Столкнулся с проблемой нехватки питания при подключении коммуникатора на Android — при одновременной работе GPS навигатора и видеорегистратора, аккумулятор разряжается быстрее, чем идет зарядка. При изначальном 100% заряде аккумулятора, даже подключенный к бортовой сети автомобиля садится в ноль за несколько часов эксплуатации в таком режиме.
Сначала решил, что в используемом мной зарядном устройстве нехватает ампер на выходе. Купил несколько более мощных (на 1000мА и на 2100мА) — но результат не оправдал ожидания, картина не изменилась.
В электронике познаний не имею, поэтому хотелось бы услышать комментарии знающих людей.
Погуглив немного, нашел следующие заинтересовавшие меня утверждения:
Максимальный ток зарядки — это ток, который в принципе способна выдать зарядка. А выдаст она ровно столько, сколько сожрёт потребитель. Если нужно устройству 100мА при 5А, то оно 100мА при 5В и будет потреблять, даже если источник этих 5В будет способен выдать 100500А.
Как я понимаю, из этого следует, что дело даже не в зарядном устройстве. Коммуникатор сам потребляет от зарядки меньше, чем тратит на работу в данном режиме.
Что также интересно — в свойствах телефона, при зарядка от одного из устройств отображается статус "Зарядка USB" при другом заряднике "Зарядка AC" Предполагаю, что в режиме USB телефон должен потреблять не более 500мА, так как в USB2.0 максимальный ток составляет 500мА, хотя дело может быть и не в этом. Возможно телефон определяет тип зарядки не по количеству ампер, а например по замкнутым контактам по которым в USB передается информация, или что-то подобное.
Всего в проводе USB пять жил идет: черный и красный — питание, белый и зеленый — данные, ну и пятый — оплетка с фольгой по периметру.
Еще видел комментарий, что для повышения тока зарядки свыше номинального для USB 500мА некоторые производители подают питание на разъем MiniUSB дополнительно на 4-й контакт(по которому обычно данные передаются). И что странно, разобрав несколько штекеров увидел сам, что в одном из них минус подключен через какой-то транзистор еще и к соседнему контакту. В самом проводе автозарядки идет две жилы, а в разъеме они выходят на три контакта MiniUSB. В других подключены на два — красным и черным проводом. В общем эта история тоже неясна.
Разобрал все приобретенные мной зарядники чтобы оценить качество начинки.
Хотелось бы услышать ваши комментарии по устройству данных зарядок. Получить совет, как добиться достаточного для зарядки коммуникатора питания.
Кандидаты на роль мощной зарядки:
Ginzy GA-4212UB/S3 — 520руб.
Характеристики:
Output: 5V 2500мА суммарно на 2 USB
Причем нигде не нашел информации, сколько ампер и на какой разъем подается. Написано лишь что один USB для зарядки Apple, второй для Galaxy Tab. Были бы они одинаковыми по Амперам, думаю их не стали бы подписывать. Предполагаю, что один из них на 1000мА второй на 1500мА, но кто есть кто — видимо могут показать только измерения, я пока не разобрался.
Все ли micro-USB кабели одинаковые? Почему цены могут отличаться в несколько раз? Какой кабель лучше купить? Попробую ответить на эти вопросы практическими примерами и экспериментами.
Эта статья посвящена обычным потребителям, которые знакомы с физикой в рамках школьной программы. Но результаты тестов могут быть интересны и продвинутым пользователям.
Если у вас есть устройство от Apple, и вы думаете, что это вас не касается, и шапито не для вас, то вы очень сильно ошибаетесь. В конце вы прочтёте почему.
Скорость передачи данных по micro-USB кабелю в большинстве случаев нареканий не вызывает. А вот с зарядкой устройств ситуация немного сложнее.
Давайте сначала ознакомимся на пальцах, как устроен процесс зарядки мобильных устройств.
Есть зарядное устройство, которое может выдавать ток с определённым напряжением и определённой силой. Обычно это USB-зарядка, которая выдаёт ток с напряжением 5 В (есть ещё технологии быстрой зарядки с увеличенным напряжением, но их мы затрагивать не будем). Сила тока (иногда указывают просто мощность зарядки) может быть разной для каждого ЗУ. Например, с одним устройством в комплекте будет ЗУ с максимальной силой тока 1 А, а с другим 2,5 А. Естественно, если устройство не может потреблять ток силой больше 1 А, то какую бы вы зарядку не подключили — 1 А или 100 А, разницы не будет.
Есть мобильное устройство: смартфон, планшет, часы и пр., которые нужно зарядить. В мобильном устройстве есть батарея и контроллер заряда. Контроллер заряда регулирует, используя свои алгоритмы, силу потребляемого тока.
ЗУ и мобильное устройство соединяются между собой кабелем. В нашем случае micro-USB. На рынке присутствует огромное количество предложений. Тысячи моделей от известных и неизвестных брендов. Кабели можно купить в ларьке около дома, в салоне связи, в крупном торговом центре, в Интернете, просто везде. С кабелями возникает странная ситуация. С одним кабелем устройство заряжается быстрее, чем с другим, при равных условиях. В некоторых случаях различия могут быть в несколько раз. В основном дело в сопротивление линий питания кабеля.
Чтобы стало понятнее, сразу приступим к практическому тесту.
Нашими инструментами будут:
Резистор с сопротивлением 2,5 Ом (5 В, 2 А)
- USB тестер Keweisi
- Переходник micro-USB (мама) — USB A (мама)
- Батарейный блок Xiaomi 5000 мА·ч и смартфон Samsung Galaxy S5, которые позаимствовал у жены
- Зарядное устройство Tronsmart TS-UC5PC. Хочу отдельно отметить это устройство. На профильных сайтах есть разборки этого устройства. Это просто потрясающее ЗУ. Я его купил пару месяцев назад по акции со скидкой, заменил своё отличное ЗУ ORICO (у них тоже великолепные ЗУ), т.к. мне понадобился порт с поддержкой Quick Charge 2.0. TS-UC5PC имеет 5 независимых каналов. 4 из которых с технологией VoltIQ (на самом деле это просто «умная обвязка» контактов Data для активации быстрой зарядки любых устройств с такой поддержкой, в том числе Apple, ряда Samsung и пр.), а 1 с поддержкой Qualcomm Quick Charge 2.0. Этот порт способен выдавать напряжение 5 В, 9 В и 12 В. ЗУ легко выдерживает нагрузку 2 А одновременно на всех 5 портах, это я проверял лично резисторами, с очень незначительной просадкой напряжения. По спецификации устройство выдерживает 2,4 А на каждый канал.
Тестировать будем в два этапа. Первый этап — проверим падение мощности на конце кабеля с помощью резистора. Второй этап — проверим силу тока, который будет потреблять смартфон Samsung Galaxy S5 и батарейный блок Xiaomi при зарядке.
Наши артисты:
Кабель LG, 120 см — будем обозначать его LG1. Идёт в комплекте со многими одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Имеет маркировку на кабеле 20 AWG для линий питания. Толстый и очень тугой. Стоит от 2$ до 3$ на eBay и Aliexpress, у нас в оффлайн встречал и за 300, и за 500 рублей.
Кабель Tronsmart, 180 см — будем обозначать его TR1. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными ЗУ, также, продаётся отдельно в упаковках по несколько штук. Толстый и очень тугой. Стоит около 2$ (в пересчёте на один кабель) на Aliexpress и подобных площадках.
Кабель Sony EC803, 100 см — будем обозначать его SO1. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Средняя толщина, тугой. Стоит около 2$.
Кабель Sony EC801, 100 см — будем обозначать его SO2. Идёт в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами и продаётся отдельно. Средняя толщина, тугой. Стоит около 2$.
Кабель Sony EC450, 100 см — будем обозначать его SO3. Шёл когда-то в комплекте с некоторыми одноимёнными устройствами. Толстый и тугой, с ферритовыми кольцами. Встречается в продаже редко.
Кабель от батарейного блока Xiaomi, 22 см — будем обозначать его XI1. Идёт в комплекте с батарейными блоками. Плоский, гибкий. Внешний вид не очень впечатляет, т.к. ему уже полтора года.
Кабель noname — будем называть его QC1, 200 см. Именно такой кабель продаётся только у одного продавца YourCharger на eBay (он же YourCable). Возможно, им и производится. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Средняя толщина, гибкий. Это универсальный кабель для активации быстрой зарядки (если она поддерживается устройством) на любых ЗУ. У этого же продавца есть аналогичные кабель на 3 и 5 метров, как micro-USB, так и Lightning (для устройств Apple). Цены выше среднего.
Кабель noname — будем называть его QC2, 65-180 см, «пружинка». Продавец и производитель тот же, что и у предыдущего кабеля. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Средняя толщина, гибкий.
Кабель ASUS — будем называть его AS1, 100 см. Идёт в комплекте с некоторыми устройствами ASUS (в конкретном случае Nexus 7 2013), продаётся отдельно. Средняя толщина, гибкий.
Кабель noname — будем называть его QC3, 40 см. Продаются в магазине Fasttech. Есть маркировка 18 AWG на кабеле. Средняя толщина. Контакты Data уже замкнуты, кабель предназначен только для зарядки. Стоит неприлично дёшево — около 1$.
А теперь чистокровные приблуды (или кабели из подвалов дядюшки Ляо). Их просто сотни разных видов. Продаются они везде, и онлайн, и оффлайн. И даже в магазинах авторитетных ритейлеров их можно найти. Часто стоят очень дешево. Для теста возьму 8 разных штук. У меня дома есть коробка, где лежит штук 50 разных micro-USB кабелей, которые я заказывал в разное время (забегая вперед, эта коробка с «мусорными» по тестам кабелями). Очень часто продаются под брендом (конечно, контрафакт) Samsung и пр.
Кабель noname — будем называть его CN1, 23 см. Тройной — microUSB, Lightning, Apple 30-pin. Тканевая оплётка. Толщина средняя, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN2, 300 см. Тканевая оплётка. Толщина средняя, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN3, 100 см. Тонкий, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN4, 100 см. Плоский, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN5, 80 см. Упругий.
Кабель noname — будем называть его CN6, 200 см. Тканевая оплётка. Плоский, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN7, 100 см. Толстый, гибкий.
Кабель noname — будем называть его CN8, 100 см. Маркировка на кабеле 26 AWG / 28 AWG.
Падение мощности
Подключим резистор и замерим мощность сразу на выходе из ЗУ — 10,2 Вт. Напряжение 5,17 В, сила тока 1,97 А.
Теперь замерим мощность на конце кабелей и сведём все результаты в диаграмму.
LG1 8,82 Вт (4,82 В, 1,83 А)
TR1 8,34 Вт (4,69 В, 1,78 А)
QC1 8,33 Вт (4,71 В, 1,77 А)
SO1 7,97 Вт (4,58 В, 1,74 А)
SO2 8,19 Вт (4,63 В, 1,77 А)
SO3 7,42 Вт (4,62 В, 1,68 А)
QC3 8,87 Вт (4,85 В, 1,83 А)
QC2 8,22 Вт (4,68 В, 1,78 А)
AS1 8,19 Вт (4,63 В, 1,77 А)
XI1 8,27 Вт (4,75 В, 1,74 А)
CN1 8,9 Вт (4,84 В, 1,84 А)
CN2 4,56 Вт (3,48 В, 1,31 А)
CN3 5,42 Вт (3,79 В, 1,43 А)
CN4 5,34 Вт (3,76 В, 1,42 А)
CN5 5,73 Вт (3,90 В, 1,47 А)
CN6 5,84 Вт (3,92 В, 1,49 А)
CN7 5,18 Вт (3,7 В, 1,4 А)
CN8 7,83 Вт (4,55 В, 1,72 А)
Итак, мы видим плохой результат у подавляющего большинства дешевых и безымянных кабелей. Только кабель CN1 удивил. Я им никогда не пользовался после покупки, просто заказал до кучи.
Теперь замерим, с какой силой тока будет заряжаться смартфон Samsung Galaxy S5 (уровень заряда 50%). Конечно, это не лабораторное исследование, но какую-то информацию даст. Контроллер заряда в устройствах работает по своему алгоритму. Тестер во всех случаях показывал выходное напряжение около 5,2 В, так что будет рассматривать только силу тока.
Результат соотносится с предыдущим тестом. Фирменные кабели показывают достойный результат. Дешевые и безымянные кабели показывают невероятно низкий результат. Например, сила тока с кабелем LG в 4,5 (!) раза больше, чем с самых плохим безымянным кабелем. Фирменные кабели Sony демонстрируют посредственный результат.
Для уточнения результата возьмём другое устройство — батарейный блок Xiaomi (практически разряжен). Посмотрим, какие результаты кабели покажут с ним.
Картина повторяется.
Качественными кабелями можно считать: LG, Xiaomi, QC1, QC2, QC3, Tronsmart, CN1. Кабели Sony и Asus показывают средний результат, для фирменных кабелей это не очень хорошо. Остальные безымянные кабели — это 90% (грубо говоря) того, что вам пытаются продать за дешево, полный хлам.
Apple Lightning
В своё обзор я не включил тест кабелей с разъёмом Apple Lightning, потому что у меня не было нужного переходника для подключения резистора. Но в реальных тестах с устройствами кабели ведут себя идентично описанному. У меня два оригинальных кабеля надорваны, как это обычно бывает с кабелями от Apple, у основания. С ними проблем нет. А вот 3 купленных кабеля в диапазоне от 2$ до 5$ показывают существенную просадку по силе тока. Один так вообще выдаёт только 0,26 А. Это не значит, что нужно бежать и покупать кабель от Apple за 20$. За 20$ и рваные у основания кабели компания Apple заслуживает только смачный плевок в лицо. Просто нужно подобрать правильный и проверенный кабель (я думаю, что на профильных форумах рекомендаций уже достаточно). А я в экстренных случаях пользуюсь вот таким переходничком за несколько центов:
Никаких проблем. В комбинации с кабелем LG заряжает iPad и iPhone не хуже оригинальных кабелей.
Выводы
Никогда не покупайте кабели не от авторитетных брендов (LG, Samsung, HTC, Lenovo и пр.), если вы чётко не знаете, что именно хотите. Кабель должен быть толстым и тугим (конечно, есть исключения — в обзоре вы ознакомились с кабелем QC1, QC2 и Xiaomi). Если у вас есть подозрение, что это подделка, например, очень низкая цена в оффлайн — просто не покупайте такой кабель.
Все другие кабели можно покупать только в том случае, если вы чётко знаете, что это кабель качественный (его кто-то тестировал). Никогда не слушайте советов консультантов: «А вот возьмите наш фирменный брендированный кабель ЕвросетьСвязнойКабель, его все берут и довольны». Пока консультант вам не покажет замеры этого кабеля тестером, его слова ничего не стоят. Никогда не ориентируйтесь на рейтинг покупателей при покупке кабелей, например, на Алиэкспресс. Если вы видите кабель Samsung с ценой 1$, несколько тысяч заказов и рейтинг покупателей 98%, то с большой долей вероятности этот кабель обычный поддельный хлам.
Если конкретизировать, то одним из самых оптимальных кабелей является кабель от LG. Его можно купить в двух расцветках оффлайн практически в любом салоне связи или онлайн (на eBay и Aliexpress он стоит от 2$ до 3$). Если вам нужен длинный кабель (2, 3, 5 метров), то присмотритесь к кабелям от магазина YourCharger на eBay (он же YourCable)— цена немного выше обычного, но вы знаете, за что платите. Если вам нужно несколько кабелей разной длины, то покупайте наборы кабелей от Tronsmart (их в онлайн магазинах полно). Если вам нужен короткий кабель для батарейного блока, то, например, возьмите дешевый кабель от Fasttech.
Прочитав много источников, находил везде одну и ту же информацию: порт USB 2.0 способен выдавать не более 500мА, обеспечивая мощность не более 2.5Вт. Однако некоторые вещи заставляют усомниться в этом.
Прежде всего, о полезном. Если в диспетчере устройств выбрать свойства "USB Root Hub" (не помню, как там по-русски, все устройства посмотрите), то на второй вкладке "Питание" отразится информация о подключенном устройстве: сколько для него необходимо миллиампер. Значение берется из начинки подключаемого устройства, это не фактический ток потребления на текущий момент:
— часть флешек требует 500мА (Kingston, Transcend), а часть 200мА (Toshiba). Причем опытным путем доказано, что флешка от Toshiba работает на любом удлинителе USB 1.8 метра, даже выполненном не по стандарту. Получается, чем меньше потребляет устройство — тем больше у него шансов заработать на удлинителе USB или некачественных передних разъемах корпуса;
— и действительно: оптическая мышка, потребляющая 100мА, без проблем работает на 3-метровом USB-удлинителе (а все флешки там уже "тю-тю");
— кабель USB A-B, идущий к принтеру, отразился рекомендованным значением 98мА;
— USB-HDD "Silicon Power" на 320ГБ показал значение 2мА (подключен к одному порту USB и успешно функционирует). Выяснилась причина: под значение миллиампер в ОС отведен всего 1 байт, и максимальное значение этого счетчика 255. Каждое значение счетчика равно 2мА. Это значит, USB-HDD вышел за пределы возможного максимального числа, и счетчик обнулился +1 (соответствуя числу 514мА или 1026мА). Но это больше, чем 500мА, заявленных в стандарте!
Это было первым сомнением в истинности Iмакс = 500мА для порта USB.
Второе: один концентратор обслуживает сразу несколько USB-портов, при этом написано, что максимум 500мА на порт. Значит, в моем случае, концентратор способен отдать 2.5А (т.к. отвечает за 5 портов). Если он способен выдать в сумме 2.5А — что же ему должно мешать выдаче, например, 2.5А на один порт, а 4 других просто заблокировать.
Третье: данные разобранного USB-HDD по питанию составляют 5В/0.85А. Это уже больше 0.5мА. Мало того, опытным путем было установлено, что для запуска HDD (реактивная нагрузка) требуется гораздо больший ток, чем указано на HDD.
Четвертое: запитал роутер через USB-провод, и уже тогда я откуда-то знал про значение 1200мА. Вот она, борьба парадигм: там услышал, здесь увидел, там сказали, здесь написали.
Все предпосылки к эксперименту есть, чтобы получить реальные числа силы тока этого HDD. На протяжение месяца врежусь в кабель USB A-miniB высокоточным амперметром за 20000 рублей — и сниму с него показания. Глазами или телеметрией — как получится.
(добавлено 07.04.2015): эксперимент с USB-разъемом прошел успешно, и мои догадки подтвердились. Использовалось следующее оборудование:
— мультиметр DT838 (вот тебе и "высокоточный". );
— активная нагрузка: внешний HDD Samsung Momentus ST320LM001, USB-подогреватель кофе Orient W1002B;
— пассивная нагрузка: 4 резистора С5-16В-8вт 1Ом ±1%;
— штекер USB;
— материнские платы EliteGroup G31T-M7 и Gigabyte C51-MCP51.
В процессе отдельного и параллельного подключения активной нагрузки стало известно:
— предельная сила тока для HDD (0.85А) является предельно точной, она была получена при раскрутке диска и при его инициализации после загрузки Windows (доли секунды). Сила тока в режиме простоя: 0.28-0.35А, в режиме передачи со скоростью 28МБ/с: 0.56-0.63А;
— подогреватель потребляет постоянные 0.6А, в том числе и во время пуска: нет реактивной нагрузки. Подогреватель кофе с мощностью всего 3Вт не может рассматриваться как серьезный бытовой предмет;
— при параллельном подключении нагрузки удалось получить значение 1.19А. Это значение превышает заявленное в стандарте USB 2.0 в 2.38 раза.
Далее встал вопрос: а каков корректный предел? Неопытный техник устроил КЗ, когда я ему доверил вопрос пайки, — однако техника не пострадала, и КЗ не пропало зря: амперметр зафиксировал постоянное прохождение через него 3.3А, значит в материнской плате есть некий ограничитель по амперам (например, в контроллере). Причем ограничение сработало и при выключенном ПК.
Чтобы избежать повреждения активной нагрузки, было решено отказаться от нее в пользу пассивной, переводящей всю энергию в собственный нагрев: резисторы. Как ни странно, резисторы высокой мощности и малого сопротивления оказались в дефиците, и удалось найти всего 4. Причем им лет 25-30, а срок сохраняемости данного типа составляет 15 лет. Какое же было удивление, когда после окончания экспериментов выяснилось, что сопротивление одного из них увеличилось на +50%, до 1.5Ома. Тогда стали понятны все "погрешности" в эксперименте.
Сначала было получено 1.45А, которые успешно нагревали резисторы несколько минут. Далее, понижая сопротивление, было достигнуто значение тока 3.05А. И именно при этом значении автоматика (материнской платы или Windows?) отключила USB-разъем, но каким-то необычным способом: уменьшив значение силы тока не до 0, а до 0.4А.
Итак, предельное значение силы тока для USB-разъема висит в диапазоне [2.66;3.05)А, что превышает значение стандарта в 5-6 раз. Но для каждого разъема этот диапазон, или это суммарная величина разъемов контроллера USB? Единственный способ узнать это — подключить к двум портам USB нагрузку, вызывающую силу тока более 3.05А.
(добавлено 10.04.2015): поступил проще, отказавшись от поиска дополнительных резисторов. Взял USB-провод с двумя входами типа "A" и выходом miniUSB. Выход отрезал, припаял резисторы на примерно 1.5Ом. В итоге получил 3.1А (менее 3.33А, опять что-то подъедает: просроченные резисторы что ли разного номинала, несмотря на маркировку). 3.1А были применены в двух (пока) комбинациях:
— если за пару разъемов USB считать соседние друг с другом (горизонтальные пары), то сначала оба входа были подключены к одной паре USB. Сработала защита, и ток 3.1А успешно опустился до 0.4А. Не до 0.8А (т.к. разъема 2) — из этого следует, что есть нечто, контролирующее именно пару USB;
— далее каждый из разъемов был воткнут в соседние пары. В итоге ток 3.1А не оборвался, успешно продержавшись все время, пока не раскалились резисторы (далее отключил).
Пока выводы следующие:
— Windows неправильно показывает количество портов USB, отведенных контроллеру;
— контроллеров USB несколько, и вероятность того, что контроллер управляет лишь одной парой USB, — присутствует;
— получение больших значений тока способствует подключению к ПК USB-устройств, потребляющих более 50Вт. Если взять стандартную материнскую плату с восемью парами USB, значит без последствий можно получить ток в диапазоне [10.64;12.2)А, что даст мощность [50,32;61)Вт;
— подчиненные стандартизации, большинство USB-гаджетов являются бесполезными именно потому, что должны потреблять не более 0.5А. При корректных 2.66А можно было бы получить подогреватель кофе в 5 раз мощнее, а USB-лампу — в 5 раз ярче.
Осталось:
— уточнить допустимый диапазон максимальной силы тока для пары USB [2.66;3.05)А;
— узнать, есть ли проседание напряжения на нагрузке;
— проверить, потянет ли 2.66А по одному USB_разъему нетбук;
— подключить в USB активную нагрузку хотя бы на 2.5А — и использовать ее на протяжение нескольких часов, чтобы убедиться, что такие токи безопасны для материнской платы в течение продолжительного времени.
(добавлено 13.04.2015): результаты на материнской плате Asus P5Q SE2 получились не очень хорошими. Такое же поведение, как и у прочих плат: если контроллер контролирует какое-то количество USB — то при превышении ампер ограничивает ток до 0.4А. При подключении нагрузки в разные USB выяснилось, что контроллера всего 2, причем один отвечает только за одну заднюю пару USB, а второй — за вторую заднюю пару и все "косички". В итоге мне из платы более 5.2А выжать не удалось (дальше просто не стал экспериментировать).
Завтра воткну в нее нагрузку 2.66А и оставлю всю эту конструкцию на максимальное время, пока на резисторах нельзя будет жарить яичницу, или они просто не сгорят. В итоге оценю способность разъема, штекера, проводов и контроллера держать ток больше 2А длительное время.
(добавлено 20.04.2015): тест 2.6А на протяжение 6 часов длился на материнской плате Asus M2A-VM. Никаких дефектов не замечено, температура разъема USB не более 38 градусов. Падение напряжения было незначительным — списал на внутреннее сопротивление амперметра. Тестовый стенд был разобран, к нетбуку не подключал.
