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【微讯10期2/5】手机快充科普-史上最详实

2015-11-01  阳光小哥


在电池技术没什么突破性发展时,快速充电对手机来说非常重要,不支持快充都不好意思称是旗舰。那么,市面上的快充技术有什么区别吗?各厂商的快充技术又有何特点呢?2015年下半年,基本上都配备了快速充电技术。一般充电功率超过10W(也就是5V 2A)才能称之为快速充电

简单介绍手机充电的进化

1.开始手机电池不大,USB接口默认5V 0.5A就可满足;

2.智能机性能强大功耗上升,定义增强USB充电识别标准: BC 1.2-电流最大扩展到5V 1.5A;

3.2013年左右,出现3000毫安智能手机,这时5V 1.5A也不能满足需求了,再次扩展到5V 2A。

常识1

充电电流由手机控制,而不是充电器。

手机会智能检测充电器的负载能力,充电器功率大质量好,手机会允许充电器加载更高电流;充电器设计输出电流小,那么手机则限制给自己充电的电流。这是为什么我们要选购大功率充电器的原因,例如手机最大支持5V 1.5A的输入,买个5V 1A的充电器会导致手机只以5V 1A来充电,不仅充电速度慢,而且充电器一直全负荷工作发热严重;反之你买个5V2A的充电头,手机会控制只输入1.5A的电流,充电器负载较低,有充足的余量。苹果iPhone 6/Plus最高支持5V 1.5A/2A的充电,吝啬的苹果标配充电器只有5V 1A。对1800多毫安电池的iPhone6无关紧要,但对接近3000毫安时电池iPhone6 Plus简直要命!

测试中iPhone 6 Plus用iPad充电器的峰值充电电流能到5V 1.9A,原因一个节省成本。毕竟库克要赚大钱,任何脑残果粉妄图在这个问题上洗地可笑。

目前iPhone 6S/6S Plus应会延续这个风格,大家可以在富连网上抢先购买,然后再买一个iPad充电头,齐活~~

继续谈历史。5V 2A是高通所谓的Quick Charge 1.0技术。实际为防止充电器满负荷,一般手机都限制到5V 1.8A左右。安卓手机5V 2A充电技术没限制也没有识别协议,大家都可用。但苹果例外,不仅Lighting数据线有认证,充电器也是有认证的,苹果设备检测到非原装充电器会限制电流到5V/1A甚至0.5A,带了个极坏的头,为利益刻意制造硬件认证和软件限制,导致大家的设备不能通用;脑残果粉别洗地说你果为了安全blabla,劣质充电器不管是什么玩意,对你和设备的伤害是一致的!5V 2A跟1A并不没什么区别,5V 1A的假冒苹果充电头电死人的消息少吗?高通啥的如梦初醒,还能这么赚钱?结果各家的私有协议纷纷出炉,如果你不小心手机买多了,得配上好几个不同的充电头!

要提高充电速度,关键在于提高充电的功率。功率(W)=电流X电压,充电器把220V降到5V输出到手机Micro USB接口,然后手机内部电路再降压到4.3V左右给电池充电。这里面一共有两个降压的过程。

之前充电器输出电压都是5V,大家想着怎么提高电流;但到5V 2A之后,瓶颈就来了:电流再增加势必造成大批Micro USB接口和数据线无法承受。

通用的Micro USB接口和USB数据线,只能在2A的电流下保证安全高效的传输,超过2A硬件受不了。质量牛逼的倒可上3A,必须考虑到劣质数据线和USB口的可能性,一味的提高电流劣质配件上很容易出事故。

机智的高通就提出一种高电压技术路线-- Quick Charge 2.0:为何不提高充电器到USB接口的电压呢?确实是一个非常好的想法,提高电压可在数据线电流负载不变情况下提高充电功率,接口和数据线都不用更换,大大节省了成本。

高通在Quick Charge 2.0上设计两方案-A和B类。A类可输出5V、9V、12V三种电压,实际上基本上只用9V这个档位。B类方案电压支持到5V、9V、12V、20V四种电压,功率可达60W,基本上是给平板和笔记本准备的

简单计算小米4/NOTE,输入限流9V 1.2A,实际功率也和5V 1.8A是一样的了,但电流直接小1/3,数据线和接口的损耗大幅度降低了。

真正实现了快速充电的,三星S6/EDGE来说,低电量时的峰值速度可达9V 1.5A左右约14W,比5V 1.8A提高约50%,才是名副其实的快充。

MOTO X STYLE/联想P1/魅族PRO5,基本都到了20W左右,比起S6又是不知道高到哪里去了~~

常识2

手机充电时的电流不是一直不变的!

手机处低电量时,要求充电器全速工作补电,是所谓的峰值。这时充电器和手机的降压电路火力全开,充电非常快,损耗和发热也很大。

充到60%~80%时,据各厂家设定不同,手机会给充电器发送信号降低电流,达到保护电池、降低损耗、减少发热等目的;后阶段,充电功率大幅降,即常说的涓流补电。充电器只能被动的适应手机的需要,同样电压下不存在所谓充电器功率过高冲坏手机的愚蠢说法;当然做死用只有9V电压的充电器充限制电压5V的手机肯定会出事

不过高通怎么会大发善心推动大家一起进步呢?Quick Charge 2.0有所谓的识别过程的,识别不出就滚回5V慢慢充电吧。高通对硬件的控制非常强,支持Quick Charge 2.0的产品需要通过认证;高通授权给了UL实验室来做(MTK快充认证也是),QC 2.0认证费1500美金,约合1万人民币每款,认证周期2-6周。同时还威逼利诱厂家使用高通的SMB芯片来做快充方案(手机不用说,移动电源也会让你用SMB)。

大家得到启发,纷纷开始做自己的私有识别协议。如MTK的PUMP EXPRESS PLUS,华为荣耀7搞的识别协议啊。基本原理一样,就是从5V开始充电,然后充电器和手机互相识别,在电流最高2A的情况下提高充电器到手机USB端口的电压。

还有一堆马甲出现,如三星FastCharge,华硕手机快速充电,都是Quick Charge 2.0的马甲;魅族mCharge则是MTK PUMP EXPRESS PLUS马甲。

据说三星从NOTE 4开始有自己的识别协议,先检测自己的再检测Quick Charge2.0,对三星手机来说不挑充电器,只要支持Quick Charge 2.0就行。

但华为和使用MTK PE的魅族就不行了,必搭配自家的专用充电器;搞笑是他们家的充电器反而支持QuickCharge 2.0,可给三星或者小米的手机实现9V快充。因充电器的QC认证高通管的不是很严,想做就做了,只要你不宣传、不打Quick Charge 2.0的LOGO就没事。快充技术的具体原理都差不多:充电器与手机进行通讯,开始使用5v电压正常充电;若支持快速充电协议,手机会与充电器进行短暂的通信;充电器收到正确的信号之后,开始输出9v电压。(过程见下图,使用MX 5示意)

不同在于:Quick Charge 2.0以及华为的私有协议是通过micro USB接口中间两线(D+D-)上加载电压来识别,识别正确才会上9V;魅族等实用的MTK PEP技术则是通过电流波动进行识别。相对MTK技术对线材要求降低,因QC 2.0的识别方式要求数据线必须能够传输数据,线材缺失传输数据用的D+D-只能5V了;但是MTK PEP技术则毫无压力,因为是电流波动来识别的,只要你这根线能通电我就能识别出来。

最近出现Quick Charge 3.0,在Quick Charge 2.0基础上增强灵活性,200mV增量一档从3.6V到20V电压的灵活选择。

翻译成人话:QC 3.0总功率和实现方式跟QC 2.0没啥区别,不过QC 2.0大家一般都是9V,最近联想P1才到了12V 2A左右;而3.0直接把手机的最高标准都弄到了12V(注意12V是手机,20V是给平板、笔记本准备的),“与Quick Charge 2.0相比,提高快速充电速度达27%”。

高通“积极学习”MTK PEP先进经验,以前粗放电源管理进化到200mV一档精细管理,提高充电效率降低了损耗blablabla,号称“与Quick Charge 2.0相比,减少功率损耗最高达45%”。总而言之,MTK领先高通1年~~

快充门槛不在技术上,在于各大厂商跑马圈地搞的这些乱七八糟互相不通用的识别协议上,是科学技术发展过程中遇到资本主义的无奈。当然并不是没有大一统的识别协议,USB推广小组早在2012年7月份就制定了USB PD 充电协议,全称“USB Power DeliverySpecification”。

USBPD根据可供给的电力设定了10W、18W、36W、60W、100W五级规格。PD技术不仅充电功率强悍,更牛逼是可以实现双向充电,就是说两台电脑用USB线连接可以互相充电,比起QC这种单向充电的不知道高到哪里去了!

然并卵,PD不是一个USB强制协议,只是可选配的标准。高通这种豪强怎么可能买账?QC标准还不是推推推~~现在就看苹果的态度到底如何了,如果苹果决定下一代产品加入USB PD协议,业界这群墙头草必然疯狂跟风。还有,USB PD充电协议并不跟Type C捆绑的啊,导致出现了很多奇怪的事情;比如乐视第一个在国内洋洋得意的推出Type C接口的手机,但是乐1在初始软件版本中把自己定义成一个充电器……..如果那时候拿New MacBook的TypeC充电器连接乐1,会惊奇发现,两货谁都不鸟谁,无法充电~~(也不知道现在解决了没有)

常识3

电流增加Micro USB接口和数据线无法承受。USB Type C接口解决问题。

Type C接口触点数量数倍于Micro USB接口,使得它能承受的电流强度大大增加;同时Type C加入了互相识别的步骤,可以把自己定义成充电器或者受电设备。USB Type C天然支持快充,同样电流下USB Type C损失更小,且可支持双向充电。使用了USB Type C而不支持快充都是耍流氓,比如一加2,只能5V简直2333;指纹识别—电容感应用的FPC公版模组就不说了,目测快充发热和成本也搞不定,最终为省钱直接给砍了,然后blabla什么端口过长……..为了Type C而Type C的想法也是醉了。

目前来说的话,主流手机的实测充电峰值功率见下图。

虽然小米是国内很早上QC 2.0的厂家,但9V 1.2A参数相比5V 2A毫无优势,甚至因涓流充电时间过长导致充电效率被5V 2A吊打,“快充不快”比较搞笑;直到小米NOTE 顶配版才把电流放开到1.5A。魅族从搭载PEP快充技术的MX 5开始一路狂飙,MX5的9V 1.8A已足够狂暴了,没想到PRO 5直接上了12V 2A…….功率提升到20W以上才真正体现了快充的实用价值。

常识4

Quick Charge 2.0或MTK PEP快充,电流、电压自适应

什么意思?如MX 5/荣耀 7,使用6~7V的不稳定电压,可给手机充电,手机电路会自动适应并进行电流转换。就发现了一个非常好玩的东西,如果你的手机(如荣耀7)使用了私有协议进行9V或以上高电压充电,同时专属充电器非常昂贵或者稀缺,那么可直接TB弄一个高电压的充电器(电压在手机承受范围之内,例如路由器的9V电源),改造或者转接一个MICRO – USB口,直接插到手机上强X充电~~

因手机能自适应电流电压,并没有什么太大的危险……只要充电器是正规厂家生产的就行。当然如果你屁都不懂,不建议这么玩。

快充的另类技术,OPPO的VOOC闪充

前面提到高电压充电技术是因电流超过2A硬件就受不了;于是OPPO简单粗暴办法:从头到尾改造硬件!

VOOC闪充可简单看作充电器直连电池,用特制加强充电器、数据线、电池,去除Micro USB端口限制;电池进行多模块分组同时充电(不确定并联)。一来不用担心硬件吃不消;大家充电功率在10W徘徊时,OPPO一口气直接拉到快要25W…….FIND 7创充电记录,到现在罕有匹敌。

因整体设计抛去大量增降压路线,线路损耗比QC等高电压方案小得多(可看作大部分发热组件都扔到充电器里面去了);功率大大增强同时发热却能做到优秀控制,不得不说是种极为成功的快充设计。

VOOC闪充有很多的闪光点,其技术指导思想就是用高成本换高功率和低发热;和其他快充技术尽可能立足现有标准,小投入大产出的思路确实不同。结果就是OPPO FIND 7独孤求败了两年多,尽情碾压后辈。但VOOC闪充并非没缺点,首先充电器块头,FIND 7闪充充电器个头无以伦比,携带还是插孔都不很方便,不过OPPO后期改进体积大为缩小。

其次,因全部采用OPPO设计方案,VOOC闪充只在OPPO高端机型上使用,通用性为0;给其他手机只能最高5V 2A,出于商品竞争的角度可理解。

最后,VOOC闪充成本太过高昂,特制充电器、数据线、电池导致整机售价受影响,据说电池是牺牲了寿命获取对高电流的耐受性,且OPPO在屏幕和触控IC堪称丧尽天良,1万K超高色温垃圾屏和延迟成狗触控出现在3000的机器上,唯有OPPO一家。

其他厂商也没有干等着,9月份最新产品,如MOTO X STYLE/联想P1/魅族PRO 5,基本都到20W以上的充电功率,VOOC的优势被无限削弱了。


(实际上MOTO X STYLE峰值大约是9V 2.2A,接近20W)

虽VOOC辉煌一时,以上问题加上高电压充电的产业链实在太过庞大,让VOOC优势大大减少,反而成本问题更显突出;迫使OPPO做出了降低功率减少成本(最新产品只有5V 4A共20W),及准备换装QC 3.0技术的讨论。

安全性

对于消费者说,最关心问题:手机充电速度突飞猛进,电池会不会充到燃烧甚至爆炸?其实电池发展速度并不是人们想象中那么慢,据目前手机电池发展,安全充电电流是1C,新型电池目前已经能支持到1.5C甚至2C的充电能力。1C什么概念?举例一颗3000mAh耐受电流最大1C的电池,充电电流不超过3A。现在2C的电池已开始应用,没必要担心,需求极强烈的行业进化速度极为猛烈。

目前来看,手机电池的充电电流倍率上限通常不是手机充电速度的瓶颈,不管是QC还是MTK的PEP技术,充电功率完全在电池的承受范围之内。在手机正常的寿命范围之内,快速充电技术完全不会造成任何影响。给电池充电电流的额定值,由主板内设定,手机不傻遇紧急情况会自动调节的;更不用说充电速度越快,代表手机的定位越高端,用料越是好,安全措施越是到位,越是不容易出问题

快充的意义

目前快充技术因有涓流充电过程,0-100%充电时间要1小时10分左右;没有快充也就多半个小时,觉得快充没什么用;有人认为一天到晚插着充电,快充没什么用。每人都有想法都有自己的实际,但科技最终正是通过不断的进化改变人的想法乃至行为习惯。

快充最大意义,就是爆发性的冲刺充电阶段。特别目前新机型的功率普遍上20W,3000毫安时电池10分钟可以充大约25%,30分钟可达60%以上!

意味着什么呢?将完全改变我们的充电习惯乃至使用智能机的习惯!过去充电速度不够快,只能慢慢的等待,有人发展出了晚上睡觉插着充电的习惯;移动电源大行其道,因没人能忍受在充电器旁边等待两三个小时。

但有了快充,一切都会变化。即使晚上忘充电导致电量过低甚至关机,只要早上洗漱时顺手一插,出门之前就有足够“安全”电量;在外为业务不断奔波时,只要吃饭空档接上电源,吃完抹抹嘴,又可以稳定的支撑一下午的需要;临上高铁没电,列车又不带插座的老型号,只要在等待区充10分钟就能让手机支撑数小时车程,配合覆盖越来越广3/4G完成你的工作、娱乐需求;所以 快充恰恰适应了目前智能手机碎片化使用的实际情况。

快充意义不仅在于节省的那一两个小时,更重要快充能够在重要时刻减少不必要的时间浪费,提供更多的使用时间,抓住关键机会实现更高的价值。不被充电时间所束缚,不用再为电量担心,不用守着插座坐立不安,大大减少使用移动电源“挂尿袋”的机会,是快充的典型意义。

换句话说,时间越值钱,快充越有意义;时间越廉价,快充没那么重要。

文章内容转载自“驱动之家”


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