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Ricarica rapida: sviluppi, curiosità e differenze

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Uno dei maggiori selling point degli smartphone usciti negli ultimi 4 anni è sempre stato la velocità di ricarica della batteria, che viene di fatto pubblicizzata come una delle maggiori feature al lancio di un nuovo smartphone. Le tecnologie di ricarica rapida hanno contribuito, con l’evoluzione subita negli ultimi anni, a velocizzare ulteriormente la ricarica della batteria, ottimizzando il processo di carica grazie a particolari accorgimenti.

Ormai è possibile trovare la ricarica rapida anche su dispositivi medio gamma a meno di 200 €, proprio per la natura della tecnologia che si sta continuamente evolvendo, riducendo anche i costi di produzione dell’hardware dedicato ad essa, soprattutto grazie all’integrazione dello stesso all’interno dei SoC della fascia medio gamma, che ha permesso alle compagnie di spingere la tecnologia di ricarica rapida anche su dispositivi a costo inferiore.

RICARICA RAPIDA: SVILUPPI, CURIOSITA’ E DIFFERENZE

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I primi passi nell’implementazione di tecnologie dedicate alla ricarica rapida dei dispositivi sono stati compiuti da Qualcomm nell’anno 2011. Snapdragon S3, chip ultra-criticato per le basse prestazioni soprattutto se comparato ad Apple A5 e Exynos 4212 (i dual-core proposti dalla concorrenza chip maker), proponeva in realtà un primo sistema di ricarica rapida. Snapdragon S3 integrava infatti un chip avanzato dedicato al power managment, che permetteva una corrente input dal connettore di ricarica di un massimo di 1.5 Ampere, che venivano poi regolati e distribuiti al resto del sistema, per poter garantire una ricarica più rapida della batteria senza inficiare sulle prestazioni del dispositivo.

QUALCOMM QUICK CHARGE: GLI INIZI DEL FAST CHARGING MODERNO

logo quick charge

Ed è qui che Qualcomm muoveva i primi passi nel mondo delle tecnologie fast charging, con l’implementazione di quello che può essere considerato, a tutti gli effetti, un precursore delle attuali tecnologie Fast Charging. Il vero salto di qualità, però, avvenne con l’introduzione del protocollo Quick Charge 1.0, all’interno del processore Qualcomm Snapdragon 600, il processore top di gamma del chip maker americano montato sulla maggior parte dei flagship di inizio 2013, tra i quali ricordiamo Samsung Galaxy S4 e HTC One M7.

samsung galaxy s4
Samsung Galaxy S4, uno dei device a supportare Qualcomm Quick Charge 1.0

Il protocollo Quick Charge 1.0 permetteva una corrente di input di massimo 2 Ampere, con un voltaggio di 5 Volt fissi che grazie ad un sistema di Power Management gestito via software permetteva una ricarica più rapida ed intelligente della batteria. Il sistema era in grado (un po’ come accadeva sul precursore installato all’interno di Snapdragon S3) di regolare la corrente di ricarica della batteria in base al livello di carica della stessa, permettendo quindi una ricarica regolare, in modo da ridurre al minimo l’usura dell’unità. La quantità di energia usufruibile da un device dotato di Quick Charge 1.0 era di 10 Watt, permettendo comunque una ricarica sufficientemente rapida per ogni categoria di dispositivo.

htc one m8
HTC One M8 con supporto a Quick Charge 2.0

Qualcomm, l’anno successivo, ha deciso di migliorare la tecnologia, che verrà poi chiamata Quick Charge 2.0, introducendo il concetto di “Variable Voltage Charging” ovvero “Ricarica a voltaggio variabile”. Il sistema di ricarica a voltaggio variabile risolve uno dei più grandi problemi della conduzione di energia elettrica ad alto amperaggio: la sezione del conduttore dedicato al trasferimento della corrente stessa. Le leggi della fisica, in particolare le leggi di Ohm, ci dimostrano che per trasferire una grande quantità di corrente elettrica, indipendentemente dalla tensione erogata, è necessario aumentare la sezione (il diametro) del conduttore utilizzato, per poter far passare gli elettroni più agevolmente. Il sistema Variable Voltage permette invece di trasferire una quantità maggiore di energia mantenendo contenute le dimensioni del conduttore. La ricarica oscilla tra 5V/3A, 9V/2A e 12V/1.67A , che vengono regolati in base allo stato della carica ed al consumo attuale del dispositivo. Il protocollo limita la potenza massima erogata a 18 Watt ( 9V x 2A), per evitare surriscaldamenti e danneggiamento conseguente della batteria.

La revisione successiva, Quick Charge 3.0, evolve il concetto di voltaggio variabile, introducendo una regolazione dinamica del voltaggio, che permette al controller di effettuare aggiustamenti fini del voltaggio della ricarica tra un minimo di 3.6V ed un massimo di 20V, a step di 200 mV. Il nuovo protocollo è stato introdotto con i nuovi SoC Qualcomm del 2016, ed è stata la prima versione interamente compatibile con lo standard USB Type-C, anche se violava le specifiche dettate dal USB-IF (USB Implementer Forum) riguardo all’inibizione delle tecnologie di ricarica a voltaggio variabile. Il wattaggio massimo di Quick Charge 3.0 si mantiene sui 18 Watt, come con i precedenti standard.

htc 10
HTC 10 con supporto a Quick Charge 3.0

Quick Charge 4.0 è stato introdotto nel 2017, con il rilascio dei SoC Snapdragon 835, Snapdragon 660 e Snapdragon 630, con una versione leggermente migliorata denominata Quick Charge 4.0+ rilasciata nel 2018 sui SoC Snapdragon 710 e Snapdragon 845. Il nuovo protocollo Quick Charge 4.0 è il primo tentativo di Qualcomm di fornire due modalità di ricarica rapida integrate all’interno del sistema di gestione energetica dei propri SoC. Quick Charge 4.0 e 4.0+ integrano infatti il supporto allo standard dettato dal USB-IF denominato USB-PD Over USB Type-C (USB Power Delivery Over USB Type-C), che permette il trasferimento di una grande quantità di corrente elettrica tramite l’uso del connettore USB Type-C. Quick Charge 4.0 adotta lo stesso sistema proprietario a voltaggio variabile di Quick Charge 3 per fornire la retro compatibilità con i dispositivi dotati di questo standard, ma fornisce nuove modalità di ricarica accessibili ai dispositivi compatibili USB-PD. La prima consiste in una ricarica a due livelli di voltaggio differenti: 5V o 9V, entrambi con correnti che oscillano da 0 a 3A. La seconda invece consiste in una evoluzione dello standard Power Delivery, disponibile soltanto attraverso l’uso di appositi alimentatori programmabili (Programmable Power Supply – PPS), che forniscono una tensione nel range 3V – 11V distanziata a step di 20 mV e 50 mV nel range 0V – 3V. La ricarica tramite USB-PD permette un wattaggio massimo in input di 27 W, permettendo la ricarica rapida di dispositivi differenti dal classico smartphone, compresi PC e Tablet a basso consumo.

Xiaomi Mi MIX 2S con supporto a Quick Charge 4

DASH CHARGE / VOOC E SUPER VOOC: L’APPROCCIO CLASSICO

OnePlus ha introdotto la sua tecnologia di ricarica rapida proprietaria nel 2016, con il lancio di OnePlus 3, all’epoca lo smartphone top di gamma della compagnia, basato sul SoC Qualcomm Snapdragon 820. Il sistema Dash Charge si contrappone alla soluzione adottata da Qualcomm che, seppur efficiente nell’abbattimento dei tempi di ricarica, pone un forte stress sui materiali della batteria, in quanto la cella viene sottoposta a tensioni molto più alte rispetto a quelle studiate dal produttore della cella.

OnePlus 6 benchmark
OnePlus 6, device con supporto a Dash Charge | Evosmart.it

OnePlus ha quindi deciso di implementare una versione proprietaria della ricarica rapida, ricorrendo al sistema classico: Dash Charge aumenta la corrente, lasciando invariata la tensione, che rimane fissa a 5V. Dash Charge è una versione rinominata (in seguito a licenza) del sistema di ricarica VOOC utilizzato da OPPO sui propri device, ed ha un vantaggio indiretto: il dispositivo non si surriscalda, in quanto lo stress sulla cella è notevolmente ridotto. Dash Charge, così come VOOC e Super VOOC, riducono di molto il deterioramento della batteria in quanto la ricarica viene appunto effettuata a voltaggi bassi.

Le ultime versioni di Dash Charge (ora rinominata in Warp Charge a causa di brevetti in conflitto) riescono ad erogare 5V e 4A.

SAMSUNG ADAPTIVE FAST CHARGING: PROPRIETARIA? FORSE

Samsung Adaptive Fast Charging è la tecnologia di ricarica rapida integrata nel sistema di gestione energetica dei SoC Exynos, i processori proprietari di Samsung che muovono gli smartphone della serie Galaxy commercializzati nel nostro continente, in Asia, in Oceania e in Canada. Adaptive Fast Charging usa un sistema di ricarica a voltaggio variabile simile a Qualcomm Quick Charge, ed è infatti compatibile con lo standard 2.0 del protocollo di Qualcomm.

Samsung Galaxy S9+, con supporto ad Adaptive Fast Charging

Adaptive Fast Charging supporta un livello massimo di 9V / 2A, con wattaggio massimo di 18 Watt, esattamente come Qualcomm Quick Charge. Sfortunatamente, Samsung è restia a pubblicare ulteriori dettagli sulla sua tecnologia di ricarica, ma possiamo dire che le similitudini con Quick Charge sono tante, e questo ci lascia pensare che Samsung abbia ottenuto in qualche modo la tecnologia in previa licenza da Qualcomm stessa.

MEDIATEK PUMP EXPRESS: LA RICARICA DEI SOC MEDIATEK

Mediatek Pump Express è un protocollo di ricarica rapida introdotto da Mediatek nel 2016 con i SoC Helio P20 ed è stato il primo a rispettare le specifiche dello standard USB Type-C. Il sistema infatti utilizza parte dello standard USB-PD, e fornisce la corrente direttamente alla batteria, utilizzando un circuito di gestione della corrente, senza dover usufruire di un circuito aggiuntivo controllato dal SoC del sistema, che spesso causa surriscaldamenti ingenti del retro del dispositivo.

meizu pro 7 plus
Meizu Pro 7 Plus, con supporto a Mediatek Pump Express

HUAWEI SUPERCHARGE: LA RICARICA PIU’ VELOCE DEL GRUPPO

La ricarica Huawei SuperCharge trae ispirazione dal sistema Super VOOC di OPPO / Dash Charge di OnePlus, permettendo la ricarica del dispositivo in tempi relativamente brevi senza inficiare troppo sul deterioramento della cella e sul surriscaldamento del dispositivo. Il sistema riesce a fornire al dispositivo 5V con un amperaggio di 4.5A, che garantiscono la ricarica rapida del dispositivo ad una velocità persino maggiore con quella ottenibile tramite l’uso di Dash Charge. L’input in watt massimo gestibile da un dispositivo abilitato è di 22.5 Watt teorici.

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Huawei Mate 10, con supporto a Huawei SuperCharge

USB POWER DELIVERY: LO STANDARD

Lo standard USB-PD (Power Delivery) è stato stabilito dal USB-IF nel lontano 2007, con il nome di USB Battery Charge, ed è stato pensato per l’utilizzo della connessione USB come mezzo di conduzione di grandi quantità di energia elettrica. Sfortunatamente, la corrente di ricarica era stata fino a poco tempo fa limitata dalle fattezze del connettore microUSB utilizzato sulla maggior parte degli smartphone Android antecedenti al 2016, che non garantiva un numero di Pin necessario al trasferimento di grandi quantità di corrente. Tutto ciò è cambiato grazie all’introduzione del più nuovo connettore USB Type-C, che permette, grazie allo standard USB Power Delivery 3.0 il trasferimento di energia fino ad un massimo di 20V/5A (100 Watt massimi erogabili).

Pixel 2 XL | Evosmart.it
Pixel 2 XL, con supporto a USB-PD

iPhone utilizza una variante di USB Power Delivery, che viene veicolata sul connettore proprietario Lightning per la ricarica rapida dei dispositivi iPhone 2017. Anche i MacBook Pro ed i MacBook Apple dotati di connettore USB Type-C utilizzano questo standard per la ricarica veloce della batteria.

TECNOLOGIE DI OTTIMIZZAZIONE DELLA RICARICA: A COSA SERVONO

La ricarica rapida permette sicuramente di diminuire i tempi di ricarica, come si intuisce dal nome stesso, ma purtroppo lo fa a discapito dell’integrità della batteria, che viene a meno con cicli ripetuti in modalità Fast Charging a causa dello stress a cui la cella viene sottoposta. Alcuni produttori hanno pensato invece ad un approccio totalmente inverso alla ricarica rapida, che consiste in una tecnica di ottimizzazione della ricarica atta a ridurre l’usura della batteria, assicurando così la durata nel tempo della stessa.

Una di queste (ed anche la prima) “Charging Optimization” è la Qnovo Adaptive Charging di Sony, che permette di regolare la velocità di ricarica della batteria in base alle abitudini dell’utente, rallentando la carica della stessa su percentuali alte, per poter portare la batteria al 100% soltanto quando lo smartphone sa che l’utente lo dovrà scollegare. Qnovo utilizza un algoritmo di machine learning che impara dalle nostre abitudini e traccia una mappa, in modo da regolare l’amperaggio e la tensione di ricarica in modo opportuno.

sony xperia x compact
Sony Xperia X Compact, smartphone che integra Qnovo Adaptive Charging

Ad esempio, se lo smartphone rileva che siete abituati ad andare a letto alle 23:00 ed a svegliarvi alle 6:00, il sistema di ricarica adattativa regolerà la velocità (tensione / corrente) per fare in modo che lo smartphone sia pronto per essere scollegato alle 6:00, riducendo così i tempi di permanenza ad alte percentuali e preservando la batteria.

Un sistema simile, per non dire identico, è ASUS AI Charging, introdotto con la ZenUI 5.0, che rileva le vostre abitudini giornaliere ed adatta la ricarica di conseguenza, riducendo quindi l’usura della cella, grazie all’ottimizzazione del processo di ricarica, che viene rallentato di proposito per poter ridurre il danneggiamento progressivo della batteria.

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Zenfone 5z, smartphone che supporta ASUS AI Charging

OPINIONI PERSONALI E CONCLUSIONI FINALI

Personalmente ritengo le tecnologie di ricarica rapida un ausilio ormai essenziale che contribuisce a migliorare l’esperienza d’uso degli smartphone del giorno d’oggi. E’ curioso come nel 2018, a ben 5 anni dalla prima implementazione di massa di Qualcomm Quick Charge, ancora non si sia stabilito uno standard che ogni OEM dovrebbe seguire nell’implementazione della propria tecnologia di ricarica rapida, in modo da rendere il sistema compatibile con le altre soluzioni adottate da altri produttori. E’ curioso inoltre come moltissimi produttori abbiano inserito silenziosamente il supporto allo standard USB Power Delivery per fornire una ricarica rapida compatibile all’interno dei propri dispositivi.

Uno di questi OEM è Samsung, che ha silenziosamente abilitato USB-PD sui device Android top di gamma dell’anno 2018. Galaxy S9, S9+ e Note9 supportano infatti la ricarica rapida tramite standard USB Power Delivery, oltre allo standard proprietario Adaptive Fast Charging, che viene comunque incluso all’interno di tutti i device sopracitati. Altri OEM, quali Google, hanno invece deciso di escludere Qualcomm Quick Charge in favore dello standard USB-PD, in modo da adeguare i propri dispositivi allo standard internazionale proposto da USB-IF.

Personalmente ritengo che, tuttavia, l’utilizzo della ricarica rapida debba essere il più parsimonioso possibile, in quanto l’uso prolungato delle tecnologie Fast Charging, a causa della loro natura implementativa, causa un deterioramento prematuro delle celle della batteria, diminuendone quindi la durata a lungo termine. Se siete abituati alle classiche ricariche notturne, vi consiglio quindi di utilizzare un alimentatore da 1 Ampere di buona qualità, per poter caricare il vostro dispositivo lentamente ed uniformemente, senza sottoporlo ad uno stress in tal caso non necessario. Ovviamente l’utilizzo sporadico di queste tecnologie non compromette più di tanto l’integrità della batteria, e quindi potrete utilizzarle tranquillamente. Inoltre, se il vostro dispositivo è dotato di tecnologia Dash Charge / Super VOOC / Huawei SuperCharge, l’impatto sull’integrità della batteria sarà minimo, in quanto la tensione applicata al processo di ricarica rimane costante, e viene aumentato soltanto il flusso di corrente.

Si tratta ovviamente di considerazioni personali, che potrebbero non essere d’accordo col vostro pensiero e non accostarsi alle vostre abitudini. In ogni caso, mi piacerebbe sapere come siete abituati a caricare il vostro dispositivo, e che accorgimenti adottate per (se vi interessa) preservare la batteria del vostro device.

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