Реальная история MagSafe, USB-C PD и зачем вам зарядное устройство переменного тока на 20 Вт

article thumbnail

Если вы хотите зарядить свой iPhone 12 с помощью MagSafe, Apple рекомендует использовать определенные адаптеры переменного тока на 20 Вт — и они не обязательно должны поставляться Apple, несмотря на то, что вы, возможно, слышали. Мы объясняем, каковы требования и почему более старый адаптер на 18 Вт просто не подойдет.

Apple выпустила линейку iPhone 12 с совершенно новыми аксессуарами и системой зарядки под названием MagSafe. Это название ранее использовалось для обозначения магнитного быстросъемного кабеля для линейки портативных компьютеров Mac от Apple, но с тех пор было потеряно, когда Apple перешла на USB-C.

Что такое MagSafe?

MagSafe в данном случае относится к магнитным свойствам аксессуаров больше, чем к безопасности, которую они обеспечивают, как это было раньше. Одним из выпущенных аксессуаров является зарядное устройство MagSafe Charger, которое представляет собой большую зарядную шайбу, которая крепится к задней части iPhone 12 для беспроводной зарядки. В отличие от других беспроводных зарядных устройств, оно удерживает iPhone во время использования с помощью магнита, что означает, что вы можете брать его и использовать во время зарядки.

Большая площадь поверхности в сочетании с собственным запатентованным дизайном Apple позволяет передавать до 15 Вт мощности на устройство при зарядке с помощью зарядного устройства MagSafe по сравнению с 7,5 Вт на зарядных устройствах Qi. Возможность заряжаться в два раза быстрее, чем Qi, является основным преимуществом использования MagSafe, но с некоторыми оговорками.

Пристегнитесь. Здесь будет немного больше технических вопросов, чем мы обычно получаем.

Подача питания через USB-C

USB PD — это спецификация для обеспечения более высокой мощности на USB и позволяет ряду устройств быстро заряжаться через USB-соединение. Это облегчает согласование между двумя устройствами, чтобы они могли определить, сколько энергии может потребляться от зарядного устройства. Power Delivery предлагает несколько профилей мощности от 5 В до 20 В, включая критически важный профиль мощности 2,22 А. Подробнее об этом чуть позже.

Спецификация USB PD 3.0 была выпущена в середине 2019 года, и внедрение технологии требует времени. Адаптеры, приобретенные до 2020 года, могут не соответствовать спецификации и, следовательно, не будут соответствовать требованиям к зарядке для MagSafe. Apple выбрала эту спецификацию не зря: это более интеллектуальный стандарт, который больше знает об устройстве, которое заряжает.

Устройство USB PD 2.0 будет согласовывать мощность только на основе требований к питанию. Спецификация USB PD 3.0 позволяет адаптеру получать от устройства больше информации во время зарядки, например о температуре и неисправности зарядки.

Спецификация USB PD 3.0 также включает больше возможностей для управления силой тока и напряжением во время зарядки. При регулировке напряжения или силы тока он может изменяться всего на 20 мВ или 50 мА, которые постоянно согласовываются источником каждые 10 секунд.

Таким образом, хотя Apple могла бы пойти со старой спецификацией для своих требований к зарядке 15 Вт, она решила разработать более безопасное и эффективное решение, полагаясь на более новую спецификацию. Однако USB PD 3.0 обратно совместим, поэтому вы все равно получите 10 Вт от старых зарядных устройств, даже если они рассчитаны на 96 Вт.

Если шайба MagSafe и адаптер переменного тока не могут согласовать значения 9 В и 2,22 ампера, USB Power Delivery по умолчанию будет использовать наивысшие общие взаимно совместимые напряжение и силу тока, которые могут быть, не превышающие 9 В или 2,22 ампера. Это будет зависеть от того, какой у вас адаптер переменного тока, учитывая, что шайба MagSafe может выдерживать эти 9 В и 2,22 А.

Профили питания USB

Правило монотонной возрастающей мощности (Изображение предоставлено Texas Instruments)

Правило монотонной возрастающей мощности (Изображение предоставлено Texas Instruments)

Спецификация PD 3.0 включает особые требования к имеющимся шинам напряжения для данной номинальной мощности. Любой адаптер мощностью выше 7,5 Вт будет включать только 5 В. Более 15 Вт потребляют как 5 В, так и 9 В.

Для еще большей мощности и вариативности адаптеры мощностью более 27 Вт будут иметь шины 5 В, 9 В и 15 В, и, наконец, любой адаптер мощностью более 45 Вт будет иметь варианты питания 5 В, 9 В, 15 В и 20 В.

Другие напряжения могут быть предложены для согласования, но не могут превышать наивысшее требуемое напряжение «шины» в адаптере. После подключения устройство согласовывает с адаптером наилучшую комбинацию шин напряжения для достижения максимальной эффективности во время зарядки.

Адаптеры могут предлагать любую силу тока до 5 А и определят наилучшую силу тока для использования при переговорах. Современные устройства выбирают переменное напряжение и постоянную силу тока для лучшего контроля температуры. Только шина 20 В использует рейтинг 5 А для достижения номинальной мощности 100 Вт для чего-то вроде MacBook Pro, в то время как остальные полагаются на номиналы от 1,5 А до 3 А для постоянного тока.

Как мы уже говорили, Apple использует 9 В и 2,2 А для своего зарядного устройства MagSafe, чтобы получить 20 Вт. Предполагая, что адаптер питания достаточно мощный, вы можете получить эту комбинацию только в адаптерах USB PD 3.0 20 Вт — и Apple не одинока в этом.

Беспроводная зарядка 15 Вт в адаптере MagSafe

Apple рекомендует использовать адаптер на 20 Вт, но не указывает, какие спецификации необходимы. Удобно, что тот, который имеет правильную спецификацию, — это тот, который они недавно начали продавать и включают в 2020 iPad Pro и iPad Air 4. Доступны адаптеры USB-C мощностью 18 Вт, но, как мы уже обсуждали, они не соответствуют минимальным требованиям для зарядка на 15Вт.

Apple заявляет, что зарядное устройство MagSafe Charger будет заряжаться от любого адаптера мощностью более 12 Вт, но по более низкой цене. Тесты показывают около 10 Вт или меньше при использовании адаптеров мощностью менее 20 Вт. Когда зарядное устройство MagSafe согласовывает мощность, оно специально ищет источник питания 9 В x 2,22 А, который присутствует только в адаптерах PD 3.0 на 20 Вт — и только в некоторых с более высоким потенциалом мощности, учитывая, что ему особенно нужен источник питания 9 В x 2,22 А. Вот почему он по умолчанию использует источник питания 5 В x 2 А при использовании адаптера 18 Вт и будет делать то же самое с большинством — но не всеми — существующими адаптерами питания USB-C на 60 Вт.

Почему адаптер на 15 Вт не может получить 15 Вт от зарядного устройства MagSafe?

Адаптер Apple на 20 Вт рядом с адаптером Anker на 20 Вт

Адаптер Apple на 20 Вт рядом с адаптером Anker на 20 Вт

Даже с учетом упомянутых выше требований USB PD 3.0 ни одна система никогда не будет эффективна на 100%. Даже если мы проигнорируем отраслевые спецификации и построим адаптер на 15 Вт для беспроводного зарядного устройства на 15 Вт, он не будет соответствовать минимальным требованиям для зарядки на полной скорости.

Никакая система не является идеальной по своей сути, и каждая система будет терять эффективность при зарядке из-за нескольких факторов:

Длина используемого кабеля Размер используемого кабеля Используемый проводник (медь) Площадь поверхности подключенного зарядного устройства Тепловыделение

Эти характеристики влияют на обычную зарядку по кабелю, подключенному непосредственно к устройству, поэтому адаптер на 15 Вт, подключенный к подходящему кабелю, по-прежнему будет заряжать менее 15 Вт из-за потери эффективности. Фактически, тепло, выделяемое вашим iPhone при зарядке, проводной или беспроводной, возникает в результате химической реакции зарядки аккумулятора, что снижает эффективность зарядки.

При зарядке с помощью прямого кабеля уже наблюдается некоторая потеря эффективности только из-за сопротивления самого кабеля. Чем толще кабель, тем выше сопротивление, тем больше потери. Это называется потерями в меди и присуще любой электрической системе, так же как трение присуще механической системе.

При прохождении тока через зарядную катушку происходят множественные потери. Во-первых, это потери в меди, из-за толщины катушки вы создаете большее сопротивление и, следовательно, больше тепла. Вторая потеря возникает из-за создания магнитного поля внутри зарядной катушки, называемого потерями на вихревые токи, которое также приводит к нагреву системы.

Тепло, выделяемое при беспроводной зарядке из-за того, как энергия передается между зарядными катушками, представляет собой явную неэффективность беспроводной зарядки. Хотя это более удобно, если предположить, что скорость заряда аккумулятора постоянная, при использовании MagSafe или Qi вы потребляете больше энергии в минуту. В качестве альтернативы, используя то же зарядное устройство с той же мощностью в минуту, вы получите меньше энергии для беспроводной зарядки, чем при использовании кабеля.

Что на практике означает MagSafe, Qi и USB-C PD для покупателей

Если вы покупаете зарядное устройство MagSafe, обратите внимание на адаптер питания, который вы используете с ним. Приобретение адаптера Apple 20 Вт с требуемыми характеристиками для полной зарядки 15 Вт от качественных производителей даст вам желаемый результат. Обязательно следуйте рекомендациям Apple, поскольку 20 Вт с USB PD 3.0 — это минимум для полной зарядки с MagSafe.

Некоторые предполагают, что Apple ввела искусственное ограничение, чтобы заставить пользователей покупать новые адаптеры питания. Помимо минимальной спецификации, которая была фактором при закупках технологий с момента зарождения персональных компьютеров, здесь нет никакого секретного соуса.

Минимальные требования Apple соответствуют отраслевым стандартам, включая неэффективность и потери энергии при беспроводной зарядке, требования к профилю напряжения и интеллектуальные системы зарядки. Но Apple — не единственное зарядное устройство, которое будет работать, и мы скоро обсудим, какое из них будет работать, а какое нет.

Соцсети