Carga rápida, más allá de Quick Charge: qué es, tipos y compatibilidad

¿Cómo funciona una batería?

La batería es la pieza que se encarga de suministrar energía eléctrica a los circuitos de nuestros aparatos portátiles.

Las baterías de los móviles y las de la mayoría de los aparatos, en realidad, suelen estar compuestas por baterías más pequeñas, llamadas celdas, que son más fáciles y baratas de fabricar.

Esas baterías tienen dos electrodos (uno positivo y otro negativo) y un electrolito (conductor eléctrico).

Cuando el circuito se cierra -cuando se enciende el móvil, por ejemplo- los electrones viajan desde el ánodo al cátodo suministrando energía al teléfono.

En las pilas no recargables, estas reacciones químicas solo ocurren una vez, pero, sin embargo, en las baterías recargables la reacción es reversible (la podemos recargar).

Conceptos eléctricos

Podemos decir que una corriente eléctrica continua (CC) puede caracterizarse con:

• Voltios (V): miden el voltaje (V).
• Amperios (A): miden la intensidad (I).
• Vatios (W): miden la potencia (P).

¿Y qué son estos parámetros? Vamos a verlo con una analogía.

Imagínate una tubería vertical.

• Los voltios equivalen a las ganas que tiene el agua de pasar del punto más alto al punto más bajo, lo que equivale a la presión (estática).
• Los amperios miden la corriente, y en nuestra analogía equivaldrían a la sección de la tubería.
• Los vatios serían el caudal de agua que circula por la tubería, que aumentaría según aumenta la presión y según aumenta el área de la tubería. Por eso, potencia que se mide en vatios se calcula:

La potencia (P) es lo que determina la velocidad de carga y de descarga de una batería.

Conceptos previos de la carga rápida

Ya hemos visto un poco cómo funcionan las baterías, ahora vamos a ver en qué consiste la carga rápida.

Para cargar una batería más rápido necesitamos aumentar la potencia. ¿Bastaría con aumentar la intensidad o el voltaje? En principio sí, pero hay que hacerlo con mucho cuidado sino queremos que…

Las baterías son el componente más peligroso de los teléfonos móviles y es que si no se tiene cuidado (sobrecarga, sobrecalentamiento, etc.) pueden salir ardiendo o incluso explotar, como el famoso caso del Note 7.

El proceso de recargar una batería es parecido al de hinchar un globo con agua. Lo enganchas el grifo y al principio puede llenarse de agua muy rápidamente, pero cuando se va llenando tenemos que ir cerrando el grifo para que el globo no explote y que el agua no rebose.

Las baterías tienen unos chips controladores que regulan el flujo total de electricidad que entra y que sale de la batería, además, controlan otras variables como la temperatura. Por eso, la velocidad de carga dependerá de qué clase de controlador tenga nuestro móvil o powerbank.

¿Cómo funciona la carga rápida?

Aumentando la intensidad

Las baterías de iones de litio que se usan dentro de los teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos no se cargan de forma lineal, sino que el ciclo de carga se divide en dos fases distintas:

1. Al principio la batería va recuperando el voltaje o tensión de funcionamiento. En las baterías normales de los móviles la carga aumenta constantemente desde unos 2 V (cuando la batería está descargada) hasta los 4,2 V que se alcanzan a un 50% de carga aproximadamente. Esos 4,2 V ya se mantendrán constantes hasta alcanzar el 100% de carga. Estos valores son aproximados y dependen de cada batería en particular. Durante este periodo es cuando la intensidad (amperios) de carga puede ser máximo.
2. Cuando el voltaje se vuelve constante, la corriente empieza a decaer y, por lo tanto, se cargan más lentamente. Por eso, las cargas rápidas son realmente eficaces para cargar el teléfono hasta el 50 o 60% de carga, luego van considerablemente más despacio.

Las tecnologías de carga rápida aprovechan, sobre todo, la primera fase, la de corriente constante en la que se puede aumentar la intensidad antes de que la batería alcance el voltaje máximo.

Por lo tanto, las tecnologías de carga rápida son más efectivas cuando la batería está menos del 50 por ciento llena, pero tienen poco o ningún efecto cuando se supera el 80 por ciento.

Es algo que, probablemente, tú mismo hayas notado. De 0 a 50% el móvil se carga rapidísimo, pero que de 50% a 100% va mucho más lento.

Una cosa muy importante es que la fase de carga a corriente constante es el período menos perjudicial para el estado de salud de la batería a largo plazo. Es mucho más crítica la fase a voltaje máximo, que junto con el calor pueden afectar de manera perjudicial a la vida útil de la batería.

Aumentando la tensión

Si las baterías de iones de litio tienen una tensión típica de entre 3 y 4,2 V, ¿no es peligroso utilizar cargadores de mayor tensión?

Sí y no. En principio sí sería peligroso administrarle un mayor voltaje a la batería, pero en realidad los circuitos internos del teléfono reducen el voltaje y aumentan la corriente. De esta manera se mantiene la misma potencia (P = IV), pero usando un rango correcto cuando la corriente llega a la batería.

La conversión de 10V/1A a 5 V produciría idealmente una corriente de 2 A. Sin embargo, en el mundo real, siempre hay pérdidas asociadas con estas conversiones en las que se disipa calor. La eficiencia suele rondar el 90% aproximadamente.

¿Por qué usar voltajes más altos?

Hay dos razones principales que nos animan a usar voltajes más altos. En primer lugar, las fuentes de alimentación conmutadas son más eficientes que los reguladores lineales que disminuyen los voltajes a través de la disipación de calor.ref

Lo que es especialmente importante a la hora de evitar el sobrecalentamiento de nuestros teléfonos y sus baterías.

El segundo hace referencia a la pérdida de energía a través de los cables USB, especialmente los más largos. Una resistencia hace disminuir la tensión según la ley de Ohm (V=IR). Por eso, al transmitir la misma potencia usando un voltaje más alto y una corriente más baja es más eficiente y pierde menos potencia.

Sin embargo, los reductores de potencia tienen la desventaja la desventaja de soportar menos corriente que los reguladores lineales.

Por eso, la potencia máxima dependerá del tamaño del inductor, del condensador y de la ondulación de tensión, así como de la frecuencia de conmutación, además de las capacidades de potencia de los transistores. Por lo que para alcanzar las intensidades de corriente más altas necesitaremos un regulador de tensión lineal.

Esta es la razón por la que algunas de las tecnologías de carga rápida de bajo voltaje de 5V, como las de Huawei y OPPO, ofrecen más potencia total que las versiones de conmutación de alto voltaje de Qualcomm y Samsung.

El diagrama de arriba muestra cómo las tecnologías PumpExpress 3.0 y 4.0 de MediaTek logran alcanzar hasta 5 A de corriente de carga. Si se conecta un cable de 5 A, su tecnología evita (bypass) el cargador de conmutación convencional para permitir una corriente más alta.

El estándar del USB

Si hay algo “universal” en el mundo de la informática, ese es el USB (Universal Serial Bus).

Lo llevan incorporado la inmensa mayoría de dispositivos, desde móviles, ratones, pasando por auriculares e incluso coches.

Lo primero que debemos tener en cuenta es que una conexión USB se caracteriza por dos cosas: el conector y el número de versión de USB.

• Forma del conector: USB tipo A, USB tipo B, mini USB, micro USB, USB tipo C…
• Especificación: el número de versión USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1, etc.

En principio, lo que más nos importa a la hora de ver la potencia de carga es el número de versión que utilizan nuestros dispositivos que es la base que usan los fabricantes, para luego implementar sus sistemas.

Implementaciones de los fabricantes para mejorar la velocidad de carga

Como acabamos de ver, el estándar USB “a secas” ofrecía muy poca potencia, así que cada fabricante desarrolló su propia tecnología de carga rápida. Con los años, muchas han convergido hacia el estándar universal (USB Power Delivery), pero el panorama sigue teniendo su miga. Vamos a verlo.

Quick Charge de Qualcomm

El Quick Charge (QC) es uno de los estándares más extendidos, ya que lo desarrolla Qualcomm, el gigante de los chips para móviles. Sus versiones principales:

• QC 1.0: 5 V / 2 A → 10 W.
• QC 2.0: 5, 9 o 12 V → hasta 18 W.
• QC 3.0: voltaje dinámico entre 3,6 y 20 V, hasta 18 W.
• QC 4 y 4+: juegan con voltaje e intensidad y son compatibles con USB Power Delivery, llegando a unos 27 W.
• Quick Charge 5: el gran salto (2020). Supera los 100 W, es compatible con USB PD PPS y carga muy rápido con buena gestión del calor.

Todas las versiones son retrocompatibles: puedes usar un móvil QC5 en un cargador QC 2.0, pero irá a la velocidad del más antiguo.

La convergencia: USB Power Delivery (USB PD)

Es, con diferencia, el estándar más importante hoy. Lo mantiene la USB-IF (la organización del USB), es abierto y gratuito, y funciona sobre USB-C. Ha crecido por versiones:

• USB PD 3.0: hasta 100 W (20 V / 5 A). De sobra para móviles, tablets y muchos portátiles.
• USB PD 3.1 (2021): introduce el modo EPR (Extended Power Range) y dispara el tope hasta los 240 W (48 V / 5 A). Con esto, un solo cable USB-C carga desde unos auriculares hasta un portátil potente.
• PPS (Programmable Power Supply): una función clave del PD moderno que permite ajustar el voltaje en pasos muy finos (de 20 mV) en tiempo real. Es lo que usan Samsung, Google o Apple para cargar rápido de forma eficiente y con menos calor.

La gran ventaja del USB PD es la compatibilidad: si tu móvil y tu cargador lo soportan, funcionan a buena velocidad aunque sean de marcas distintas.

Los sistemas propietarios (Oppo, OnePlus, Xiaomi, Huawei…)

Aquí está el reverso de la moneda: muchos fabricantes chinos siguen usando sistemas propietarios que solo dan su máxima velocidad con el cargador y el cable oficiales. Con un cargador de otra marca suelen caer a 18-45 W por USB PD.

• SuperVOOC (Oppo) y su gemelo de OnePlus: de los más rápidos del mercado. Hoy es habitual ver 80-100 W en la gama alta, y Oppo ha llegado a demostrar 240 W en laboratorio.
• HyperCharge (Xiaomi): típicamente 120 W en sus tope de gama (Xiaomi llegó a enseñar 300 W en pruebas), capaz de llenar la batería en unos 20 minutos.
• FlashCharge (Vivo / iQOO): en la misma liga, con 120 W e incluso 200 W en algunos iQOO.
• SuperCharge (Huawei): juega con voltaje y amperaje y alcanza los 100 W en sus modelos punteros.

UFCS: el intento de poner orden

Para acabar con este caos de estándares incompatibles, la industria china creó en 2022 el UFCS (Universal Fast Charging Specification), un estándar unificado que busca que un mismo cargador cargue rápido cualquier móvil compatible, sin depender de la marca. Es, en la práctica, el equivalente “local” a lo que el USB PD hace a nivel global.

Otros: Anker PowerIQ y MediaTek Pump Express

• PowerIQ (Anker): más que un estándar de móvil, es la tecnología con la que los cargadores y baterías externas de Anker detectan el sistema de carga de tu dispositivo y le dan lo máximo posible. Muy cómodo por su amplia compatibilidad.
• Pump Express (MediaTek): el equivalente de Qualcomm para móviles con chip MediaTek. Hoy ha quedado bastante en segundo plano frente al USB PD.

Cargadores GaN: más pequeños y fríos

Un avance que lo ha cambiado todo son los cargadores de nitruro de galio (GaN). Este material sustituye al silicio y permite más potencia en menos tamaño y con menos calor. Por eso hoy un cargador de 65-100 W puede ser tan pequeño como el viejo de 20 W. Si vas a comprar uno, que sea GaN, con USB PD y PPS: es la apuesta más versátil y a prueba de futuro.

La carga inalámbrica: Qi, Qi2 y MagSafe

La carga sin cables es comodísima, aunque menos eficiente (parte de la energía se pierde en forma de calor). El estándar universal es el Qi, que suele rondar los 15 W. Las novedades importantes:

• MagSafe (Apple) y el nuevo Qi2: añaden imanes para que el móvil se alinee solo con el cargador, ganando eficiencia. El Qi2 carga a 15 W y la revisión Qi2.2 sube hasta los 25 W.
• Sistemas propietarios inalámbricos de Xiaomi, Oppo o Huawei que, con su base oficial (y un ventilador para disipar el calor), llegan a 50 W o más, acercándose a la velocidad del cable.

Resumen

Como los antiguos estándares USB no eran muy eficaces a la hora de cargar nuestros móviles de manera rápida, los fabricantes implementaron soluciones propias que son más o menos compatibles entre ellas.

Por suerte, el estándar USB Power Delivery ha simplificado mucho las cosas: es gratuito, lo puede implementar cualquier fabricante y con la versión PD 3.1 ya alcanza los 240 W. Marcas como Apple, Samsung o Google se apoyan en él (con PPS), y en China el nuevo UFCS persigue el mismo objetivo de unificar la carga rápida. Aun así, los sistemas propietarios (SuperVOOC, HyperCharge…) siguen siendo los más veloces, pero solo con su cargador oficial.

A continuación, te dejo una tabla de los estándares de carga rápida ordenados por la potencia máxima.