Před lety jsme vám nabídli přehled, který však postupem času ztratil na aktuálnosti. S evropskou standardizací USB-C tak nastal důvod k jeho aktualizaci a doplnění. Připomeňme, že Evropská komise sice vyžaduje, aby zařízení disponovalo USB-C konektorem a v případě vyšších energetických požadavků podporovalo standard USB-PD, ovšem nijak neomezuje podporu ostatních standardů (či nestandardů). Například Apple toho využil a pokud si uživatel nepořídí jeho originální nabíječku, nejrychlejší stupeň nabíjení (byť realizovaný přes standard USB-PD) aktivován nebude. Jinými slovy standardizace USB-C s USB-PD neznamená, že mizejí ostatní protokoly nabíjení. Obzvlášť kvůli starším zařízením, které USB-PD nepodporují, je jejich podpora na straně nabíječek naopak žádoucí.

USB-IF

USB-BC (Battery Charging)

USB původně garantovalo proud 0,0025A, což se velmi rychle ukázalo jako nedostačující. Z dílen samotného USB-IF (tedy autora USB rozhraní) vzešel standard USB-BC (Battery Charging) přidružený původně k USB 2.0, který ve verzi 1.1 umožnil zvýšit proud na 0,5A (2,5W) v režimu SDP (Standard Downstream Port) a 1,5 A (7,5 W) v režimu DCP (Dedicated Charging Port) pro generická zařízení. Pokud i zařízení explicitně podporovalo příslušný režim Battery Charging, mohlo být dosaženo až 1,8 A (9 W). Verze 1.2 zvýšila pro podporovaná zařízení limit na až 5 A (25 W). To může znít jako poměrně vysoká hodnota na to, že šlo o rok 2010, ale jedna věc bylo maximum standardu a druhá reálné nasazení a využití. Jinými slovy: Příliš se to neuchytilo a dlouhou dobu zůstalo jen u SDP (0,5A USB, tj. 2,5 W).

USB-PD (USB Power Delivery)

Roku 2012 de facto nahradil standardy Battery Charging nový standard USB Power Delivery (USB-PD), který měl trochu složité značení (revize 1.0, revize 2.0 atd. a jednotlivé revize ještě měly vlastní verze značené např. verze 1.0, 1.1 nebo 1.2 - u každé revize se číslování verzí resetovalo a začínalo se znovu od 1.0). Tak například když přišlo rozhraní USB-C, podporovalo ve výchozím stavu při 5V napětí 3A nabíjení (15W), ale splňovalo-li USB-PD, mohlo být napětí zvýšeno na až 20 V a proud na až 5A (až 100W) teoreticky. Opět šlo o limit standardu, v praxi se u většiny zařízení využívaly výrazně nižší hodnoty.

USB-C (Apple)

USB-PD nebylo zprvu mezi výrobci zařízení příliš populární - vývoj standardu nebyl dostatečně pružný a jednotliví výrobci si raději začali vyvíjet vlastní řešení, flexibilnější a snáze implementovatelná. Dnes už je ovšem nativní USB-PD jinde a podporuje až 240W napájení pro USB-C. Používá se kombinace až 48 voltů a 5 až ampérů.

Společnosti jako Apple, Qualcomm, Samsung, ale i některé jiné, postupně přecházejí na standard USB-PD, nebo alespoň do nových verzí vlastních standardů zahrnují kompatibilitu s USB-PD.

Tabulka výše uvádí podporované kombinace napětí a proudu.

Kabely propojovací

Do kombinace 20V/3A by neměl být nutný speciální kabel vybavený čipem. Pro vyšší proud než 3 ampéry (při 20 voltech) už je potřeba kabel minimálně s certifikací „5A“ přičemž pro režimy využívající napětí 28 voltů a výše je vyžadován kabel s certifikací „EPR“ (Extended Power Range) bez ohledu na proud.

Tyto kabely lze sehnat za celkem slušné ceny, například na AliExpress vychází metrový USB-C kabel s podporou USB-PD 3.1 240W, opletením a podporou datových přenosů na úrovni USB 2.0 (480Mb/s) na ~120 Kč plus poštovné. Kabel, který navíc kromě uvedeného podporuje USB 4.0 (40Gb/s, zvládá přenos 8K videa @60Hz) a má na konektoru displej zobrazující aktuální příkon ve wattech, stojí zhruba 350 Kč včetně poštovného.

Kabely prodlužovací

Prodlužovací USB kabely jsou téma samo pro sebe. Zatímco u konfigurací, které nevyžadují čipovaný kabel (tzn. maximálně 60 wattů, tedy 3A ×20V) není s USB prodlužovačkami problém, v případě čipovaných kabelů problém vzniká. USB-IF totiž při vzniku standardu jaksi zapomněla na to, že kabelů může být teoreticky spojeno více a systém detekce počítá jen s detekcí prvního čipu. Pokud tedy máte nabíjení stavěné na USB-PD 240W, k tomu máte kabel podporující USB-PD 240W a k tomu použijete prodlužovačku, zadetekuje se čip v kabelu, systém uzná, že je vše v pořádku a povolí 240W (5A × 48V) nabíjení bez ohledu na to, zda 240W zvládá i prodlužovací kabel.

USB-IF tento problém „vyřešilo“ tak, že nedává certifikace na prodlužovací kabely. Ty však reálně existují. Kde je problém? V hypotetické situaci, kdy neznalý uživatel použije levnou tenkou prodlužovačku, která není stavěná na vysokou zátěž a zapojí ji mezi nabíječku a zařízení podporující některý z vyšších režimů nabíjení. Pak může dojít k zahřívání, v horším případě ke zkratu nebo požáru. Na druhou stranu je potřeba říct, že prodlužovačky nejsou obecně nebezpečné, jen nejsou tzv. blbuvzdorné. Pokud si uživatel pořídí kvalitní prodlužovačku, která je na danou zátěž stavěná, nemusí být výsledné řešení nebezpečné. Aneb klasické - kdo si tam nastrká hřebíky, vyhoří a začne od píky (další podrobnosti v Elektrickém valčíku pánů Svěráka a Uhlíře).

Qualcomm QC (Quick Charge)

Druhý široce známý a rozšířený standard pochází od společnosti Qualcomm. Jednotlivé generace s značí číslicemi (QC 3.0, QC 4+, QC 5…).

Quick Charge 4+ (Qualcomm)

• QC 3.0 přišla s podporou 18W nabíjení v základu (režimy 5V/3A = 15W, 9V/2A = 18W a 12V/1,5A = 18W), pro vyšší režimy až 36 wattů.
• QC 4/4+ zvýšil základ na 27 wattů a (což je chvályhodné) do standardu zahrnul kompatibilitu s nativním USB-PD až do 18 wattů. Pokud tedy majitel telefonu podporujícího QC 4 ztratí nabíječku, pak i s nabíječkou standardu USB-PD bude mít k dispozici rozumně rychlé nabíjení. Pro vyšší režimy je podporováno až ~100 wattů (20A × 5V) a až 27 wattů v režimu USB-PD.
• QC 5.0 bez bližšího upřesnění nabídl režimy přes 100 wattů a zaměřil se především na nižší zahřívání. Prakticky se nerozšířil.

Samsung AFC (Adaptive Fast Charging)

Standard společnosti Samsung je trochu novější záležitost. Společnost se v důsledku kauzy vadných baterií Galaxy Note 7 v roce 2016 pustila do rychlejšího nabíjení až později.

Galaxy Note 7 s baterií, která svůj odchod do lithiového nebe doprovodila ohňostrojem (CNet)

Jednak nejspíš nechtěla přijít s ničím, co by vedlo k připomínání tohoto problému a jednak chtěla mít tento problém zcela vyřešený, než  rychlejší nabíjení zavede. Až do roku 2018 tedy nabíječky Samsungu nepodporovaly nic nad 5 wattů (5V/1A). Standard Samsung AFC pak přinesl režimy 5V/2A = 10W a 9V/1,67A = 15W. Není to mnoho, ale jde o podstatné zrychlení. Navíc od řady S8 už je podporováno i USB-PD do až 15 wattů, což zajišťuje širší kompatibilitu. Novější zařízení pak podporují AFC až 9V/2A = 18 wattů a některé telefony nabízejí i kompatibilitu s Qualcomm QC.

Pro dosažení lepší kompatibility podporují nabíječky Samsungu více standardů. Například obyčejná Samsung EP-TA200 („Travel adapter“, na AliExpress asi za 110 Kč včetně poštovného a kabelu) podporuje režimy USB-BC DCP (1,5 A, tzn. 7,5 W), Apple 2.4A (12 W), Samsung AFC 9 V / 1,67 A (15 W), Huawei FCP 5-9-12 V, Qualcomm QC 2.0 5-9-12 V a Qualcomm QC 3.0 až po 12 V. Jde tedy o poměrně širokou kompatibilitu v podstatě za cenu „pomalých“ nabíječek, navíc při kapesních rozměrech.

Novější produkty Samsungu (počínaje Galaxy 20, Galaxy Note 10, S20 Ultra, S21 +  jejich nástupci) podporují USB-PD  (ve verzi 3.0) v kombinaci s PPS (viz níže pod čarou), čímž dosahují až 10V/4,5A = 45W.

Huawei

FCP (Fast Charge Protocol)

Původní (a dnes již prakticky překonaný) režim rychlého nabíjení Huawei se na trhu objevil v roce 2016 a podporoval maximálně 18W nabíjení. Později ho nahradil režim SuperCharge.

SCP (SuperCharge, Super Charge Protocol)

O SuperCharge se traduje, že byl jeho vznik ovlivněn kauzou Samsungu. Huawei chtěla rychlé nabíjení, ale rozhodně si nepřála jakoukoli kauzu s nabíjením spojenou. Vznikl tedy zcela jiný základ než u ostatních výrobců. FCP se nevydalo cestou vyššího napětí a nižšího proudu, ale přesně opačně. Napětí bylo z výchozího 5V USB standardu sníženo na 4,5 voltu a proud zvýšen na 5 A (22,5 W).

Smartphone Huawei (Pixbay)

Jako důvody se uvádí snaha přiblížit nabíjecí napětí nativnímu napětí baterie a tím snížit zahřívání telefonu při nabíjení (čím větší úpravy napětí musely obvody v telefonu provádět, tím více se zahřívaly). Vysoký proud řešila Huawei nadstandardním (míněno oproti tehdejšímu USB standardu) průřezem vodičů. FCP nakonec (krom 4,5V/5A) podporovalo i 5V/4,5 = 22,5W a 9V/2A = 18W režimy a když se společnost ujistila, že je schopna bez rizika používat i vyšší napětí, přišel 40W (10V/4A) režim a poté 66W (11V/6A) režim.

Xiaomi

• FastCharge - Režim podporující 27W nabíjení, jenž je patrně jediný, u kterého je jistá kompatibilita. Některé telefony Xiaomi totiž nepodporují otevřený nabíjecí standard, takže 27W FastCharge může být maximem, jakého lze s neoriginální nabíječkou dosáhnout.
• TurboCharge - 67W (zařízení kompatibilní s tímto protokolem již zpravidla podporují i jiné standardy rychlého nabíjení)
• HyperCharge - 120W

Standardní 27W nabíječka Xiaomi krom vlastních režimů podporuje USB Power Delivery (USB-PD) 3.0 se čtyřmi režimy PDO (5V/3A = 15W, 9V/3A = 27W, 15V/1,8A = 27W a 20V/1,35A = 27W), standardní USB Battery Charging (USB-BC) 1.2, Qualcomm Quick Charge (QC) 2.0 v rozsahu 5-9-12 V, 3.0 v rozsahu do 20 V a dále 4.0.

Společnost Xiaomi je poměrně nejednotná v názvosloví, jeden termín použije při prezentaci chystané technologie, druhý při vydání a třetí je pak uveden v popisu produktu nebo v návodu. Lze tak narazit na zápisy jako Turbo Fast Charge, Turbo Charge, Turbocharge i jen číselné („67W“) označení.

Oppo / OnePlus / Realme

VOOC (Flash Charge) ~ Dash Charge / Warp Charge ~ Dart Charge

Společnosti Oppo a OnePlus spadají do jednoho holdingu, což se promítlo i na technologii rychlého nabíjení. VOOC Flash Charge pochází od Oppo, ale verzi VOOC 2.0 (5V/4A = 20W) má licencovanou i značka OnePlus, která pro ni používá označení Dash Charge a pro (rovněž licencované) VOOC 4.0 označení Warp Charging (5V/6A = 30W). Různé verze VOOC používá též Realme pod názvem Dart Charge.

• VOOC (1.0-2.0) - 5V/4A = 20W
• VOOC 3.0 - 5V/5A = 25W
• VOOC 4.0 - 5V/6A = 30W
• SuperVOOC - 10V/5A = 50W
• SuperVOOC 2.0 - 20V/6,25A = 125W / 10V/5A = 50W kompaktní GaN nabíječka
• SuperVOOC (3.0?) - 20V/7,5A = 150W

Apple

„2.4A“

Prvním rychlým režimem společnosti Apple byl tzv. 2.4A. Jak označení napovídá, šlo o kombinaci 5V/2,4A = 12 wattů. Na trh vstoupil s původním iPadem a následně se čtvrtou generací iPhonů. Již od osmé generace iPhonů ale Apple zavádí podporu pro nativní USB Power Delivery.

MediaTek

PE (Pump Express+ / Pump Express 2.0 / Pump Express 3.0)

Standard od MediaTeku umožňuje ve verzi PE+ až 15W nabíjení a podporuje napětí 5 V, 7 V, 9 V a 12 V. Pro zařízení nepodporující protokol podporuje 5V / 1A nebo 5V / 1,5A. Celkově je blízký QC 2.0 od Qualcommu.

Verze PE 2.0 podporuje více než 15W nabíjení, je zhruba srovnatelná s Qualcomm QC 3.0, ale navíc umí odstupňované napětí v kroku 0,5 V v rozmezí 5-20 V. Účinnost zvyšuje z 90 na 92 %.

PE 3.0 mění podporované napětí na rozmezí 3-6 V v 10-20 mV krocích a zvyšuje podporvaný proud na „5A+“. Účinnost stoupla na 95%. Komunikace probíhá standardem USB-PD, takže jde de facto o přechod ke standardnímu protokolu.

Standard PE využívaly na některých produktech mj. značky Sony, Lenovo, Gionee a Meizu.

Další

Existují i další standardy. Například Motorola TurboPower (5V/3A = 15W, 9V/1,6A = 14,4W, 12V/1,2A = 14,4W). Sony tradičně používala kombinaci 5V/1,5A (nejspíš s využitím USB-BC DCP). Později přibyly ještě režimy 5V/2,7A = 13,5W, 9V/1,8A = 16,2W a 12V/1,35A = 16,2W, které podle dostupných informací fungovaly v rámci standardu USB-PD, jenž společnost využívá dodnes (dnes prodávaná rychlá nabíječka Sony XQZ-UC1 nabízí režimy 5V/3A = 15W, 9V/3A = 27W, 15V/2A = 30W a v rámci PPS také 3,3V/3A = 9,9W a 16V/1,85A = 29,6W).

Nabíječka Anker s podporou PoweIQ (Anker)

Unikátní je „standard“ Anker PowerIQ, který je podporován pouze na straně nabíječky. Jinými slovy od zařízení se neočekává a nevyžaduje podpora standardu PowerIQ, ale ten je kompatibilní s některými rozšířenými režimy. V první generaci s Apple 2.4A, ve druhé přibyl Qualcomm Quick Charge 3.0, Samsung AFC a Motorola TurboPower (5V/3A = 15W, 9V/2A = 18W, 12V/1,5A = 18W), ve třetí i USB PD až do 100W papírově a ve čtvrté podpora PPS (viz níže) na úrovni USB-PD 3.1, tedy od 15V výše.

PPS (Programmable Power Supply)

V posledních letech se dále lze setkat se zkratkou PPS. Označuje podporu pro regulaci napětí a proudu (již) na straně nabíječky podle stupně nabití zařízení. Oproti standardní situaci, kdy ke konverzi dochází na straně zařízení, je výhodou nižší zahřívání zařízení při nabíjení (menší ztráty).

PPS dále umožňuje odstupňování napětí a proudu (i) mimo obvykle podporované kombinace. Pokud například USB-PD 3.2 podporuje napětí 9V a 15V, ale zařízení je stavěno na nabíjení až při 10V, měla by se (v případě oboustranné podpory PPS) být obě zařízení schopna dohodnout a použít 10V napětí.

PPS je součástí USB-PD 3.0 a Qualcomm Quick-Charge 4.0. USB-PD 3.1, které přineslo podporu vyšších napětí (28V, 36V, 48V), také rozšířilo podporu PPS na rozsah 15-48V po 100mV krocích. USB-PD 3.2 pak rozšířilo (snížilo) začátek rozsahu až na 9V.

GaN nabíječky

Další novinkou posledních let jsou nabíječky využívající čipy s tzv. GaN technologií. Ta existuje v několika generacích značených číslicemi (1, 2, 3, 4, 5, 6…) obvykle uvedenými v podobě horního indexu. GaN je zkratka pro Gallium Nitride, nitrid gallitý. Tato polovodičová sloučenina se desítky let využívá k výrobě LED, ale teprve před cca šesti lety se o ní začalo mluvit v kontextu nabíječek.

GaN⁵ nabíječka s USB-PD 3.1 kabelem (Baseus)

Ty se na trh začaly v širším zastoupení dostávat zhruba po roce 2020 a jejich obliba zásadně roste. GaN totiž umožňuje zároveň nabíječku miniaturizovat, snižovat množství odpadního tepla a přitom výrazně zvyšovat výkon. 65W GaN nabíječka dosahuje podobných proporcí jako klasické řešení ~20W standardů. Díky tomu existují i relativně kompaktní víceportové GaN nabíječky schopné dodávat výrazně přes 100 wattů.

Maximum zpravidla jen na pár minut

Poměrně důležitou skutečností je fakt, že při nabíjení o příkonu v řádu vyšších desítek wattů a výše, jsou maximální kombinace napětí a proudu zpravidla dosahovány jen na pár minut. Důvodem je, že během prvních desítek sekund (až jednotek minut) se zařízení zahřeje a z důvodu bezpečnosti a životnosti (teplota baterie, vnitřní odpor baterie, teplota napájecích obvodů, bezpečná dotyková teplota zařízení…) je postupně snižována kombinace dodávaného proudu a napětí. Limitem je zpravidla nabíjené zařízení. Jenže ani nabíječky hodnoty kolem 100W a více nejsou schopny dodávat nonstop, ale (obvykle) po vyšších jednotkách minut až nižších desítkách minut se zahřejí a může rovněž dojít ke snížení kombinace maximálního proudu a napětí. Představa kontinuálního napájení nějakého zařízení 240 watty přes stávající USB nabíječku by tedy byla mylná.