Charge rapide : qu’est-ce que c’est, comment ça marche et quelles sont les principales normes ?

La charge rapide est une technologie qui permet à l’utilisateur de recharger son smartphone en peu de temps, ce qui est très utile dans les situations d’urgence.

Vous connaissez probablement le Qualcomm Quick Charge ou l’USB Power Delivery, mais il existe de nombreuses autres technologies de charge rapide qui nous permettent de recharger notre smartphone en quelques minutes, comme le Adaptive Fast Charging de Samsung ou le Super VOOC Flash Charge de Oppo.

Dans ce guide, nous apprendrons comment fonctionne la charge rapide et quels sont les différents protocoles existants sur le marché :

Concepts de base : comment fonctionne une batterie ?

Une batterie est un périphérique qui stocke de l’énergie et la transforme en électricité lorsque nous en avons besoin. Cela est possible grâce à un processus chimique qui se déroule à l’intérieur de la batterie.

Les batteries ont deux bornes, l’une positive et l’autre négative. Lorsque nous connectons un appareil électrique à la batterie, les électrons se déplacent de la borne négative vers la positive à travers l’appareil, créant ainsi un courant électrique. Cela permet au dispositif de fonctionner.

Dans les batteries non rechargeables, ces réactions chimiques ne se produisent qu’une seule fois, mais dans les batteries rechargeables, la réaction est réversible, c’est-à-dire que nous pouvons les recharger.

Composants de base du processus de charge

Nous pouvons dire qu’un courant continu (CC) est caractérisé par :

  • Volts (V) : mesurent la tension (V).
  • Amperes (A) : mesurent l’intensité du courant (I).
  • Watts (W) : mesurent la puissance (P).

Et que sont ces paramètres ? Expliquons cela par une analogie :

Imaginez une canalisation verticale :

  • Les Volts (V) représentent le désir de l’eau de descendre du point le plus haut vers le plus bas, ce qui équivaut à la pression (statique).
  • Les Amperes (A) représentent la section de la canalisation, c’est-à-dire qu’à une section plus grande, plus d’eau parcourra la canalisation.
  • Les Watts (W) mesurent la puissance (P) et représentent le débit d’eau dans la canalisation, qui augmente avec la pression et la surface de la canalisation. Ainsi, la puissance est calculée comme suit :

P = V x I (W).

La puissance (P) détermine la vitesse de charge et de décharge d’une batterie.

Comment fonctionne la charge rapide ?

La première conclusion à laquelle nous pouvons arriver à ce stade est que pour recharger une batterie plus rapidement, nous devons augmenter la puissance.

Alors, suffit-il d’augmenter l’intensité ou la tension ? Oui, mais c’est une opération qui doit être réalisée avec beaucoup de soin si nous ne voulons pas que la batterie prenne feu ou explose (comme cela s’est produit avec le modèle Note 7 de Samsung il y a quelques années).

On peut dire que le processus de charge d’une batterie est similaire à celui de gonfler un ballon avec de l’eau, c’est-à-dire :

Vous le connectez au robinet et, au début, vous pouvez le remplir rapidement, mais au fur et à mesure qu’il se remplit, vous devez fermer le robinet pour éviter que le ballon n’explose et que l’eau ne sorte.

Les batteries ont des puces qui régulent le flux total d’électricité entrant et sortant de la batterie, et contrôlent également d’autres variables telles que la température. Ainsi, la vitesse de charge dépend du type de régulateur que possède notre smartphone ou power bank.

Augmenter l’intensité

Les batteries lithium-ion utilisées dans les smartphones et autres appareils électroniques ne se rechargent pas de manière linéaire. En fait, le cycle de charge est divisé en deux phases distinctes :

  1. Au début, la batterie récupère la tension ou le voltage de fonctionnement. Dans les batteries standard des smartphones, la charge augmente progressivement de 2V (lorsqu’elle est déchargée) jusqu’à 4,2V, atteints approximativement à 50 % de la charge. Ces 4,2V resteront constants jusqu’à ce que la charge atteigne 100 %.
  2. Lorsque la tension devient constante, le courant commence à diminuer et, par conséquent, la charge devient plus lente. Ainsi, les charges rapides sont réellement efficaces pour charger le smartphone jusqu’à 50 ou 60 % de la charge, puis elles deviennent considérablement plus lentes.

Graphique des tensions de charge de la batterie

Les technologies de charge rapide profitent principalement de la première phase, celle du courant constant, où il est possible d’augmenter l’intensité avant que la batterie n’atteigne sa tension maximale.

Ainsi, les technologies de charge rapide sont plus efficaces lorsque la batterie est en dessous de 50 %, mais elles ont peu ou pas d’effet une fois que la batterie dépasse 80 %.

C’est quelque chose que vous avez probablement remarqué vous-même. De 0 à 50 %, le smartphone se recharge très rapidement, mais de 50 % à 100 %, c’est considérablement plus lent.

Un aspect très important est que la phase de charge à courant constant est la moins dommageable pour la santé de la batterie à long terme. La phase de tension maximale est beaucoup plus agressive et, combinée à la chaleur, peut avoir un impact préjudiciable sur la durée de vie de la batterie.

Augmenter la tension

Si les batteries lithium-ion ont une tension typique comprise entre 3 et 4,2V, serait-il dangereux d’utiliser des chargeurs avec une tension plus élevée ?

Oui et non.

Oui, car fournir plus de tension à la batterie pourrait être dangereux, mais en réalité, les circuits internes du téléphone réduisent la tension et augmentent le courant. De cette manière, la puissance reste la même (P = IV), mais en utilisant une plage de tension appropriée lorsque le courant atteint la batterie.

La conversion de 10V/1A à 5V produirait idéalement un courant de 2A. Cependant, dans le monde réel, il y a toujours des pertes associées à ces conversions où la chaleur est dissipée. L’efficacité est d’environ 90 %.

Pourquoi utiliser des tensions plus élevées ?

Il y a deux principales raisons qui nous poussent à utiliser des tensions plus élevées. Tout d’abord, les sources à commutation sont plus efficaces que les régulateurs linéaires qui réduisent les tensions par dissipation de chaleur.

Cela est particulièrement important pour éviter la surchauffe de nos téléphones et de leurs batteries.

La deuxième raison est la perte d’énergie à travers les câbles USB, en particulier les câbles plus longs. Une résistance fait chuter la tension selon la loi d’Ohm (V=IR). Ainsi, en transmettant la même puissance en utilisant une tension plus élevée et un courant plus faible, l’efficacité est meilleure et moins de puissance est perdue.

Cependant, les réducteurs de puissance ont l’inconvénient de supporter moins de courant que les régulateurs linéaires.

Par conséquent, la puissance maximale dépendra de la taille de l’inductance, du condensateur et de l’ondulation de tension, ainsi que de la fréquence de commutation, en plus des capacités de puissance des transistors. Cela signifie que pour atteindre des intensités de courant plus élevées, nous aurons besoin d’un régulateur de tension linéaire.

C’est pourquoi certaines technologies de charge rapide à basse tension comme 5V, telles que celles de Huawei et d’Oppo, offrent une puissance totale plus élevée que les versions à commutation à haute tension de Qualcomm et de

Samsung.

Le diagramme ci-dessus montre comment les technologies Pump Express 3.0 et 4.0 de MediaTek parviennent à atteindre jusqu’à 5A de courant de charge. Si nous connectons un câble de 5A, sa technologie contourne (bypass) le chargeur à commutation conventionnel pour permettre un courant plus élevé.

La norme USB

S’il y a quelque chose de « universel » dans le monde de l’informatique, c’est l’USB (Universal Serial Bus).

Elle est présente dans la plupart des appareils, qu’il s’agisse de téléphones portables, de souris, d’écouteurs et même de voitures.

La première chose à prendre en considération est qu’une connexion USB est caractérisée par deux éléments : le type de connecteur et le numéro de version.

  • Type de connecteur : USB de type A, USB de type B, mini USB, micro USB, USB de type C
  • Spécification : c’est-à-dire, le numéro de version USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1, etc.

Ce qui nous intéresse le plus et concerne la puissance de charge est le numéro de version utilisé par nos appareils, car c’est la base que les fabricants utilisent pour ensuite mettre en œuvre leurs systèmes.

Version USB Tension Courant Puissance maximale
USB 1.0 5V 0,5A 2,5W
USB 2.0 5V 0,5A 2,5W
USB 3.0 5V 0,5A-0,9A 4,5W
USB 3.1 5-20V 0,5A/0,9A/1,5A/3A/5A 100W

Types de normes de charge rapide

Comme nous venons de le voir, jusqu’à la version USB 3.1, la puissance que pouvait fournir le protocole USB était très limitée. C’est pourquoi les fabricants ont décidé de développer des technologies capables d’améliorer la vitesse de charge de leurs appareils.

Voyons quelles sont les plus populaires :

Qualcomm Quick Charge

Quick Charge, également connu sous le nom de QC, est la norme de charge rapide la plus courante sur le marché. Il a été développé par Qualcomm, un célèbre fabricant de puces pour smartphones. Les versions de Quick Charge sont :

  • Quick Charge 1.0 : utilise 5V et 2A pour atteindre une puissance de 10W.
  • Quick Charge 2.0 : peut utiliser les tensions 5V, 9V ou 12V pour atteindre des puissances allant jusqu’à 18W.
  • Quick Charge 3.0 : est plus avancé et peut augmenter la tension de manière dynamique entre 3,6V et 20V, bien que la puissance maximale reste fixée à 18W.
  • Quick Charge 4 et 4+ : dans ce cas, Qualcomm joue à la fois avec la tension et l’intensité du courant. À 5V, il peut fournir entre 4,7V et 5,6 ampères, tandis qu’à 9V, il fournit 3A. De plus, les appareils avec QC 4+ utilisant USB-C ont une deuxième puce de gestion de l’énergie qui leur permet d’augmenter la puissance jusqu’à 27W sans risque de surchauffe.

Il est important de souligner que toutes les versions de QC sont rétrocompatibles, ce qui signifie que nous pouvons utiliser un smartphone avec QC 4+ avec un chargeur QC 2.0, mais la vitesse sera limitée par l’appareil avec la version la plus ancienne.

Vous pouvez consulter la liste des appareils compatibles avec chaque génération dans le lien suivant.

Adaptive Fast Charging de Samsung

L’Adaptative Fast Charging (AFC) est le protocole de charge rapide développé par Samsung pour leurs smartphones. Il fonctionne de manière similaire en jouant à la fois sur la tension et le courant pour optimiser la puissance de charge :

  • Les téléphones plus anciens, avec des connecteurs micro USB, utilisent 5V/2A (10W).
  • Les nouveaux smartphones avec USB-C peuvent atteindre 5V/3A ou 9V/2A (18W).

Cette norme est conservatrice et charge la batterie plus lentement que le QC de Qualcomm. Néanmoins, la plupart des téléphones Samsung prennent également en charge le QC, ce qui les rend compatibles avec la plupart des chargeurs rapides.

Super VOOC Flash Charge de Oppo

VOOC est la norme de charge rapide d’Oppo, une entreprise chinoise en pleine expansion internationale. VOOC augmente exclusivement le courant sans modifier la tension, pouvant transférer un courant à 5 volts et 4 ampères (20W).

La version Super VOOC augmente la tension jusqu’à 10 volts et l’intensité jusqu’à 5 ampères, atteignant une puissance totale de 50 watts.

Dash de OnePlus, maintenant connu sous le nom de Fast Charge

La charge rapide de OnePlus est basée sur celle de VOOC d’Oppo, c’est-à-dire qu’elles fonctionnent de la même manière. L’ancienne version augmentait l’ampérage jusqu’à 4 ampères, tandis que la tension restait à 5V.

La nouvelle technologie OnePlus Fast Charge augmente la tension jusqu’à 10 volts et l’intensité jusqu’à 5 ampères, atteignant une puissance totale de 50 watts.

SuperCharge de Huawei

SuperCharge de Huawei fonctionne en jouant à la fois sur les tensions et les ampérages dans les combinaisons suivantes : 5V/1A (5W), 5V/2A (10W), 9V/2A (18W), 4.5V/5A (22.5W) ou 8V/5A (40W).

Anker PowerIQ

Anker est l’un des meilleurs fabricants de power banks et a développé la technologie de charge rapide PowerIQ. Elle fonctionne en modifiant à la fois la tension et l’ampérage :

  • PowerIQ 1.0 peut fournir jusqu’à 12W de puissance.
  • PowerIQ 2.0 peut fournir jusqu’à 18W.

Un des aspects les plus remarquables de PowerIQ est sa capacité à s’adapter à une grande variété de dispositifs :

La technologie PowerIQ est compatible avec une grande quantité de dispositifs, y compris les smartphones, les tablettes, les haut-parleurs Bluetooth, les écouteurs sans fil, etc. Cela signifie que vous pouvez utiliser un seul chargeur ou câble PowerIQ pour charger pratiquement n’importe quel appareil que vous avez.

De plus, PowerIQ est compatible avec la plupart des protocoles de charge rapide existants, tels que Qualcomm Quick Charge et Samsung Adaptive Fast Charging. Cela signifie que si votre appareil est compatible avec l’un de ces protocoles, vous pouvez utiliser un chargeur ou câble PowerIQ pour profiter au maximum de leur vitesse de charge.

Pump Express di MediaTek

Così come Qualcomm con Quick Charge, MediaTek ha lanciato lo standard Pump Express compatibile con gli smartphone che hanno i suoi processori.

  • Pump Express+: varia l’intensità tra i 3-4,5A e il voltaggio in gradini di 5/7/9/12 volt.
  • Pump Express 2.0: varia l’intensità tra i 3-4,5A e il voltaggio tra 5 e 20V aumentando in gradini da 0,5V.
  • Pump Express 3.0 e 4.0: possono aumentare l’intensità fino a 5A e il voltaggio tra 3-6V in gradini da 10-20 mV, può fornire una potenza massima da 18W. È compatibile con lo standard USB Power Delivery.

Super FlashCharge di Vivo

La tecnologia Super FlashCharge della Vivo ha annunciato che fornirà fino a 120W di potenza e sarà capace, secondo l’azienda, di ricaricare uno smartphone con 4.000 mAh di batteria in soli 13 minuti. Se fosse così, diventerebbe il protocollo di ricarica rapida per smartphone più veloce del mercato.

La combinazione di lavoro è 20 volt e 6 ampere.

USB Power Delivery

L’USB Power Delivery ou USB-PD est une norme développée en 2012 par l’USB IF (organisation chargée de soutenir et de promouvoir l’USB) et dépasse toutes les autres normes. Il présente des caractéristiques impressionnantes, car il propose différents profils de fonctionnement et celui le plus puissant peut fournir jusqu’à 240 W de puissance.

Résumé

Comme les anciennes normes USB n’étaient pas très efficaces pour recharger rapidement nos smartphones, les fabricants ont mis en œuvre leurs propres solutions qui sont plus ou moins compatibles entre elles.

Heureusement, l’arrivée de la norme USB-PD simplifie grandement tout cela car elle offre une solution que tous les fabricants peuvent mettre en œuvre gratuitement (sans payer de licences) et qui permet d’atteindre des puissances plus élevées.

Maintenant, nous vous laissons un tableau des normes de charge rapide classées par puissance maximale.

Tecnologia Puissance maximale
USB 1.0 2,5W
USB 2.0 2,5W
USB 3.0 4,5W
Qualcomm Quick Charge 1.0 10W
Qualcomm Quick Charge 2.0 18W
Qualcomm Quick Charge 3.0 18W
Adaptive Fast Charging (Samsung) 18W
PowerIQ 2.0 (Anker) 18W
Qualcomm Quick Charge 4 18W (27W avec USB-C)
Qualcomm Quick Charge 4+ 18W (27W avec USB-C)
Fast Charge (Dash di OnePlus) 20W
Oppo VOOC 20W
MediaTek Pump Express 4.0 30W (6V x 5A)
Huawei SuperCharge 40W (8V x 5A)
Oppo Super VOOC 50W (10V x 5A)
OnePlus Fast Charge 50W (10 x 5A)
Meizu Super mCharge 55W (11V x 5A)
Samsung MM101 100W (20V x 5A)
Xiaomi Super Charge Turbo 100W (20V x 5A)
Vivo Super FlashCharge 120W (20V x 6A)
USB Power Delivery (USB 3.1 e USB 3.2) 240W

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