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手机快速充电的原理-头条网

2015-04-18  唯我英才

当下的几个智能手机平台各有利弊,唯独续航时间是一个全行业的共性问题。

事实上,快速充电一词是一个相对笼统的概念,它有着三种不同的实现形式,即:

一、电压不变,提高电流

二、电流不变,提升电压

三、电压、电流均提高

经历过MP3时期的用户一定对快速充电并不陌生,包括三星、索尼都曾经推出过相应产品,只需充电数分钟可以连续听上一个小时甚至更长时间的音乐,而当时厂商所采取的的方案与当下并无大致差别,但在智能手机上实现快速充电仍不是一件容易的事情,特别是需要考虑到电池本身就是智能手机中最大的安全隐患,因此得以采用的方案必须是在实现快速充电的同时,还必须能够对安全进行平衡掌控的措施。

目前业界比较有代表性的快速充电方案有两种,分别来自于国产手机厂商OPPO的VOOC闪充和高通的Quick Charge。二者在思路上趋向一致,但具体方案和最终成效则略有差距。

OPPO VOOC 闪充

VOOC 闪充技术最早于今年上半年 OPPO 发布的旗舰机型 Find 7 上被推出,其采用的是降低电压增大电流的充电方式(利用 5V 的标准充电电压将充电电流提高到了 4.5A,比普通充电快了4倍)。而为了更好的实现闪充的目的,OPPO 还专门向上游供应商定制了全套的 IC 器件(包括专门的电源适配器、电池、数据线、电路以及接口)。其中,包括8触点电池和7pin接口都是专门为了支撑充电大电流而特别定制的。另外,通过对适配器的调整,VOOC 闪充将充电时最大发热源,即充电控制电路从手机中移植到适配器端,以解决了充电时设备过热的问题,并在适配器中加入了一个智能 MCU 以实现对电路的控制,以确保充电过程中的智能检测和管理。

高通 Quick Charge 2.0

高通推出快速充电解决方案现在已经升级到了 2.0 版本,而年初发布的HTCOne M8 以及前不久发布的小米手机 4 上即搭载了这项技术。该技术实际上源于高通在2012年收购的加州电源管理芯片厂商 Summit Microelectronics,后来高通将其整合进了自家的处理器芯片当中。和 VOOC 不同的地方在于,高通 Quick Charge 采用的是高电压高电流模式,通过将手机输出电压提高到了 9V、电流提高到了 1.6A、使输出功率提高3倍以达到快速充电的目的,但高通 Quick Charge 方案同样需要配备专门的电源适配器才能够配合芯片实现快速充电的效果。

对比来看,OPPO VOOC 闪充的速率更高,但由于元器件全部采用定制化,因此成本相对过高,而受限于 OPPO 本身的体量和在行业内的话语权,大规模推广 VOOC 闪充短期内也不太现实;相反,高通 Quick Charge 的门槛就要低很多,采用高通高端处理器的智能手机都可以借由对电源适配器的升级改造来实现这一功能,因此后者在行业内的普及将会相对更加顺畅。

在新兴电池技术本身在一段时间内无法做到为智能手机提供大规模商用,以及备受看好但成本高、成长缓慢的无线充电技术短期内也不具备实际意义的当下,通过减少充电时间来变相增加手机的使用时间的方法是最为可行的。同时,这也为用户减免了购买移动电源的一笔额外支出,以及需要为此承担的更大的安全隐患的问题,也让一些小白用户不再需要纠结于安装的电池管理软件究竟有没有效果并因此对手机电量精打细算。而在当下正在大面积普及的 4G 网络下,快速充电也正好可以弥补用户使用 4G 时功耗大、用量多的问题。另外,这种思路也可以广泛应用于其他领域,例如续航问题相对更为严峻的可穿戴设备与智能汽车等等,目前已经有部分公司开始着手研发相关的设施和配件了。

作为一个由国产手机厂商推出的全行业领先的功能,几乎可以被称为是“黑科技”的VOOC闪充不仅在4G大潮来临时为OPPO品牌带来了一项非常具有竞争力的卖点,还将极大的带动和代表国产终端在创新方面的体现,并向行业和用户证明国产手机并不只有价格优势。同时,这也将为国产手机一直以来难以向中高端市场发展提供案例并打下基础。

需要注意的是,受限于当前主流的电池材质和技术限制,因此无论是何种快速充电方式,其生效的范围都有一个顶端值。当快速充电跑完了前面的赛程之后,剩余的电量必须是以“涓流充电”的方式缓慢充入设备的。这样可以保证电池过冲以及其他可能存在的安全问题,这也就是为什么厂商公布的最终充满电的时间往往比其快速充电的效率要额外长一些时间的原因。

工作原理

在充电时,充电器会将电流输送到电池中去,然后电池会将电能储存起来。在确定的电压条件下,增加电流意味着功率增加,从而能够更快地将电池充满。不过这也需要涉及充电过程的各个零部件都需要承受更高的功率。因此,如果不同的充电器有着不同的充电电流的话,那么即便为同一台手机充电,充电时间也会有所不同。

智能手机或者平板电脑中都存在一个管理电路用于限制充电电流以防止过高的功率引起危险。当然,充电器在正常情况下输出的电流并不会超过最高电流限制。目前大多数的手机充电器在充电池时都会将高压交流电转化为5V和标定电流的直流电。

不难看出,提高充电电流限额将会增加充电速度。高通Quick Charge 1.0技术最高支持10W的充电功率,这意味着在5V的充电电压下,充电电流可以达到2A。而Quick Charge 2.0在Quick Charge 1.0的基础上将最大充电功率进一步增加到了36W,因此大大缩短了充电时间。Quick Charge 2.0技术分为A级和B级两种标准,其中A级标准适用于智能手机、平板电脑以及其它便携式电子设备。

根据高通给出的数据,Quick Charge 2.0 A级标准规定的最大充电电流为3A,如果在5V的情况下,充电功率就为15W,因此充电速度要比最高支持10W的Quick Charge 1.0技术更快。

此外,Quick Charge 2.0还支持5V、9V和12V三种电压,从而进一步提升充电功率。这意味着一台高电压充电器可以适配更多设备,而且可以抵消劣质充电线和较长充电线带来的电压损耗,从而保证充电的效率。

Quick Charge 2.0和Quick Charge 1.0设备之间也相互兼容,但只有搭配支持Quick Charge 2.0的设备时,Quick Charge 2.0充电器才能发挥最高3A的充电电流。

用电脑充电

除了充电器之外,有时人们也会使用电脑上的USB接口来充电。但值得一提的是,目前广泛使用的USB 2.0和USB 3.0分别支持0.5A和0.9A的电流,某些为充电特别设计的USB 3.0接口的最高输出电流也仅仅达到了1.5A。因此,由于最高电流还达不到2A,使用Quick Charge 1.0和Quick Charge 2.0设备在使用同一个USB接口充电时的充电速度也并不会有区别。

为何需要一个新充电器

目前市面上手机等电子设备的充电器的最高电流都在1A至2A之间,因此如果想发挥Quick Charge 2.0最高3A的充电电流的话,需要借助输出功率更高的充电器。理论上来说Quick Charge 2.0支持所有输出电流达到3A并且输出电压达到5V的充电器。当然,如果你用这样的高功率充电器为一台Quick Charge 1.0设备充电的话,设备会自动将电流限制为2A。需要注意的是,由于可能会错误识别成USB连接,因此不支持Quick Charge技术的设备可能无法发挥高功率充电器的优势。

品牌之间相互兼容

虽然很多厂商已经或者即将推出支持Quick Charge 2.0技术的快速充电器,但消费者并不需要为更换设备而担心,因为Quick Charge 2.0充电器和设备之间是相互兼容的,就算品牌之间混搭也不成问题。比如摩托罗拉和HTC已经分别推出了Turbo Charger 2.0和Rapid Charger 2.0快速充电器,支持以5V电压和3A电流为设备充电,而由于这两款充电器都采用了高通Quick Charge 2.0技术,因此其实两者的充电效果并没有区别。当然,在技术规格中,厂商也会注明是否支持Quick Charge 2.0。

尽管目前市面上能买到的Quick Charge 2.0充电器还不算太多,但是随着大电量电池的流行,Quick Charge 2.0很快也将被厂商广泛采用。而且由于Quick Charge 2.0支持骁龙800处理器,因此今年和去年推出的几乎所有旗舰机型都将支持3A充电电流,所以持有上代旗舰机型的用户也可以放心地使用Quick Charge 2.0充电器来节省宝贵的充电时间。

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