Die Geheimnisse von USB PD 3.0 gelüftet: Schnellladen ist künftig mit jedem Ladegerät möglich

Die zunehmende Beliebtheit von Smartphones und die schnelle Aktualisierung energieintensiver Hardware wie Prozessoren und Bildschirme erfordern leistungsstärkere Akkus für den Betrieb der Smartphones. Es scheint, dass sich die gesamte Hardware von Mobiltelefonen heutzutage rasant weiterentwickelt, es jedoch keine wesentlichen Neuerungen bei der Akkutechnologie von Mobiltelefonen gegeben hat. Um die für den dauerhaften Betrieb der Mobiltelefone nötige Energie zu gewährleisten, verbauen viele Hersteller Akkus mit großer Kapazität. Allerdings führt die Erhöhung der Akkukapazität zu einer Verlängerung der Ladezeit des Mobiltelefons. Aus diesem Grund haben die Hersteller an der Ladetechnologie geforscht und die Schnelllademethode des Curvy Charging war geboren.

Heutzutage hat sich das Schnellladen zu einer wesentlichen Funktion von Smartphones entwickelt. Zu den bekannteren Lösungen zählen Qualcomm QC, MediaTek PEP, OPPO VOOC, Huawei FCP/Supercharge, USB PD usw. Obwohl beide zum Schnellladen von Handyakkus dienen, sind die Prinzipien unterschiedlich. Es ist ein weit verbreitetes Phänomen, dass in den Haushalten jede Menge Handy-Ladegeräte herumliegen, und die Schnellladegeräte vieler Handymarken sind nicht universell.

Um den Schnellladestandard zu standardisieren, hat die USB-IF (USB Standardization Organization) vor Kurzem ein wichtiges Update von USB PD 3.0 veröffentlicht. Ziel ist es, das PPS (Programmable Power Supply) der technischen Spezifikation für Schnellladen zu vereinheitlichen, um Qualcomm QC4.0/3.0, MediaTek PE3.0/2.0, Huawei/OPPO und andere Lösungen einzubinden und zu verhindern, dass die USB-Schnittstelle die Spannung über Nicht-USB-PD-Protokolle anpasst. Wenn Hersteller ihre eigenen Schnellladeprotokolle in die PPS-Spezifikation schreiben, können Mobiltelefone, die Schnellladen unterstützen, in Zukunft theoretisch auch mit Schnellladeköpfen (PPS-Spezifikation) anderer Mobiltelefonmarken schnell geladen werden.

Eine kurze Einführung in bestehende Schnellladeprotokolle für Mobiltelefone

Heutzutage unterstützen immer mehr Mobiltelefone das Schnellladen, wobei es dabei hauptsächlich zwei Lösungen gibt: 1. Schnellladen mit hoher Spannung und niedrigem Strom und 2. Schnellladen mit niedriger Spannung und hohem Strom. Zu den gängigen Lösungen, die die erste Lösung verwenden, gehören Qualcomm QuickCharge, MediaTek PEP, Huawei FCP usw., während die zweite Lösung OPPOs VOOC und Huaweis SuperCharge umfasst. Das USB-PD-Protokoll umfasst zwei Teile: Hochspannung und Niederspannung.

Wie wir alle wissen, ist P=UI. Die Verbesserung der Ladeleistung ist nichts anderes als die Erhöhung der Stromstärke oder der Spannung oder beides. Allerdings können Spannung und Stromstärke nicht beliebig erhöht werden, da beides zu einer erheblichen Erwärmung des Telefons führt.

Bei der ersten Art des Hochspannungs-Niederstrom-Schnellladens wird während des Ladevorgangs die Ladespannung (ca. 7–20 V) erhöht, um die Ladeleistung zu steigern. Beim Ladevorgang eines Mobiltelefons ohne Schnellladung wird die Spannung von 220 V im Allgemeinen über den Ladekopf auf 5 V reduziert. Anschließend reduziert die interne Schaltung des Mobiltelefons die Spannung von 5 V auf 4,2 V und überträgt den Strom dann an den Akku. Während des gesamten Spannungsreduzierungsprozesses wird Wärmeenergie erzeugt, während das schnelle Laden mit hoher Spannung und niedrigem Strom die Ausgangsspannung des 5-V-Ladekopfs auf 7–20 V erhöht und die Spannung dann im Telefon auf 4,2 V reduziert. Während des gesamten Ladevorgangs erzeugt das Gehäuse mehr Wärmeenergie und sowohl das Ladegerät als auch das Mobiltelefon erzeugen spürbare Wärme, was der Verbesserung der Ladeeffizienz nicht förderlich ist.

Die zweite Art des Schnellladens mit niedriger Spannung und hohem Strom erhöht den Strom bei konstanter Spannung (4,5 V – 5 V). Zur Stromumleitung werden in der Regel Parallelschaltungen eingesetzt. Bei konstanter Spannung ist der Druck auf jeden Stromkreis nach der Parallelumleitung geringer. Wenn die gleiche Behandlung in einem Mobiltelefon durchgeführt wird, ist der Druck auf jeden Schaltkreis geringer. Beispielsweise erhöht das VOOC-Blitzladen die hohe Strombelastbarkeit durch eine Erhöhung der Anzahl der Ladekabelleitungen/USB-Anschlusskontakte. Das Prinzip des Huawei SuperCharge-Schnellladens ist ähnlich. Vermeiden Sie große Hitze, die durch die Umwandlung von „Hochdruck auf Niederdruck“ im Rumpf entsteht.

USB PD 3.0: deckt sowohl Hochspannung als auch Niederstrom sowie Niederspannung und Hochstrom ab

USB PD 3.0 gibt den Spannungsausgangsbereich an: 3,0 V bis 21 V, und die Schrittamplitudenmodulationsspannung beträgt 20 mV.

Dies umfasst zwei Teile: Niederspannung/Hochspannung. Basierend auf den Stromdaten des vorherigen PD-Protokolls (1,5 A, 2 A, 3 A und 5 A) kann dieses USB PD 3.0 zwei Schnellladelösungen gleichzeitig realisieren: hohe Spannung/niedriger Strom und niedrige Spannung/hoher Strom. Darüber hinaus beträgt der Spannungsmodulationsschritt 20 mV. Die Gesamtidee integriert die hohe Spannung und den niedrigen Strom des Qualcomm QC-Schnellladens (bei dem auch eine schrittweise Modulationsspannung verwendet wird, um die Ladeeffizienz sicherzustellen) und die niedrige Spannung und den hohen Strom des VOOC-Blitzladens.

Kurz gesagt: USB PD 3.0 nimmt die Essenz des aktuellen Schnellladens auf und integriert sie wieder in eine „große und vollständige“ Schnellladelösung, um ein einheitliches Schnellladen von Mobiltelefonen zu erreichen. Alle Mobiltelefone, die Schnellladen unterstützen, können über ein Ladegerät, das die PPS-Technologie unterstützt, schnell aufgeladen werden. Zurück in die Zeit, als ein Ladegerät für alle Mobiltelefone ausreichte. Derzeit hat USB PPS eine Einigung mit dem Telekommunikationstechnologielabor des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie meines Landes erzielt. Gleichzeitig betonte Google in der neuesten OEM-Spezifikation für Android 7.0: Bei Mobiltelefonen mit USB-Schnittstelle muss die Schnellladetechnologie USB PD unterstützen.

In der Theorie ist es so toll. Wird PD3.0 im Jahr 2017 populär werden?

So wie das von Google vorgegebene Android-System die drei virtuellen Schaltflächen auf dem Bildschirm verwenden muss, dürfte es auch für USB PD 3.0 schwierig sein, sich durchzusetzen. Die großen Hersteller werden sich weiterhin für die Schnellladelösung entscheiden, die sie für die beste halten. Schließlich fördert die lokale Umgebung die Menschen vor Ort und die lokale Umgebung prägt die Gewohnheiten vor Ort (der Grund für dieses hochtrabende Gerede sind nicht etwa Profitbeziehungen, okay, ich werde nicht ins Detail gehen). USB PD 3.0 ist wie eine neunjährige Pflichtschulung und bietet eine Reihe von Standardlösungen für diejenigen, die keine Ahnung von Schnellladen haben oder für unerfahrene Hersteller, die gerade erst in den Mobiltelefonbereich eingestiegen sind (natürlich werden die Vermieter weiterhin ihre eigene Schnellladetechnologie bewerben).

Obwohl Google vorschreibt, dass bei Mobiltelefonen mit Android 7.0, die über eine Standard-USB-Schnittstelle verfügen, das Schnellladen auf USB PD basieren muss, spekuliert der Herausgeber, dass nur wenige Modelle dieser Regelung folgen und die meisten sich an ihre eigenen anpassen werden. Darüber hinaus gibt es auf dem Markt nur sehr wenige Handy-Ladegeräte von Drittanbietern, die die PPS-Technologie unterstützen, sodass es schwierig sein wird, sie im Jahr 2017 schnell populär zu machen.

Was wird die Popularisierung von USB PD 3.0 bringen?

Es besteht kein Zweifel, dass die Popularisierung von USB PD 3.0 eine gute Sache für die Benutzer ist. Heutzutage werden verschiedene Schnellladetechnologien von den Herstellern selbst entwickelt. Die Bedingungen für eine schnelle Aufladung sind hart. Handy, Ladegerät und Datenkabel passen zusammen und sind unverzichtbar. Die Popularisierung von USB PD 3.0 kann dieses Dilemma beseitigen. Alle Mobiltelefone verschiedener Marken, Schnellladegeräte und Datenkabel verschiedener Marken sind kompatibel. Sie müssen nicht mehr im ganzen Haus nach Ladegeräten und Datenkabeln suchen.

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