فناوری شارژ سریع چیست و چه استانداردهایی دارد؟

یکی از پرکاربرد‌ترین عبارات در دنیای فناوری، شارژ سریع گوشی‌ها و لپ‌تاپ‌ها است و هر تولید‌کننده‌ای هنگام رونمایی محصولات جدید خود تلاش می‌کند تا در این زمینه از رقبای خود پیشی بگیرد. تا همین چند سال پیش، شارژ‌شدن کامل گوشی‌ها تقریباً ۲ تا ۳ ساعت زمان می‌برد؛ اما امروزه به لطف پیشرفت فناوری و شارژ سریع، این موضوع دیگر دغدغه‌ نیست.

اکثر گوشی‌هایی که امروزه عرضه می‌شوند از قابلیت شارژ سریع بهره می‌برند و افراد می‌توانند در کمتر از نیم ساعت گوشی‌های خود را تا حد زیادی شارژ کنند. اگر می‌خواهید دقیقاً بدانید که فست شارژ چيست، دراین مقاله با ما همراه باشید تا با توضیح فناوری شارژ سریع، دنیای این تکنولوژی پرطرفدار را کشف کنیم.

شارژ سریع، فناوری‌ای است که با انتقال هوشمندانه، سریع و کنترل‌شده‌ی انرژی به باتری، زمان شارژ شدن دستگاه را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد؛ آن‌ هم بدون آن‌که ایمنی یا عمر مفید باتری به خطر بیفتد.

برای فهم اینکه تکنولوژی فست شارژ چيست، تصور کنید می‌خواهید یک سطل را با آب پر کنید:

• باتری همان سطل خالی است.
• شارژر نقش شلنگ آب را دارد که انرژی (آب) را منتقل می‌کند.
• ولتاژ (ولت) مثل فشار آب درون شلنگ است؛ هرچه فشار بیشتر باشد، سرعت ورود آب هم بیشتر می‌شود.
• جریان (آمپر) شبیه قطر شلنگ است؛ شلنگ پهن‌تر، آب بیشتری در واحد زمان عبور می‌دهد.
• توان (وات) حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان و نمایانگر سرعت کلی پر شدن سطل (یعنی شارژ شدن باتری) است.

برای مثال، یک پورت USB 2.0 (نوع SDP) تنها می‌تواند ۲٫۵ وات توان ارائه دهد (۵ ولت × ۰٫۵ آمپر)، درحالی‌که شارژرهای سریع می‌توانند با افزایش ولتاژ، جریان یا هر دو، توانی بین ۱۵ تا حتی بیش از ۱۰۰ وات منتقل کنند. در نتیجه شارژ با سرعت بسیار بالاتری انجام می‌شود.

ارتباط ابتدایی (Handshake): وقتی دستگاه به شارژر متصل می‌شود، ابتدا یک تبادل اطلاعات سریع صورت می‌گیرد. هر طرف (دستگاه و شارژر) مشخص می‌کند چه توان، ولتاژ و استانداردهایی را پشتیبانی می‌کند. مثلاً دستگاه اعلام می‌کند می‌تواند ۱۸ وات را از طریق استاندارد Quick Charge دریافت کند و شارژر نیز می‌گوید توان ارائه‌ی آن را دارد. در نتیجه، یک توافق ایمن شکل می‌گیرد.

تنظیم هوشمند توان (شارژ مرحله‌ای): در آغاز، شارژ با حداکثر توان انجام می‌شود تا باتری در مدت کوتاهی به سطح مناسبی برسد. اما با نزدیک شدن به ظرفیت کامل (معمولاً ۷۰ تا ۸۰ درصد)، توان به‌تدریج کاهش می‌یابد تا از داغ شدن باتری و آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود. پس از شارژ کامل باتری، فرایند شارژ گوشی متوقف شده یا به‌صورت قطره‌چکانی انجام می‌شود تا مادامی که گوشی به شارژ است، درصد شارژ کامل ثابت بماند.

پایش دما: حسگرهایی در هر دو سوی شارژ (شارژر و دستگاه) دمای قطعات را مدام بررسی می‌کنند. اگر دما بیش‌ازحد بالا رود، سیستم به‌طور خودکار توان را کاهش می‌دهد تا فرآیند خنک‌سازی انجام شود.

سیستم‌های حفاظتی: این پروتکل‌ها دارای محافظ داخلی در برابر ولتاژ یا جریان بیش‌از‌حد، اتصال کوتاه، نوسانات برق و سایر خطرات هستند و امنیت شارژ را تضمین می‌کنند.

New York Times

• سازگاری با پروتکل‌های شارژ سریع: دستگاه‌ها و شارژرها از پروتکل‌های مختلفی مانند USB Power Delivery (USB-PD)، Qualcomm Quick Charge (QC) یا PPS پشتیبانی می‌کنند. اگر کابل یا شارژر مورد استفاده، با پروتکل دستگاه سازگار نباشد، سرعت شارژ بر اساس ضعیف‌ترین عضو محدود خواهد شد. برای نمونه، استفاده از شارژر ۱۰۰ واتی با کابلی که تنها توان ۱۸ وات را پشتیبانی می‌کند، خروجی را به همان ۱۸ وات کاهش می‌دهد.

• اهمیت گواهی‌نامه‌های استاندارد: تجهیزاتی که دارای گواهی‌نامه‌های رسمی مانند USB-IF Certified هستند، از نظر ایمنی و عملکرد، مورد تأیید استانداردهای جهانی قرار گرفته‌اند. این گواهی‌ها تضمین می‌کنند که کابل یا شارژر، با فناوری‌هایی مانند USB-PD و PPS سازگاری کامل دارد. استفاده از بهترین شارژر فست شارژ و کابل تأییدشده و باکیفیت از برندهای معتبر، احتمال داغ شدن، آسیب سخت‌افزاری یا بروز خطرات ایمنی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

• کیفیت ساخت کابل و تراشه شناسایی (e-marker): کابل‌های مخصوص شارژ سریع از سیم‌های ضخیم‌تر و عایق‌بندی بهتری برخوردارند تا بتوانند جریان و ولتاژ بالا را بدون افت کیفیت منتقل کنند. برای شارژهای پرتوان (مانند ۶۰ یا ۱۰۰ وات)، وجود تراشه e-marker در کابل ضروری‌ است. این تراشه اطلاعاتی مانند میزان توان پشتیبانی‌شده و شناسه کابل را به دستگاه و شارژر منتقل می‌کند تا میزان ولتاژ و جریان به‌طور خودکار تنظیم شود و از بروز آسیب جلوگیری گردد.

پس از فهم اینکه فناوری شارژ سریع چیست، وقت آن رسیده که با برخی استاندارد‌های فناوری شارژ سریع سیمی آشنا شویم:

این استاندارد که در سال ۲۰۱۰ توسط انجمن USB-IF معرفی شد، امکان شارژ دستگاه‌ها را فراتر از محدودیت ۲٫۵ وات پورت USB 2.0 فراهم کرد و توان شارژ را به ۷٫۵ وات (۵ ولت در ۱٫۵ آمپر) رساند. در این استاندارد، سه نوع پورت USB تعریف شده است:

• پورت استاندارد داده (SDP): بیشتر در کامپیوتر‌ها به‌کار می‌رود و علاوه بر انتقال داده، توان شارژ را به حدود ۵۰۰ میلی‌آمپر محدود می‌کند.
• پورت اختصاصی شارژ (DCP): در شارژرهای دیواری رایج است و تا ۱٫۵ آمپر توان ارائه می‌دهد؛ اما امکان انتقال داده ندارد.
• پورت ترکیبی شارژ و داده (CDP): در برخی کامپیوتر‌ها و هاب‌ها استفاده می‌شود و قابلیت شارژ با جریان بالا همراه با انتقال داده را فراهم می‌کند.

با وجود قدمت، استاندارد BC 1.2 همچنان نقش مهمی در حفظ سازگاری در بسیاری از دستگاه‌ها، حتی در درگاه‌های USB-C، ایفا می‌کند.

USB PD یک استاندارد باز و جهانی محسوب می‌شود که با هدف ایجاد یکپارچگی در اکوسیستم شارژ برای انواع دستگاه‌ها طراحی شده است.

• پشتیبانی گسترده: برندهای مختلف از این استاندارد پشتیبانی می‌کنند و این موضوع نیاز به استفاده از شارژرهای مختلف را کم‌تر می‌کند.
• استفاده از درگاه USB-C: این فناوری عمدتاً از کانکتور USB-C بهره می‌برد که انعطاف‌پذیری بالا و پشتیبانی از توان بیشتر را فراهم می‌کند.
• توان بالا: نسخه‌های جدیدتر این استاندارد، توان شارژ را تا ۲۴۰ وات (از طریق قابلیت EPR) افزایش داده‌اند، هرچند در گوشی‌ها و لپ‌تاپ‌ها توان بین ۱۸ تا ۱۰۰ وات رایج‌تر است.
• قابلیت PPS (منبع تغذیه قابل برنامه‌ریزی): در USB PD 3.0 معرفی شد و امکان تنظیم لحظه‌ای و دقیق ولتاژ و جریان را فراهم می‌کند. این ویژگی به کاهش حرارت، افزایش بازدهی و محافظت بهتر از باتری کمک می‌کند.

به‌خاطر گستردگی و کاربرد بالای فناوری USB PD، هنگام خرید شارژرها، کابل‌ها و بهترین پاوربانک فست شارژ، از پشتیبانی آن‌ها از این استاندارد مطمئن شوید.

Quick Charge که توسط شرکت کوالکام توسعه یافته، یکی از پرکاربردترین فناوری‌های شارژ سریع برای دستگاه‌های مجهز به پردازنده‌های اسنپدراگون به شمار می‌آید.

• نسل‌های اول تا سوم (QC 1.0 تا QC 3.0): این نسخه‌ها به‌تدریج توان شارژ را افزایش دادند. نسخه QC 3.0 با معرفی فناوری INOV (تنظیم هوشمند ولتاژ)، امکان تنظیم ولتاژ به‌صورت پویا را فراهم کرد که باعث بهبود بازدهی و کاهش تولید گرما می‌شود.
• Quick Charge 4 و 4+: با پشتیبانی از استانداردهای USB PD و PPS، عملکرد و ایمنی شارژ را بهبود بخشیدند.
• Quick Charge 5: جدیدترین نسخه این فناوری، توانی فراتر از ۱۰۰ وات ارائه می‌دهد و می‌تواند در حدود ۵ دقیقه تا ۵۰ درصد ظرفیت باتری را شارژ کند. این نسخه به‌طور کامل با استانداردهای USB PD و PPS سازگار است.

سامسونگ برای دستگاه‌های خود ترکیبی از فناوری‌های اختصاصی و استانداردهای جهانی را به‌کار می‌گیرد:

• Adaptive Fast Charging (AFC): یکی از اولین فناوری‌های شارژ سریع سامسونگ که مبتنی بر Quick Charge 2.0 طراحی شده است و توانی در حدود ۱۵ وات ارائه می‌دهد.
• Super Fast Charging (SFC) و SFC 2.0: نسل‌های پیشرفته‌تر که از استاندارد USB PD با قابلیت PPS بهره می‌برند. SFC توان ۲۵ وات و نسخه‌ی SFC 2.0 توان ۴۵ وات را برای دستگاه‌های سازگار فراهم می‌کند.

دلیل شارژ نشدن گوشی سامسونگ یا علت کند شارژ شدن گوشی سامسونگ را می‌توان در ناسازگاری شارژها و کابل‌ها با همین استاندارد‌های معرفی شده جست‌وجو کرد.

اما فناوری فست شارژ ایفون چیست؟‌ اپل برای شارژ سریع آیفون، آیپد و مک‌بوک‌های جدید از استاندارد USB PD استفاده می‌کند. این فناوری از آیفون ۸ به بعد پشتیبانی می‌شود و می‌تواند باتری را در حدود ۳۰ دقیقه تا ۵۰ درصد شارژ کند.

برای بهره‌مندی از این قابلیت، به یک دستگاه سازگار، یک کابل مناسب (USB-C به لایتنینگ برای مدل‌های تا آیفون ۱۴، یا USB-C به USB-C برای آیفون ۱۵ و بعد) و یک آداپتور USB-C با توان حداقل ۱۸ وات (از اپل یا برندهای معتبر با پشتیبانی از USB PD) نیاز دارید.

شرکت اوپو با معرفی فناوری‌های VOOC و SuperVOOC، رویکردی متفاوت و مبتنی بر جریان بالا و ولتاژ پایین را در پیش گرفته است:

• VOOC: نسخه‌ی اولیه‌ی این فناوری با توان ۲۰ وات (۵ ولت در ۴ آمپر) کار می‌کند و با انتقال گرمای ناشی از شارژ به خود شارژر، دمای گوشی را پایین نگه می‌دارد.
• SuperVOOC: نسخه‌های پیشرفته‌تر این فناوری، توان‌هایی از ۵۰ تا ۲۴۰ وات ارائه می‌دهند. این شارژ سریع نیازمند شارژر و کابل‌های اختصاصی اوپو است.

سایر برندهای زیرمجموعه‌ی BBK Electronics (مانند ریلمی، ویوو، وان پلاس) از فناوری‌های مشابه VOOC و SuperVOOC اوپو اما با نام‌های متفاوت استفاده می‌کنند؛ مثلاً Warp Charge برای وان پلاس و Dart Charge برای ریلمی.

شیائومی با فناوری اختصاصی HyperCharge در زمینه‌ی شارژ سریع یکی از پیشتازان بازار به‌شمار می‌آید. این فناوری از توان‌های بسیار بالا مانند ۶۷ وات، ۱۲۰ وات و حتی ۲۰۰ وات پشتیبانی می‌کند و می‌تواند برخی گوشی‌های سازگار را در ۱۷ تا ۲۵ دقیقه به‌طور کامل شارژ کند.

عکاس: محمد مردانه / زومیت

برای دستیابی به چنین سرعتی، شیائومی از ترکیب ولتاژ و جریان بالا (مانند ۲۰ ولت در ۶ آمپر برای ۱۲۰ وات)، کابل‌های ضخیم مخصوص، فناوری Dual Charge Pumps و باتری‌های دو سلولی بهره می‌گیرد.

HyperCharge از نسخه‌ای اصلاح‌شده از استاندارد USB PD PPS بهره می‌برد. در نتیجه، گوشی‌های شیائومی قادر هستند با شارژرهای استاندارد PD-PPS تا توان ۳۰ وات شارژ دریافت کنند؛ اما برای رسیدن به سرعت‌های حداکثری، استفاده از شارژر و کابل اختصاصی شیائومی ضروری است.

پس از آشنایی با فناوری‌های شارژ سریع اصلی و اینکه فست شارژ ایفون چیست، بد نیست با فناوری‌های شارژ سریع دیگر شرکت‌ها نیز آشنا شویم:

Huawei

• شارژ سریع و SuperCharge هواوی: فناوری FCP هواوی عملکردی مشابه Quick Charge 2.0 دارد، اما نسخه‌ی جدیدتر با نام SCP از جریان بالا و ولتاژ پایین (در بازه‌ی ۲۲٫۵ تا ۶۶ وات و بیشتر) بهره می‌برد تا گرما کاهش یافته و بازدهی افزایش یابد. این فناوری نیازمند استفاده از شارژر و کابل اختصاصی هواوی است.

• فناوری Pump Express مدیاتک: این فناوری در دستگاه‌هایی با تراشه‌های مدیاتک استفاده می‌شود. نسخه‌ی Pump Express 4.0 از استانداردهای USB PD 3.0 و PPS پشتیبانی می‌کند و در نتیجه، بازدهی بیشتری فراهم کرده و گرمای کمتری تولید می‌کند.

• فناوری TurboPower موتورولا: موتورولا ترکیبی از راه‌حل‌های اختصاصی و استانداردهای جهانی را در TurboPower به‌کار گرفته است. نسخه‌های اولیه‌ مبتنی بر Quick Charge بودند، اما مدل‌های جدیدتر تا ۱۲۵ وات توان ارائه می‌دهند و از USB PD با قابلیت PPS پشتیبانی می‌کنند.

• فناوری PowerIQ انکر: PowerIQ فناوری اختصاصی شرکت انکر است که توان خروجی را به‌صورت هوشمند و بر اساس نوع دستگاه تنظیم می‌کند. نسخه‌های 3.0 و 4.0 این فناوری از USB PD پشتیبانی کرده و توان‌هایی تا ۱۰۰ وات ارائه می‌دهند. شارژرهای مجهز به این فناوری می‌توانند برای شارژ چندین دستگاه به طور همزمان، توان را به صورت هوشمند توزیع کنند.

شارژ بی‌سیم با استفاده از القای الکترومغناطیسی، انرژی را از طریق میدان مغناطیسی منتقل می‌کند و این امکان را فراهم می‌سازد تا دستگاه‌ها بدون نیاز به کابل، تنها با قرارگیری روی یک پد شارژ سازگار، شارژ شوند. همانند فناوری شارژ سریع سیمی، برای فناوری شارژ بی‌سیم نیز استانداردهای مختلفی وجود دارد:

استاندارد Qi (با تلفظ «چی») که توسط کنسرسیوم برق بی‌سیم (Wireless Power Consortium - WPC) توسعه یافته است، پراستفاده‌ترین استاندارد شارژ بی‌سیم در جهان به‌شمار می‌آید.

نسخه‌ی اولیه‌ی استاندارد Qi شامل دو پروفایل توان بود:

• پروفایل توان پایه (BPP): امکان شارژ تا سقف ۵ وات را فراهم می‌سازد و نیازی به احراز هویت بین شارژر و دستگاه ندارد.
• پروفایل توان توسعه‌یافته (EPP): از توان شارژ تا ۱۵ وات پشتیبانی می‌کند و برای حفظ ایمنی و تضمین تطابق استاندارد، نیازمند احراز هویت بین شارژر و دستگاه است. برندهایی مانند ال‌جی، سونی، شیائومی و شارپ از این پروفایل پشتیبانی می‌کنند.

استاندارد Qi دارای قابلیت‌های ایمنی مانند تشخیص اشیای خارجی (FOD) نیز هست که اجسام فلزی مانند کلید یا سکه را که ممکن است باعث ایجاد گرمای خطرناک شوند، شناسایی می‌کند. این فناوری به‌طور گسترده در گوشی‌های هوشمند، هدفون‌های بی‌سیم و سایر ابزارهای الکترونیکی قابل حمل به‌کار می‌رود.

استاندارد Qi2

Qi2 جدیدترین نسخه‌ی استاندارد Qi به‌شمار می‌آید که توسط WPC معرفی شده است و بهبودهای قابل توجهی نسبت به نسخه‌های پیشین به همراه دارد.

مهم‌ترین ویژگی آن، معرفی پروفایل توان مغناطیسی (Magnetic Power Profile - MPP) است که با الهام از فناوری MagSafe اپل طراحی شده و از آهن‌ربا برای تراز دقیق دستگاه با پد شارژ استفاده می‌کند.

• سازگاری گسترده: هدف Qi2، گسترش قابلیت شارژ مغناطیسی به فراتر از اکوسیستم اپل و ایجاد هم‌خوانی بیشتر میان برندهای مختلف است.
• احراز هویت: مشابه پروفایل EPP، در Qi2 نیز برای شارژ با توان بالای ۵ وات، تأیید هویت میان شارژر و دستگاه الزامی است.

مگ‌سیف فناوری مغناطیسی اختصاصی اپل است که نخستین بار همراه با سری آیفون ۱۲ معرفی شد. این فناوری از آرایشی از آهن‌ربا در اطراف سیم‌پیچ شارژ دستگاه استفاده می‌کند تا اتصال دقیق و خودکار بین آیفون و لوازم جانبی سازگار برقرار شود.

The Verge

• تراز دقیق: استفاده از آهنربا باعث ایجاد اتصال پایدار و دقیق بین گوشی و شارژر می‌شود که در نتیجه، بازدهی شارژ افزایش یافته و گرمای کمتری تولید می‌شود.
• شارژ سریع‌ آیفون: شارژرهای مگ‌سیف توانایی شارژ آیفون‌های سازگار را تا توان ۲۵ وات (برای سری آیفون ۱۶) دارند.
• اکوسیستم لوازم جانبی: فناوری مگ‌سیف تنها محدود به شارژر نیست و مجموعه‌ای از لوازم جانبی مغناطیسی مانند کیف پول، پایه نگهدارنده و پاوربانک را نیز شامل می‌شود.

برخی شرکت‌ها برای دستیابی به سرعت شارژ بی‌سیم بالاتر از آنچه استاندارد Qi به‌طور عمومی ارائه می‌دهد، فناوری‌های اختصاصی خود را توسعه داده‌اند. این فناوری‌ها معمولاً برای دستیابی به حداکثر عملکرد، نیازمند استفاده از شارژرها و گاه کابل‌های اختصاصی همان برند هستند و اغلب تنها با دستگاه‌های همان اکوسیستم سازگاری کامل دارند.

• OPPO AirVOOC: نسخه‌ی بی‌سیم فناوری VOOC است که با بهره‌گیری از خنک‌کننده‌های هوا، توان شارژ ۴۰ تا ۵۰ وات را ارائه می‌دهد. این شارژرها معمولاً با استاندارد Qi نیز سازگار هستند، اما با سرعت پایین‌تر عمل می‌کنند.
• Xiaomi Wireless HyperCharge: شیائومی نیز در حوزه‌ی شارژ بی‌سیم پرسرعت پیشتاز است و فناوری‌هایی با توان بالا مانند ۵۰ وات عرضه کرده است. پایه‌ی شارژ بی‌سیم ۵۰ واتی این شرکت می‌تواند گوشی شیائومی مدل 14T پرو را در مدت ۴۵ دقیقه به‌طور کامل شارژ کند.
• Samsung Wireless Fast Charge: سامسونگ با توسعه‌ی اختصاصی پروفایل EPP از استاندارد Qi و افزودن افزونه‌ای با نام PPDE (تبادل داده پروفایل توان)، توان شارژ بی‌سیم بیش از ۱۵ وات را برای گوشی‌های پرچم‌دار گلکسی فراهم کرده است.
• سایر برندها: شرکت‌هایی مانند هواوی (با شارژ بی‌سیم ۲۷ واتی)، گوگل و وان‌پلاس نیز فناوری‌های اختصاصی شارژ بی‌سیم خود را ارائه داده‌اند. برای استفاده از حداکثر توان، معمولاً نیاز به شارژرهای ویژه‌ی همان برند وجود دارد.

در این مقاله سعی کردیم به این سوال که فست شارژ چيست تا حدی که طول مقاله اجازه می‌داد پاسخ دهیم. این فناوری طی سال‌های اخیر پیشرفتی چشم‌گیر داشته و حالا بسیاری از دستگاه‌ها را می‌توان در مدت‌زمان کوتاهی شارژ کرد.

خوشبختانه، اقداماتی مثل قانون الزام استفاده از درگاه USB-C در اتحادیه اروپا، نویددهنده‌ حرکت به‌سمت هماهنگی بیشتر بین شرکت‌ها است. همچنین، گسترش استانداردهای جهانی مثل USB PD تجربه‌ی شارژ کردن دستگاه‌ها ساده‌تر، هماهنگ‌تر و البته سازگارتر با محیط زیست خواهد کرد. اگر این روند ادامه پیدا کند، در آینده می‌توان امیدوار بود که کاربران تنها با یک شارژر و کابل استاندارد، بدون دغدغه، همه‌ی دستگاه‌هایشان را شارژ کنند.