V posledních dnech se hodně psalo o telefonu Realme GT Neo5, který podporuje 240W nabíjení. Na mnoha z těchto zpráv bylo velmi znát stanovisko autora, osobní pohled na věc, a tak se podání různí od (parafrázováno): „Super!“ až „Proč, proboha?“. Ač je na každém pohledu jistá část pravdy (byť pravdu v absolutním slova smyslu tady hledat nelze - každý má jiné požadavky a jinou představu o ideálním řešení), osobně se domnívám, že problém USB nabíjení dnes stojí jinde než v samotné rychlosti.

Hned v úvodu by ale bylo potřeba uvést na pravou míru dvě věci. V první řadě, že 240W nabíjení, o kterém jsme psali v roce 2021, se týkalo (nativního) standardu USB-PD přímo od USB-IF, kdežto 240W nabíjení, které vidíte v nadpisu tohoto článku, je součást standardu VOOC neboli Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Chargin, který patří společnosti Oppo.

Realme GT Neo5 (Realme)

Za druhé je potřeba zdůraznit, že nabíjení o stovkách wattů je využito jen po krátkou dobu na začátku nabíjecího procesu, neboť jakmile je baterie částečně nabitá, musí být z bezpečnostních důvodů (a také ve snaze baterii zachovat určitou životnost) nabíjecí příkon snížen. Praktickou výhodou je rychlost nabití na úroveň prvních desítek procent kapacity (tedy pokud krátce před odchodem zjistíte, že máte mobil prakticky vybitý a potřebujete to rychle řešit). Zatímco na 20 % se baterie nabije za 80 sekund, k dosažení plné kapacity je potřeba minimálně 9 minut (ano, je to rychlé, ale cílem je upozornit, že pomalejší než prosté vynásobení 80 sekund pěti).

Co však působí jako zásadnější problém, který trápí (podle diskuzí) a bude trápit (s ohledem na omezení nabíječek přibalených k telefonům) je kompatibilita rychlého nabíjení. Občas se objeví nějaký test, postavený na srovnání nabíjecího času několika různých nabíječek a několika různých telefonů, uživateli ukáže, že je situace problematická a nepřehledná (jeden telefon se s jednou nabíječkou nabíjí rychle, druhý velmi pomalu), ale tím to končí.

Nejednotné totiž nejsou jen nabíjecí standardy (protokoly), ale také jejich otevřenost a nakonec i názvosloví. Zatímco standardem USB 2.0 bylo při obvyklém napětí 5 V dosažení proudu 0,5 A (2,5 wattu pro SDP) a všechno „nad“ bylo považované za rychlé nabíjení, dnes se často uplatňuje úzus, že „pomalé“ nabíjení je ještě 5 V při 1 A (5 wattů) a „rychlé nabíjení“ začíná nad 5 watty.

I pokud zajistíme kombinaci telefonu a nabíječky podporující stejný standard, nemusí k přepnutí na rychlé nabíjení dojít. Proč? Některé standardy totiž pro zajištění bezpečnosti vyžadují i kabel, který zvládá potřebné proudy. To obvykle zajišťuje čip integrovaný v kabelu, který nabíječce sdělí, co zvládá a ta podle toho nastaví konkrétní kombinaci napětí a proudu. Pokud je použit běžný kabel, pak nabíječka buďto rychlé nabíjení nepoužije, nebo zvolí nějaký nižší režim. To už záleží na konkrétním standardu, nabíječce i zařízení. Čipy v kabelech opět musejí odpovídat konkrétnímu standardu. Některé podporují více standardů, ovšem prakticky žádné nepodporují všechny (některé standardy totiž nejsou otevřené, takže je podporuje jen originální hardware a výrobci toho náhradního nemohou).

Jaké standardy rychlého nabíjení tedy vlastně existují?

USB-IF

Battery Charging

USB původně garantovalo proud 0,0025A, což se brzy stalo nedostačující. Z dílen samotného USB-IF (tedy autora USB rozhraní) vzešel standard 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 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).

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-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 48 voltů a 5 ampérů.

Tabulka výše uvádí podporované kombinace napětí a proudu. 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 včetně poštovného. 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 330 Kč včetně poštovného.

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.

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…).

• 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.

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

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.

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

Huawei

FCP (Fast Charge Protocol)

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

SuperCharge

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).

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, který 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
• HyperCharge - 120W

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.

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 (upřímně řečeno ale nevím, jestli šlo o specifický standard, nebo proud 1,5A telefon využil s jakoukoli nabíječkou podporující nativní USB standardy a tento proud). 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 prodávavná 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).

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.

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 je souřásí USB-PD 3.0 a Qualcomm Quick-Charge 4.0.

PPS dále umožňuje odstupňování napětí a proudu (i) mimo obvykle podporované kombinace. Pokud například USB-P 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.

GaN nabíječky

Další novinkou posledních jsou nabíječky využívající čipy s tzv. GaN technologií. Ta existuje v několika generacích značených číslicemi (1, 2, 3, 4, 5…) 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 pěti lety se o ní začalo mluvit v kontextu nabíječek.

GaN⁵ nabíječka s USB-PD 3.1 kabelem

Ty se na trh začaly v širším zastoupení dostávat zhruba před dvěma lety 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.

Sjednocené nabíjení v roce 2024?

Jisté otazníky zůstávají nad tím, jak jednotliví výrobci přistoupí ke sjednocování nabíjení telefonů přes USB-C s využitím USB-PD standardu, což by asi byl vysněný ideál Evropské unie (nakonec kdyby se to smysluplně prosadilo, tak i výhra pro uživatele z hlediska kompatibility nabíjecích standardů / protokolů). Zatímco největší výrobci nakonec asi tyto pomínky přijmou (respektive už přijímají), je otázka, zda se menším asijským výrobcům vyplatí spíše přepracovat své řešení nebo opustit evropský trh.