совместимыми: так, если телефон имеет более новую версию QC, чем зарядка, то будет использоваться протокол, который поддерживает зарядка, но с энергоэффективностью версии, которая используется в телефоне. Если же подключить смартфон с более старой версией QC к зарядке с более новой, то эффект будет полностью аналогичен использованию зарядки с той же версией QC, что и поддерживает устройство. Как я писал выше, официально ее нет, но на практике возможны различные варианты: так, есть смартфоны, типа того же Nexus 5x или 6p, которые поддерживают и PD, и QC — они в обоих случаях будут заряжаться быстро. Второй вариант — зарядное устройство и гаджет «не поймут» друг друга, и будет идти стандартная медленная зарядка с 1 А и 5 В, или же зарядка вовсе идти не будет. Но может быть и самый худший вариант: на устройство без поддержки PD подастся 3 А и 5 В (стандарт USB-C 1.2) из-за «неправильного» кабеля с резистором на 10 кОм, и тут уже ситуация будет непредсказуемой: стандарт QC с такими токами не работает, то есть смартфон может банально сгореть, а может просто откажется заряжаться. Поэтому если ваше устройство поддерживает QC 2.0 или 3.0 — очень тщательно выбирайте и кабель, и зарядное устройство. В заключительной части статьи мы поговорим про быстрые зарядки от других производителей типа Apple, Huawei, Mediatek и прочих.

Ссылки по теме:

Как ледниковые биомаркеры могут помочь в обнаружении внеземной жизни

Люди плохо разбираются в фейковых новостях. Могут ли компьютеры делать это лучше?

В новом проекте НАСА планирует создать облачный город на Венере

Почитав вот этот пост и сопутствующую ему дискуссию, я решил попробовать внести ясность в то, что такое USB Power Delivery и как это работает на самом деле. К сожалению у меня сложилось впечатление, что большинство участников дискуссии воспринимают 100 ватт по USB слишком буквально, и не до конца понимают что за этим стоит на уровне схематики и протоколов. Итак, кратко – основные пункты:

• USB PD определяет 5 стандартных профилей по электропитанию – до 5V@2А, до 12V@1.5А, до 12V@3А, до 12-20V@3А и до 12-20V@4.75-5А
• Кабели и порты для Power Delivery сертифицируются и имеют дополнительные пины в разьеме
• Тип кабеля и его соответствие профилю определяются автоматически через дополнительные пины и определение типа USB коннектора (микро, стандарт, A, B и т.д.)
• Обычные USB кабели (не Power Delivery) сертифицируются только по первому профилю до 5V@2A
• При подключении распределяются роли, между тем кто дает ток (Source / Источник ) и кто потребляет (Sink / Приемник)
• Источник и Приемник обмениваются сообщениями по специальному протоколу, который работает параллельно традиционному USB
• В качестве физического носителя протокол использует пару – VBus / GND. Именно поэтому Power Delivery не зависит от основного USB протокола и обратно совместим с USB 2.0 и 3.0
• Используя сообщения, источник и приемник могут в любой момент времени меняться ролями, изменять силу тока и/или напряжение, уходить в спячку или просыпаться, и т.д.
• По желанию устройства могут поддерживать управление PD через традиционные USB запросы, дескрипторы и т.д.

Под катом — детали.

О кобелях Про кабели

USB Power Delivery работает с шестью типами коннекторов: Соответственно попарно допустимы следующие виды соединений

1. USB 3.0 PD Standard-A <-> USB 3.0 PD Standard-B plug
2. USB 3.0 PD Standard-A <-> USB 3.0 PD Micro-B plug
3. USB 3.0 PD Micro-A <-> USB 3.0 PD Micro-B plug
4. USB 3.0 PD Micro-A <-> USB 3.0 PD Standard-B plug
5. USB 2.0 PD Standard-A <-> USB 2.0 PD Standard-B plug
6. USB 2.0 PD Standard-A <-> USB 2.0 PD Micro-B plug
7. USB 2.0 PD Micro-A <-> USB 2.0 PD Micro-B plug
8. USB 2.0 PD Micro-A <-> USB 2.0 PD Standard-B plug

Отдельно стоит заметить что спецификация прямо запрещает извращения с несколькими коннекторами на одной из сторон соединительного кабеля, что достаточно логично, учитывая токи до 100 ватт. С другой стороны использование переходников и адаптеров не возбраняется при условии что они соответствуют профилю электропитания, и не закорачивают экран кабеля на его землю.

Про порты

После сертификации USB PD порты маркируются следующим образом: Данное лого информирует о версии USB (2.0 или 3.0 SuperSpeed), а также о профилях электропитания которые поддерживает данный порт. Значение ”I” означает потребляемый профиль, необходимый для полноценного функционирования устройства, а значение «О» то какой профиль порт может предоставить. Примеры маркировки портов:

• Первый порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 1 ( 2A@5V) и использует Профиль 3 ( 5V@2A или 12V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для планшета или нетбука.
• Второй порт поддерживает USB2. Он может давать питание по Профилю 2 (2A@5V или 12V@1.5A) и использует Профиль 4 ( 5V@2A или 12V@3A или 20V@3A) для полноценного функционирования. Например порт для ноутбука или лаптопа.
• Третий порт поддерживает USB3. Он только дает питание по Профилю 1 (5V@2A). Сам он по VBus не запитывается. Например порт десктопа, монитора, телевизора, и т.д.
• Четвертый порт поддерживает USB3. Как и в первом примере он может давать питание по Профилю 1 (5V@2A) и сам требует питание по Профилю 3 для полноценного функционирования (5V@2A или 12V@3A). Пример придумайте сами 🙂

Физический канал

USB PD определяет принципиальную схему физической организации соединения посредством кабеля следующим образом: Как видно из схемы, USB PD также требует чтобы и в источнике и в приемнике были реализованы схемы определения падения/скачка напряжения, а так же методы определения разряженной батареи для случаев когда одна из сторон не может запитаться от своего внутреннего источника. В качестве алгоритмов для определения разряженной батареи предлагаются следующее. Если одна из сторон выставляет сопротивление в 1кОм между экраном и землей, это свидетельствует о том что ее батарея разряжена. В такой ситуации другая сторона берет на себя роль источника и начинает отдавать минимальные 5В, чтобы дать через VBus питание противной стороне и начать обмен сообщениями по протоколу USB PD. Как уже упоминалось ранее, для обмена сообщениями USB PD протокол использует линию VBus. Ниже приведена блок-схема, определяющая ключевые функциональные элементы передатчика: И соответственно такая же блок-схема для приемника: Сериализированная кодировка 4b5b и декодировка 5b4b подразумевает что все данные по шине, кроме преамбулы пакета, передаются пятибитными последовательностями в соответствии c таблицей кодировки, определяемой стандартом. Каждая такая последовательность кодирует либо одну из 16 цифр (0x00..0x0F), либо сигналы начала / синхронизации / сброса и конца пакета. Таким образом передача одного байта занимает 10 бит, 16-битного слова – 20 бит и 32-битного двойного слова – 40 бит и т.д.

Логический канал

USB PD протокол основывается на последовательных парах типа запрос-ответ. Запросы и ответы пересылаются с использованием пакетов. Пакеты состоят из преамбулы (фаза подготовки к передаче), начала пакета SOP (три сигнала Sync-1 и завершающий Sync-2 в кодировке 4b5b), заголовок, 0..N байт полезной нагрузки, контрольной суммы (CRC-32) и сигнала конца пакета (одиночный сигнал EOP): Как было упомянуто выше, преамбула не кодируется в 4b5b. SOP, CRC и EOP кодируются 4b5b на физическом уровне, заголовок и полезная нагрузка кодируются на уровне логического протокола. Сброс шины производится путем посылки трех сигналов RST1 и завершающего сигнала RST2, в соответствии с кодировкой 4b5b.

Протокол

Все USB PD сообщения состоят из заголовка и порции данных произвольной длины. Сообщения либо генерируются на уровне логического протокола и затем пересылаются на физический уровень, либо принимаются на физическом уровне и затем пересылаются на уровень логического протокола. Заголовок сообщения имеет фиксированную длину 16 бит и состоит из следующих полей: Сообщения бывают двух видов – управляющие (control) и информационные (data).

Управляющие сообщения

Контрольные сообщения состоят только из заголовка и CRC. Количество объектов данных для таких сообщений всегда устанавливается в 0. Типы управляющих сообщений USB PD представлены в таблице ниже: Отдельно следует упомянуть что поля вида tSourceActivity, tSinkRequest и т.д. — это константы, значения которых глобально заданы самой спецификацией в отдельной главе. Сделано это потому что они определялись опытным путем в результате прототипирования, и найденные оптимальные значения просто подставили в отдельную главу, чтобы не рыскать по всей спецификации.

Информационные сообщения

Данный вид сообщений предназначен для получения детальной информации об источнике или приемнике, а также для передачи запрашиваемых характеристик электропитания – сила тока, напряжение и т.д. Информационные сообщения всегда содержат ненулевое значение в поле ”Number of Data Objects”. Спецификация определяет четыре вида информационных сообщений:

• Power Data Object (PDO) – используется для описания характеристик порта источника или требований приемника
• Request Data Object (RDO) – используется портом приемника для установки соглашения по характеристикам электропитания
• BIST (Built In Self Test) Data Object (BDO) – используется для тестирования подключения на соответствие требованиям спецификации для физического соединения
• Vendor Data Object (VDO) – используется для передачи нестандартной, дополнительной или иной проприетарной информации определяемой производителем оборудования и выходящей за рамки спецификации USB PD.

Виды информационных сообщений кодируются в поле ”Message Type” заголовка сообщения следующим образом:

Сообщение о характеристиках

Порт источника всегда обязан сообщать свои характеристики приемнику путем передачи серии 32-битных объектов PDO. Информация переданная посредством этих объектов используется для определения возможностей источника, в том числе включая возможность работать в режиме приемника. Сообщения о характеристиках представляются в виде одного или нескольких объектов следующих за заголовком: Сообщения о характеристиках передаются:

• От источника к приемнику через определенный временной интервал, при непосредственном подключении кабеля. Источник должен продолжать посылать сообщения на протяжении одной минуты после подключения до тех пор пока не будет установлено успешное соглашение по электропитанию, либо приемник не вернет RDO с флагом Capability Mismatch – несоответствие характеристик.
• От источника к приемнику с целью принудительного переустановления соглашения по электропитанию или смены характеристик.
• В ответ на управляющие сообщения Get_Source_Cap или Get_Sink_Cap

Каждый объект PDO должен характеризовать отдельный элемент электропитания, входящего в состав устройства на максимально допустимых для него значениях напряжения. Например, встроенная батарея 2.8-4.1V, стационарный блок питания 12V и т.д. Все элементы электропитания должны поддерживать как минимум 5V и соответственно каждый источник должет иметь хотя бы один PDO соответствующий профилю с характеристиками 5V. PDO соответствующий элементу с постоянным типом электропитания 5V всегда должен идти первым в цепочке объектов. Структура объекта PDO: Для каждого типа электропитания предлагаются различные характеристики.Постоянный тип электропитания, напряжение постоянное. Источник должен иметь хотя бы один такой элемент:Программируемый тип электропитания, напряжение может регулироваться путем запросов в пределах между минимальным и максимальным:Вариативный тип электропитания, напряжение может изменяться в заданных пределах абсолютного минимума и абсолютного максимума, но не может регулироваться:Батарея, данный тип используется для обозначения батарей которые могут быть напрямую подключены к линии VBus:

Сообщение о запросе

Сообщения о запросах передаются приемником к источнику для передачи своих требований в фазе установления соглашения по электропитанию. Данное сообщение посылается в ответ на сообщение о характеристиках и должно содержать один и только один объект запроса данных – RDO, который описывает информацию о требуемых характеристиках электропитания для приемника. Данный запрос имеет два типа, в зависимости от адресуемого типа элемента электропитания, переданного в сообщении о характеристиках источника. Для запросов к элементу электропитания постоянного или вариативного типа, либо батареи поля ”Operating Current / Power” и ”Total Current / Prog Voltage” интерпретируются одним путем, а для запросов к элементу программируемого типа – другим путем, так как в этом случае запрашивается и напряжение, и сила тока. Структура объекта RDO: На мой взгляд данной информации достаточно, чтобы получить хорошее представление о принципах работы USB Power Delivery. Я сознательно не стал углубляться в дебри, связанные с таймерами, счетчиками и обработкой ошибок.

Взаимодействие с традиционным USB

Как уже было упомянуто выше, Power Delivery – это самостоятельная подсистема, которая функционирует параллельно и независимо от канонического USB. Тем не менее, в случаях когда устройства реализуют оба протокола – и USB и Power Delivery, спецификация рекомендует реализацию т.н. System Policy Manager или SPM, компонента который может контролировать оборудование USB PD посредством традиционных запросов USB. Для систем с поддержкой SPM, спецификация рекомендует предоставить PD информацию посредством специальных типов USB дескрипторов. Не считаю нужным в них детально углубляться, просто перечислю их названия:

• Power Delivery Capability Descriptor, является составной частью BOS дескриптора и сообщает о том поддерживает ли устройство зарядку батареи через USB, поддерживает ли оно стандарт USB PD, может ли оно выступать источником питания, и может ли оно быть приемником. Кроме того данный дескриптор содержит информацию о количестве портов-источников, портов-приемников и версии поддерживаемых спецификаций USB Battery Charging и Power Delivery.
• Battery Info Capability Descriptor, требуется для всех устройств заявивших батарею в качестве одного из элементов электропитания. Содержит информацию о названии, серийном номере и производителе батареи, ее емкости, а также о пороговых значениях тока в заряженном и разряженом состоянии.
• PD Consumer Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одно порта-приемника. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, минимальное и максимальное напряжение, операционную мощность, максимальную пиковую мощность и максимальное время, которое оно может эту пиковую мощность потреблять
• PD Provider Port Capability Descriptor, требуется для всех устройств которые заявили поддержку хотя бы одного порта-источника питания. Содержит информацию о поддержке стандартов Power Delivery и Battery Charging, а так же список всех PDO объектов, характеризующих элементы электропитания доступных устройству.
• PD Power Requirement Descriptor, требуется для всех устройств-приемников поддерживающих USB PD. Каждое устройство должно возвращать хотя бы один такой дескриптор в составе дескриптора конфигурации. Этот дескриптор должен идти сразу после первого дескриптора интерфейса. В случае когда их несколько, он должен идти после каждого первого дескриптора интерфейса функции, если используется IAD, или в случае композитного устройства без IAD, непосредственно после каждого дескриптора интерфейса, и до endpoint дескрипторов.

Для управления USB Power Delivery через запросы USB, в случае если устройство поддерживает Power Delivery класс, спецификация предлагает команды, которые могут использоваться для передачи PD запросов и объектов посредством USB, то есть через шину данных. Сводная таблица дана ниже:

Заключение

Надеюсь что данным постом я подогрел интерес публики к USB Power Delivery. Скромно замечу, что автор имеет непосредственное отношение к данной спецификации, поэтому готов ответить на любые вопросы по Power Delivery в частности и USB в общем. С уважением.Используемые источники:

• https://m.iguides.ru/main/other/razbiraemsya_v_standartakh_bystroy_zaryadki_usb_power_delivery_i_qualcomm_quick_charge/
• https://4pda.ru/2017/10/13/347325/
• https://habr.com/post/166661/