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Carga rápida, más allá de Quick Charge: qué es, tipos y compatibilidad

Carga rápida, más allá de Quick Charge: qué es, tipos y compatibilidad

ElectrónicaPowerbanks

Los móviles avanzan a pasos agigantados. Cada vez son más potentes, las pantallas siguen creciendo y las cámaras son cada vez mejores. Sin embargo, hay un componente que lleva estancado mucho tiempo: la batería.

Como la tecnología que hace funcionar la baterías (Li-Po) lleva mucho tiempo prácticamente estancada, los fabricantes han decidido innnovar en la forma en que se cargan, así nació la carga rápida.

Probablemente conozcas Quick Charge, pero hay muchas otras tecnologías de carga rápida que nos permiten cargar el móvil en minutos. En el artículo analizaremos entre otras Adaptive Fast Charging de Samsung, Super VOOC Flash Charge de Oppo, sistema Dash de OnePlus, ahora conocido como Fast Charge, SuperCharge de Huawei, Anker PowerIQ, Pump Express de MediaTek, USB Power Deliver



¿Cómo funciona una batería?

La batería es la pieza que se encarga de suministrar energía eléctrica a los circuitos de nuestros aparatos portátiles.

Las baterías de los móviles y las de la mayoría de los aparatos, en realidad, suelen estar compuestas por baterías más pequeñas, llamadas celdas, que son más fáciles y baratas de fabricar.

Esas baterías tienen dos electrodos (uno positivo y otro negativo) y un electrolito (conductor eléctrico).

Cuando el circuito se cierra -cuando se enciende el móvil, por ejemplo- los electrones viajan desde el ánodo al cátodo suministrando energía al teléfono.

En las pilas no recargables, estas reacciones químicas solo ocurren una vez, pero, sin embargo, en las baterías recargables la reacción es reversible (la podemos recargar).

Conceptos eléctricos

Podemos decir que una corriente eléctrica continua (CC) puede caracterizarse con:

Voltios (V): miden el voltaje (V).

Amperios (A): miden la intensidad (I).

Vatios (W): miden la potencia (P).
¿Y qué son estos parámetros? Vamos a verlo con una analogía.

Imagínate una tubería vertical.

Los voltios equivalen a las ganas que tiene el agua de pasar del punto más alto al punto más bajo, lo que equivale a la presión (estática).

Los amperios miden la corriente, y en nuestra analogía equivaldrían a la sección de la tubería.

Los vatios serían el caudal de agua que circula por la tubería, que aumentaría según aumenta la presión y según aumenta el área de la tubería. Por eso, potencia que se mide en vatios se calcula:
La potencia (P) es lo que determina la velocidad de carga y de descarga de una batería.

Conceptos previos de la carga rápida

Ya hemos visto un poco cómo funcionan las baterías, ahora vamos a ver en qué consiste la carga rápida.

Para cargar una batería más rápido necesitamos aumentar la potencia. ¿Bastaría con aumentar la intensidad o el voltaje? En principio sí, pero hay que hacerlo con mucho cuidado sino queremos que

Las baterías son el componente más peligroso de los teléfonos móviles y es que si no se tiene cuidado (sobrecarga, sobrecalentamiento, etc.) pueden salir ardiendo o incluso explotar, como el famoso caso del Note 7.

El proceso de recargar una batería es parecido al de hinchar un globo con agua. Lo enganchas el grifo y al principio puede llenarse de agua muy rápidamente, pero cuando se va llenando tenemos que ir cerrando el grifo para que el globo no explote y que el agua no rebose.

Las baterías tienen unos chips controladores que regulan el flujo total de electricidad que entra y que sale de la batería, además, controlan otras variables como la temperatura. Por eso, la velocidad de carga dependerá de qué clase de controlador tenga nuestro móvil o powerbank.

¿Cómo funciona la carga rápida?

Aumentando la intensidad

Las baterías de iones de litio que se usan dentro de los teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos no se cargan de forma lineal, sino que el ciclo de carga se divide en dos fases distintas:

Al principio la batería va recuperando el voltaje o tensión de funcionamiento. En las baterías normales de los móviles la carga aumenta constantemente desde unos 2 V (cuando la batería está descargada) hasta los 4,2 V que se alcanzan a un 50% de carga aproximadamente. Esos 4,2 V ya se mantendrán constantes hasta alcanzar el 100% de carga. Estos valores son aproximados y dependen de cada batería en particular. Durante este periodo es cuando la intensidad (amperios) de carga puede ser máximo.

Cuando el voltaje se vuelve constante, la corriente empieza a decaer y, por lo tanto, se cargan más lentamente. Por eso, las cargas rápidas son realmente eficaces para cargar el teléfono hasta el 50 o 60% de carga, luego van considerablemente más despacio.
carga bateria voltaje vs tiempo
En este gráfico podemos ver el ciclo de carga de una batería de iones de litio
Las tecnologías de carga rápida aprovechan, sobre todo, la primera fase, la de corriente constante en la que se puede aumentar la intensidad antes de que la batería alcance el voltaje máximo.

Por lo tanto, las tecnologías de carga rápida son más efectivas cuando la batería está menos del 50 por ciento llena, pero tienen poco o ningún efecto cuando se supera el 80 por ciento.

Es algo que, probablemente, tú mismo hayas notado. De 0 a 50% el móvil se carga rapidísimo, pero que de 50% a 100% va mucho más lento.

Una cosa muy importante es que la fase de carga a corriente constante es el período menos perjudicial para el estado de salud de la batería a largo plazo. Es mucho más crítica la fase a voltaje máximo, que junto con el calor pueden afectar de manera perjudicial a la vida útil de la batería.

Aumentando la tensión

Si las baterías de iones de litio tienen una tensión típica de entre 3 y 4,2 V, ¿no es peligroso utilizar cargadores de mayor tensión?

Sí y no. En principio sí sería peligroso administrarle un mayor voltaje a la batería, pero en realidad los circuitos internos del teléfono reducen el voltaje y aumentan la corriente. De esta manera se mantiene la misma potencia (P = IV), pero usando un rango correcto cuando la corriente llega a la batería.

esquema funcionamiento inversor corriente
Cuando llegamos a la batería encontramos una corriente alta y una tensión media baja (Vout)
La conversión de 10V/1A a 5 V produciría idealmente una corriente de 2 A. Sin embargo, en el mundo real, siempre hay pérdidas asociadas con estas conversiones en las que se disipa calor. La eficiencia suele rondar el 90% aproximadamente.

¿Por qué usar voltajes más altos?

Hay dos razones principales que nos animan a usar voltajes más altos. En primer lugar, las fuentes de alimentación conmutadas son más eficientes que los reguladores lineales que disminuyen los voltajes a través de la disipación de calor.

Lo que es especialmente importante a la hora de evitar el sobrecalentamiento de nuestros teléfonos y sus baterías.

El segundo hace referencia a la pérdida de energía a través de los cables USB, especialmente los más largos. Una resistencia hace disminuir la tensión según la ley de Ohm (V=IR). Por eso, al transmitir la misma potencia usando un voltaje más alto y una corriente más baja es más eficiente y pierde menos potencia.

Sin embargo, los reductores de potencia tienen la desventaja la desventaja de soportar menos corriente que los reguladores lineales.

Por eso, la potencia máxima dependerá del tamaño del inductor, del condensador y de la ondulación de tensión, así como de la frecuencia de conmutación, además de las capacidades de potencia de los transistores. Por lo que para alcanzar las intensidades de corriente más altas necesitaremos un regulador de tensión lineal.

Esta es la razón por la que algunas de las tecnologías de carga rápida de bajo voltaje de 5V, como las de Huawei y OPPO, ofrecen más potencia total que las versiones de conmutación de alto voltaje de Qualcomm y Samsung.

media tek pump express
Pump Express de MediaTek permite la carga tanto en modo interruptor como en modo regulador lineal
El diagrama de arriba muestra cómo las tecnologías PumpExpress 3.0 y 4.0 de MediaTek logran alcanzar hasta 5 A de corriente de carga. Si se conecta un cable de 5 A, su tecnología evita (bypass) el cargador de conmutación convencional para permitir una corriente más alta.

El estándar del USB

Si hay algo “universal” en el mundo de la informática, ese es el USB (Universal Serial Bus).

Lo llevan incorporado la inmensa mayoría de dispositivos, desde móviles, ratones, pasando por auriculares e incluso coches.

Lo primero que debemos tener en cuenta es que una conexión USB se caracteriza por dos cosas: el conector y el número de versión de USB.

Forma del conector: USB tipo A, USB tipo B, mini USB, micro USB, USB tipo C

Especificación: el número de versión USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1, etc.
En principio, lo que más nos importa a la hora de ver la potencia de carga es el número de versión que utilizan nuestros dispositivos que es la base que usan los fabricantes, para luego implementar sus sistemas.

Implementaciones de los fabricantes para mejorar la velocidad de carga

Como acabamos de ver, hasta la versión USB 3.1, la potencia que podía proporcionar el protocolo USB era muy limitada. Por eso los fabricantes decidieron desarrollar mejoras para mejorar la velocidad de carga de sus dispositivos.

Vamos a ver algunos las tecnologías más populares:

Quick Charge de Qualcomm

El Quick Charge o QC es el estándar de carga rápida más común del mercado. Su desarrollador es Qualcomm el famoso fabricante de chipsets para móviles. Las versiones de Quick Charge son:

Quick Charge 1.0: utiliza 5 V y 2 A, para conseguir una potencia de 10 W.

Quick Charge 2.0: puede utilizar los voltajes de 5 V, 9 V o 12 V consiguiendo potencias de hasta 18 W.

Quick Charge 3.0: ya es más avanzado y puede aumentar el voltaje dinámicamente entre 3,6 V y 20 V, aunque la potencia máxima sigue siendo de 18 W.

Quick Charge 4 y 4+: en este caso Qualcomm juega tanto con el voltaje como con la intensidad de la corriente. A 5 V es capaz de suministrar entre 4,7 y 5,6 amperios, mientras que a 9 V entrega 3 A. Además, los dispositivos con QC 4+ que utilicen USB-C tienen un segundo chip de gestión de energía que les permite aumentar la potencia hasta 27 W sin peligro de sobrecalentamiento.
Es importante destacar que todas las versiones de QC son retrocompatibles, por lo que podemos usar un móvil con QC 4+ en un cargador QC 2.0, eso sí, la velocidad se verá limitada al dispositivo con la versión más antigua.

Puedes consultar el listado de dispositivos compatibles con cada generación en el siguiente enlace.

Adaptive Fast Charging de Samsung

La carga rápida adaptativa de Samsung no es tan conocida, pero funciona de manera similar jugando tanto con el voltaje como con el amperaje para optimizar la potencia de carga:

Los teléfonos más antiguos con conectores micro USB utilizan 5V/2A (10 W).

Los nuevos teléfonos con USB-C pueden obtener 5V/3A o 9V/2A (18 W).
Este estándar es algo conservador y carga la batería de manera más lenta que el QC de Qualcomm. De todas formas, la mayoría de los teléfonos de Samsung también son compatible con QC, lo que los hace compatibles con la gran mayoría de cargadores rápidos.

Actualización: Samsung está introduciendo un nuevo chip de carga llamado MM101 que permitirá potencias de hasta 100 W.

Super VOOC Flash Charge de Oppo

VOOC es el estándar de carga rápida propietario de Oppo, un fabricante chino con cada vez más presencia internacional. El VOOC funciona aumentando solo la corriente sin modificar la tensión pudiendo transferir corriente a 5 voltios y 4 amperios.

La versión Super VOOC aumenta el voltaje hasta los 10 voltios y la intensidad hasta los 5 amperios, consiguiendo una potencia total de 50 vatios.

Sistema Dash de OnePlus, ahora conocido como Fast Charge

La carga rápida de OnePlus está basada en la VOOC de Oppo por lo que funciona igual. La versión antigua funcionaba aumentando el amperaje hasta los 4 amperios, mientras que el voltaje se mantenía en 5 V.

La nueva tecnología OnePlus Fast Charge aumenta el voltaje hasta los 10 voltios y la intensidad hasta los 5 amperios, consiguiendo una potencia total de 50 vatios.

SuperCharge de Huawei

El Huawei SuperCharge funciona jugando tanto con voltajes con amperajes en las siguientes combinaciones: 5V/1A (5W), 5V/2A (10W), 9V/2A (18W), 4.5V/5A (22.5W) o 8V/5A (40W).

Anker PowerIQ

Anker es uno de los mejores fabricantes de baterías externas y ha desarrollado la tecnología de carga rápida PowerIQ. Funciona modificando tanto voltaje como amperaje:

PowerIQ 1.0 puede proporcionar hasta 12 W de potencia.

PowerIQ 2.0 puede suministrar hasta 18 W.
Lo mejor que tiene el PowerIQ es que no tiene que venir integrado en el móvil, por lo que es compatible con casi todos los terminales que tienen algún sistema de carga rápida incorporado.

Pump Express de MediaTek

Al igual que Qualcomm con el QuickCharge, MediaTek ha sacado su estándar el Pump Express compatible con los teléfonos que montan sus procesadores.

Pump Express+: varía la intensidad entre 3-4,5 A y el voltaje en escalones de 5/7/9/12 voltios.

Pump Express 2.0: varía la intensidad entre 3-4,5 A y el voltaje entre 5 y 20 V a pasos de 0,5 V.

Pump Express 3.0 y 4.0: pueden aumentar la intensidad hasta 5 A y el voltaje entre 3-6 V a pasos de 10-20 mV, capaz de entregar una potencia máxima de 18 W. Son compatibles con el estándar USB Power Delivery.

Super FlashCharge de Vivo

La tecnología Super FlashCharge de Vivo anuncia que proporcionará hasta 120 W de potencia y será capaz, según el fabricante, de cargar un móvil con 4.000 mAh de batería en solo 13 minutos. Por lo que, de ser verdad, se convertiría en el protocolo de carga rápida más rápido del mercado.

Aún se desconoce que combinación de voltaje y amperaje utilizarán para conseguirlo, pero todo apunta a que será 24 voltios y 5 amperios.

Aunque las cifras de voltaje y amperios son totalmente creíbles, lo que no parece demasiado verosímil es que se pueda cargar por completo la batería en 13 minutos (conociendo la curva de carga y velocidad de una batería). De todas formas, habrá que ver cuando llegue al mercado.

USB Power Delivery

El USB Power Delivery o USB-PD es un estándar creado en 2012 por la USB IF (la organización encargada de mantener y promocionar el USB) y viene a desbancar todos los demás estándares. Para ello cuenta con unas características impresionates, ya que cuenta con varios perfiles de funcionamiento y el más potente puede llegar a entregar hasta 100 W de potencia.

¿Qué hay de la carga inalámbrica?

La carga inalámbrica es muy cómoda, pero tiene un rendimiento mucho menor por lo que las pérdidas energéticas, que se convierten en calor, son mucho mayores.

Aun así, hay cargadores normales que llegan a ofrecer velocidades potencias de hasta 10 W. Más allá de eso es necesario incorporarles ventiladores para disipar el calor, lo que permite obtener velocidades de carga casi iguales a las de un cable.

Resumen

Como los antiguos estándares USB no eran muy eficaces a la hora de cargar nuestros móviles de manera rápida, los fabricantes implementaron soluciones propias que son más o menos compatibles entre ellas.

Por suerte, con la llegada del estándar USB-PD todo se va a simplificar mucho, ya que ofrece una solución que pueden implementar todos los fabricantes de manera gratuita (sin pagar licencias) y que permite conseguir mayores potencias.

A continuación, te dejo una tabla de los estándares de carga rápida ordenados por la potencia máxima.

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