快充技术最详细科普,立马变专家

2016-09-06 12:21:00
转载
转贴
2403
摘要: QC3.0旅充快充方案,下载链接:http://www.szparkson.net/product/216.html

 QC3.0旅充快充方案,下载链接:http://www.szparkson.net/product/216.html  

从入门到精通 最详细的快充技术科普

2015年下半年的机型,基本上都配备了快速充电技术。一般来说,我认为充电功率超过10W(也就是5V 2A)才能称之为快速充电。

 

先简单介绍下手机充电的进化:

 

一开始手机电池都不大,这个时候USB接口默认的5V 0.5A就可以满足充电的需要;但是当智能机出现之后,由于对性能的大幅度渴求导致功耗上升,0.5A已经满足不了需要了;于是定义了一个增强的USB充电识别标准: BC 1.2。它将充电电流最大扩展到5V 1.5A

常识1

手机充电电流是手机来控制的,而不是充电器。也就是说手机就是大坝,充电器只是水库,手机会智能检测充电器的负载能力,充电器功率大质量好,手机就会允许充电器加载更高的电流;充电器设计输出电流过小,那么手机也会限制给自己充电的电流。

这就是为什么我们要选购大功率充电器的原因,例如一台手机最大支持5V 1.5A的输入,你买个5V 1A的充电器,就会导致手机只能以5V 1A来充电,不仅充电速度慢,而且因为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。

没错我其实说的就是苹果,iPhone 6/Plus分别最高支持5V 1.5A/2A的充电,但是吝啬的苹果标配充电器只有5V 1A。对于1800多毫安电池的iPhone6来说其实无关紧要,但是对于接近3000毫安时电池的iPhone6 Plus来说简直要了亲命!

实际测试中,iPhone 6 Plus使用iPad充电器的峰值充电电流能到5V 1.9A,原因只有一个那就是节省成本,毕竟库克是要赚大钱的人。任何脑残果粉妄图在这个问题上洗地都是可笑的行为。

目前来看,iPhone 6S/6S Plus应该也会延续这个风格,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~~


好的,我们继续谈历史。其实5V 2A就是高通所谓的Quick Charge 1.0技术。当然实际上为了防止充电器满负荷,一般手机都是限制到了5V 1.8A左右的。安卓手机5V 2A的充电技术没有什么限制也没有识别协议,大家都可以用。


但是苹果是个例外,恶心的苹果不仅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5V1A甚至0.5A


所以苹果带了一个极坏的头,为了自己的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 2A1A并不会有什么区别,5V 1A的假冒苹果充电头电死人的消息少吗?


于是高通啥的如梦初醒,原来还能这么赚钱?结果现在各家的私有协议纷纷出炉,也就是说如果你不小心手机买多了,还得配上好几个不同的充电头!


我们都知道,要想提高充电速度,关键在于提高充电的功率。功率(W=电流X电压,充电器先把市电220V降压到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;但是当达到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。


 

目前通用的Micro USB接口和我们的USB数据线,一般来说只能在2A的电流下保证安全高效的传输,电流超过2A硬件就受不了。质量比较牛逼的倒是可以上3A,问题是必须考虑到劣质数据线和USB口的可能性,一味的提高电流,在这些劣质配件上很容易出事故。

于是机智的高通就提出一种高电压技术路线-- Quick Charge 2.0:我们为何不提高充电器到USB接口的电压呢?这确实是一个非常好的想法,提高电压可以在数据线电流负载不变的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上设计了两种方案----A类和B类。手机使用的A类可以提供输出5V9V12V三种电压,实际上基本上都只用9V这个档位。B类方案电压将支持到5V9V12V20V四种电压,功率可以达到60W,不过标准B基本上是给平板和笔记本准备的。


今年9月,高通在2015 3G/LTE Summit技术峰会上又带来了Quick Charge 3.0,诸多方面进行了提升:在Quick Charge 2.0的基础上增强了灵活性,特别是在充电选项方面。在[color=rgb(68, 68, 68) !important]QC2.0提供5V9V12V20V四档充电电压,QC3.0则以200mV增量为一档,提供从3.6V20V电压的灵活选择。这将允许手机获得恰到好处的电压,达到预期的充电电流,从而最小化电量损失、提高充电效率并改善热表现。





我们可以简单计算一下,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,但是电流直接小了1/3,也就是说数据线和接口的损耗大幅度降低了。



而对于真正实现了快速充电的,比如三星S6/EDGE来说,低电量时的峰值充电速度可以达到9V 1.5A左右,功率大约为14W,比5V 1.8A提高了约50%。这才是名副其实的快充。

当然MOTO X STYLE/联想P1/魅族PRO5,基本上都到了20W左右的充电功率,比起S6又是不知道高到哪里去了~~


常识2

手机充电时的电流并不是一直不变的,当你的手机处于低电量的时候,手机会要求充电器全速工作补电,这就是所谓的峰值。在这个时候充电器和手机的降压电路火力全开,充电速度非常快,但是损耗和发热也很大。


一般冲到60%~80%的时候,根据各个厂家设定的不同,手机会给充电器发送信号降低电流,以达到保护电池、降低损耗、减少发热等目的;在后面这个阶段,充电的功率是大幅度降低的,也就是我们常说的涓流补电。


 
再说一次,充电电流控制在手机手里,跟充电器没有一毛钱的关系,充电器只能被动的适应手机的需要,同样的电压下不存在所谓充电器功率过高冲坏手机的愚蠢说法;当然如果你做死用只有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是有所谓的识别过程的,识别不出来你就滚回5V慢慢充电吧。


而且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。同时还会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)。




于是大家得到了启发,纷纷开始做自己的私有识别协议。比如MTK的那个PUMP  EXPRESS PLUS啊,华为在荣耀7上自己搞的识别协议啊。但是这些货色基本原理是一样的,那就是从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。


还有一大堆马甲出现,比如三星FastCharge,华硕手机的快速充电,其实都是Quick Charge 2.0的马甲;而魅族的mCharge则是MTK PUMP  EXPRESS PLUS的马甲。



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

但是华为和使用了MTK PE的魅族就不行了,必须搭配自家的专用充电器;比较搞笑的是他们家的充电器反而支持QuickCharge 2.0,可以给三星或者小米的手机实现9V快充。这是因为充电器的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 2.0LOGO就没事。


不过这些快充技术的具体原理都差不多:充电器与手机进行通讯,一开始会使用5v电压正常充电;若手机支持快速充电协议,则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)


其中的不同在于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;而且魅族等实用的MTK PEP技术则是通过电流波动进行识别。


相对来说MTK的技术对线材的要求会降低,因为QC 2.0的识别方式要求数据线必须能够传输数据,如果线材缺失传输数据用的D+D-就只能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。


而至于最近出现的Quick Charge 3.0,则是在Quick Charge 2.0的基础上增强了灵活性,以200mV增量为一档,提供从3.6V20V电压的灵活选择。



翻译成人话就是:QC 3.0其实总功率和实现方式跟QC 2.0没啥区别,只不过QC 2.0大家一般都是9V,直到最近联想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),要不怎么能“与Quick Charge 2.0相比,帮助提高快速充电速度最高达27%”。


同时高通“积极学习”MTK PEP的先进经验,从以前粗放的电源管理进化到了200mV一档的精细管理,提高了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~~


看到这里大家就知道了,现在快充门槛不在技术上,而在于各大厂商跑马圈地搞的这些乱七八糟互相不通用的狗屁识别协议上,这就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20127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10W18W36W60W100W五级规格。PD技术不仅充电功率强悍,更牛逼的是这货可以实现双向充电,也就是说两台电脑用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并不是一个USB强制协议,只是蛐蛐一个可选配的标准。在这种情况下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充电协议并不是跟Type C捆绑的啊,这就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……..如果你那时候拿New MacBookTypeC充电器连接乐1,你会惊奇的发现,这两货谁都不鸟谁,无法充电~~(也不知道现在解决了没有)


 
常识3

我们前面提到,电流再增加势必造成Micro USB接口和数据线无法承受。实际上新的USB Type C接口就是为了改变这个问题。




Type C接口的触点数量数倍于Micro USB接口,这就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。换句话说USB Type C天然支持快充,同样的电流下USB Type C损失也会更小,而且可以支持双向充电。

所以说使用了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,目测快充的发热和成本也搞不定,最终为了省钱直接给砍了,然后blabla什么端口过长……..为了Type CType 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。

 
可以看到虽然小米是国内很早上QC 2.0的厂家,但是蛐蛐9V 1.2A的参数相比5V 2A毫无优势,甚至因为涓流充电时间过长导致充电效率被5V 2A吊打,“快充不快”也是个比较搞笑的事情;直到小米NOTE 顶配版才把电流放开到1.5A

而魅族从搭载PEP快充技术的MX 5开始一路狂飙,MX59V 1.8A已经足够狂暴了,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

对于搭载了像Quick Charge 2.0或者MTK PEP快充的手机来说,不仅电流是自适应的,电压也是自适应的。什么意思呢,比如MX 5/荣耀 7,亲测使用6~7V的不稳定电压,也可以给手机充电,手机的电路会自动适应并进行电流转换。


于是我们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,那么可以直接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~~



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


接下来我们说说快充的另一条技术路线,没错,那就是OPPOVOOC闪充。前面提到高电压充电技术是因为电流超过2A硬件就受不了;于是OPPO想了个简单粗暴的办法:从头到尾改造硬件!


 



VOOC闪充我们可以简单的看作充电器直连电池,使用特制加强的充电器、数据线、电池,去除Micro USB端口带来的限制;同时电池进行多模块分组同时充电(不确定是不是并联)。这样一来,不用担心硬件吃不消;在大家充电功率还在10W左右徘徊的时候,OPPO一口气直接拉到快要25W…….FIND 7创造的充电记录,到现在都罕有匹敌。


同时因为整体设计抛去了大量增降压路线,线路损耗比QC等高电压方案小得多(可以看作大部分发热组件都扔到充电器里面去了);功率大大增强的同时发热却能做到优秀的控制,不得不说是一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;这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,尽情的碾压后辈。


但是VOOC闪充并不是没有缺点,首先就是充电器的个头,FIND 7的闪充充电器个头无以伦比,不管是携带还是插孔都不是很方便,不过OPPO后期有过改进,充电器体积大为缩小。


 


其次,因为全部采用OPPO自己的设计方案,VOOC闪充只能在OPPO高端机型上使用,通用性几乎为0;给其他手机只能最高5V 2A,当然出于商品竞争的角度可以理解。



第一代闪充5V/4.5A22.5W),赛尔康代工;第二代闪充5V/5A25W),光宝代工;第三代闪充5V 4A20W,由光宝、天宝和航嘉三家代工。

最后,VOOC闪充成本太过高昂,特制的充电器、数据线、电池导致整机售价也收到了影响,而且据说电池也是牺牲了寿命获取对高电流的耐受性。而且OPPO在屏幕和触控IC啥的堪称丧尽天良,1K超高色温的垃圾屏幕和延迟成狗的触控出现在3000的机器上,唯有OPPO一家。


而且其他厂商也没有干等着,9月份最新的几款产品,如MOTO X STYLE/联想P1/魅族PRO 5,基本上都到了20W以上的充电功率,在这种情况下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

 
虽然VOOC辉煌一时,但是以上问题,再加上高电压充电的产业链实在太过庞大,也让VOOC的优势大大减少,反而成本问题更显突出;这些迫使OPPO做出了降低功率减少成本(最新产品只有5V 4A20W),以及准备换装QC 3.0技术的讨论。

安全性

当然对于消费者来说,最关心的问题就是:手机充电速度突飞猛进,手机和电池会不会充到燃烧甚至爆炸?其实手机电池发展速度并不是人们想象中那么慢,根据目前手机电池的发展情况,安全的充电电流是1C,新型的电池目前已经能支持到1.5C、甚至2C的充电能力。

 

1C是个什么概念呢?举例来说,一颗3000mAh耐受电流最大1C的电池,它的充电电流不超过3A。而现在2C的电池也开始应用,所以没必要担心,这个需求极为强烈的行业进化速度是极为猛烈的。

 

就目前的情况来看,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MTKPEP技术,充电功率都完全在电池的承受范围之内。可以说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。

 

而且给电池充电电流的额定值,是手机主板内设定的,手机并不是傻子,遇到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

其实就目前的快充技术来说,因为有涓流充电这一过程的存在,0-100%充电时间也要1小时10分左右;有些人手机没有快充也就多半个小时,于是他们觉得快充没什么用;有些人认为自己一天到晚插着充电,所以快充没什么用。

 

当然每个人都有自己的想法都有自己的实际,但是科技的最终目的正是通过不断的进化改变人的想法乃至行为习惯。

快充的最大意义,我认为就是爆发性的冲刺充电阶段。特别是目前新机型的功率普遍上了20W,那么在3000毫安时的电池下,10分钟可以充大约25%30分钟可以达到60%以上!

 

这意味着什么呢?意味着将会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,我们只能慢慢的等待,于是有些人发展出了晚上睡觉插着充电的习惯;移动电源也大行其道,因为没人能忍受在充电器旁边等待两三个小时。

 

但是有了快充,一切都会发生变化。即使晚上忘记充电导致电量过低甚至关机,只要你早上洗漱时顺手一插,出门之前就有足够“安全”的电量;当你在外为了业务不断奔波时,只要在吃饭的空档接上电源,吃完了抹抹嘴,你就会发现又可以稳定的支撑一下午的需要;当你临上高铁没电了,列车又是不带插座的老型号,那么只要在等待区充10分钟就能让手机支撑数小时的车程,配合覆盖越来越广的3/4G就能完成你的工作、娱乐需求;所以说, 快充恰恰适应了目前智能手机碎片化使用的实际情况。

 

快充的意义不仅仅在于节省的那一两个小时,更重要的是,快充能够在重要时刻减少你不必要的时间浪费,提供更多的使用时间,让你抓住关键机会实现更高的价值。让用户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,甚至大大减少使用移动电源“挂尿袋”的机会,这就是快充的意义。

换句话说,你的时间越值钱,快充对你越有意义;你的时间越廉价,快充就没那么重要。


作者:@Black_黑数码 ,本文图片和资料部分来自互联网,对相关媒体与个人表示感谢。
留言样式
发表评论
评论通过审核后显示。