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27 mar 2018

¿INFLUYE EL CABLE EN EL TIEMPO DE CARGA DE UN SMARTPHONE?

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Hoy en día, la gran mayoría de smartphones se venden con un cargador y un cable separables, lo que propicia que los usuarios utilicen otros cables diferentes al original para cargar los dispositivos. En este artículo se analizará la influencia del tipo de cable usado para cargar un smartphone en el proceso de carga del dispositivo.

¿Cómo influye el cable en el tiempo de carga?

Figura 1 Cargando un smartphone

La capacidad de la batería de un smartphone es un parámetro que se toma muy en consideración a la hora de adquirir el dispositivo. La mayoría de usuarios necesitan recargar sus terminales bien a diario, bien cada vez que se presenta la oportunidad o recurrir a baterías externas (power banks) para alcanzar la duración deseada. Así, está claro que el proceso de carga se vuelve algo muy importante en la vida cotidiana de todos, más si se tienen en cuenta todos los aparatos que usan baterías recargables además del teléfono móvil. Es imprescindible que estos dispositivos cuenten con un sistema de carga fiable y cuanto más rápido, mejor para el usuario.

Los tres elementos que atañen a la carga del smartphone son sin duda, el cargador, el propio smartphone y el cable.

Cargador

El cargador es una fuente de energía. La tensión nominal más extendida es 5V aunque en realidad se genera un voltaje ligeramente superior y además puede variar con la corriente que se le exija al aparato. Existen cargadores con voltajes más elevados en la actualidad que permiten una carga más rápida comúnmente denominada “tecnología Fast charge”. Se trata de una tecnología con las mismas bases que la tradicional, pero no se tratará en este artículo.

¿Cómo influye el cable en el tiempo de carga?

Figura 2 Cargador con salida USB tipo A

Existe una corriente nominal especificada en cada cargador, comúnmente en el rango de 1 a 2 A, que generalmente no está limitada por este, con lo cual, es posible y frecuente, sobrecargar o dañar los cargadores cuando se utilizan para recargar un aparato que necesita más corriente que la nominal. Se debe utilizar siempre un cargador con igual o superior corriente nominal que la que el dispositivo necesita. Se puede tomar como referencia para esto la especificación del cargador original.

Smartphone

El circuito de carga del smartphone es inteligente y permite aumentar o disminuir la corriente de carga en función del cargador al que se conecte. Para que no quepa duda, la corriente de carga es proporcional a la velocidad de carga. El dispositivo intentará cargarse a la máxima corriente que pueda para completar la carga lo antes posible, excepto si el proceso está en su etapa final, conocida como “etapa a voltaje constante” donde se reduce la corriente.

La corriente de carga máxima está limitada por el circuito de carga integrado en el smartphone. Si se provee al dispositivo de infinitos amperios, no se sobrecargará el sistema, sino que consumirá lo máximo que esté diseñado para consumir.

¿Cómo influye el cable en el tiempo de carga?

Figura 3 Cable USB de altas prestaciones. Los conductores de alimentación están fabricados con cable 20 AWG.

Cable

El cable contiene generalmente varios conductores además de los de alimentación, para la transferencia de datos. Los hilos conductores, que en el mundo real oponen alguna resistencia, pueden parecer que no tienen influencia en el proceso de carga, dadas las secciones aparentemente adecuadas de los cables y las corrientes relativamente bajas que manejan.

Experimentado con diferentes cables

Aquí se muestra un experimento que consiste en medir la corriente de carga de un smartphone (sin llegar a la fase de voltaje constante), con diferentes cables. Los resultados son los siguientes:

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Se puede observar que la corriente varía notablemente con la longitud del cable. ¿Por qué? La hipótesis de que la resistencia del cable no era un factor influyente a esta escala quizá no sea correcta. Para determinarlo, se intentará encontrar alguna relación mediante unos sencillos cálculos.

Los cables USB 2.0 estándar suelen estar construidos con cable de sección AWG 28, que tiene una resistencia de 0.2129 ohmios por metro para el cobre con núcleo rígido. Si se realiza un cálculo con estos datos, el resultado no ilustra el comportamiento que se ha visto en la realidad, sin embargo, se pueden (y se deben) introducir algunos ajustes que bien podrían ser debidos a: los cables probados son de calidad inferior, alguno o todos pueden no ser de cobre, seguro no serán de núcleo rígido, la resistencia de los conectores en los dos extremos etc. Para modelar todo esto en los cálculos, se propone aumentar el valor de resistencia a 0.55 ohm/m, con lo que se obtienen los siguientes resultados.

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Las dos primeras columnas son las mostradas anteriormente. La tercera es la resistencia calculada del cable. La cuarta es la tensión que hay en el extremo del cable que se conecta al smartphone tras sufrir una caída debido a la resistencia del conductor. La última columna es la corriente de carga que consume el dispositivo.

Como sistema real que se intenta modelar, la tensión del cargador nominal de 5V, en realidad se ha tomado de 5.2 V (algo habitual). Se supone que el circuito de carga del smartphone no permite cargar a una tensión inferior a 4.6 V y que la corriente máxima de carga de la batería es de 2A.

En estas condiciones, se pueden observar unas cifras de corrientes de carga (segunda y quinta columna) cercanas. Esto quiere decir que con mucha seguridad el fenómeno de la resistencia del cable es el culpable de las diferencias en la corriente de carga del aparato con diferentes cables.

Conclusiones

En este punto se pueden sacar varias conclusiones:

  • El cable, más bien su calidad (resistencia) y longitud, influyen de manera muy importante en la velocidad de carga de la batería de un smartphone.
  • En cables relativamente cortos se pueden conseguir buenos resultados sin ser necesario que sean de calidad superior.
  • La diferencia entre un cable y otro puede ser tan grande como el doble de tiempo de carga.
  • En el experimento práctico se ha podido ver como el cable original del dispositivo no era capaz de aprovechar toda la capacidad del cargador, haciendo uso efectivo tan solo del 60% aproximadamente.
  • La solución para aprovechar al máximo la capacidad del cargador es utilizar un cable lo más corto posible o bien uno de buena calidad (baja resistencia, contactos dorados) diseñado especialmente para cagar el dispositivo.

AUTOR: PEDRO F. FERNÁNDEZ

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