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100W超级快充什么时候能实现 手机快充发展史回顾

发布时间:2019-03-31 14:32:12  来源:太平洋电脑网       采编:孙月  背景:

  手机作为当代人的“身体器官”,出门可以不带钱包,但是不能不带手机。而作为手机的心脏——电池,始终困扰着人们,我曾经在火车上见过为了争一个插座为手机充电而吵架的人,可见手机没电的恐惧是多么可怕。

  但是直到今天电池技术还是没有什么发展性突破,但是快充就从原本的10w再到目前最高的50w超级快充。主流智能手机或多或少都兼具了“快充”功能。“快充”到底是怎么一回事,怎样才能让手机充电充得更快呢?今天编辑就来和大家聊聊手机快充发展史。

充电知识

  充电知识

  在正片开始之前,我们要想知道快充的发展历程,需要我们恶补一些基础知识

  1电池是如何充电和充电发热的问题

  电池充电的基本条件是:充电器电压要比电池电压高,才能克服电池的电压使它产生充电电流,完成电荷转移过程。目前手机的电芯大多数都是单锂或者多并锂组成,手机电池工作电压大概在在3.3V~4.2V之间,随着放电,电压会下降,所以平均电压大概是3.7V-3.8V的一个平均值。

  当进行充电行为时,电能进入手机后通过手机内的降压电路处理后再输出3.3~4.5V左右的电压给电池充电。而这个电压转换压降过程,就是由手机内的充电管理IC模块负责。它负责的是将电源输出的电流转化成直通电池的电流,在这个过程中会有一定的损耗,损耗全部变成热量传递出去。

  2充电功率

  初中物理都学过,功率(P)=电压(U)x电流(I),在电池电量一定的情况,功率标志着充电速度,功率越高、充电速度越快。

  理论上讲,提升电流和电压都能增加电池的充电功率,但因为锂电池容易因为欠压或过压而导致电池损伤或爆燃的特性,所以每一款手机体内必然会配备完善的电源电路,其中尤以充电控制芯片和电源控制芯片最为重要。

  快充,顾名思义就是快速充电啦,它是指通过技术手段,调整手机的电压与电流的输入值,进而缩短手机的充电时间。目前市面上的主流的快充模式有高电压恒定电流、低电压高电流、高电压高电流三种模式。接下来让我们一起看看,快充的发展历史吧!

  青铜时代:

  手机的充电标准可以追溯到功能机时代,可以是从统一充电标准USB BC 1.2(BC是Battery Charge的简称)开始的。

  USB规格第一次是于1995年,由Intel(英特尔)、NEC(日本电气株式会社)、Compaq(康柏)、DEC(美国数字设备公司)、IBM(国际商业机器公司)、Microsoft(微软)、Northern Telecom(北方电信公司)等七家公司组成的USB IF(USB Implement Forum)共同提出。而USB BC1.2标准由USB IF协会于2010年颁布,指的是可直接为关闭的便携式设备电池充电,成为建立通过USB端口为电池充电的正确方式的关键标准。所以BC1.2就是可以给包括手机在内的便携式设备使用USB接口充电(包括关机充电)的一套官方标准。看到这里,你们是不是觉得这个USB IF协会是不是很眼熟?没错,它就是之前重新规定了 USB 3.2 的命名标准的美国行业协会。

你可能会问,USB规格协议和快充有什么关系呢?

  你可能会问,USB规格协议和快充有什么关系呢?

  关系大了去!

  USB BC 1.2的出现,使同时进行充电和数据传输成为了现实。虽然USB接口一开始是厂商为了传输数据和连接诸如键盘鼠标的设备而并不是充电,但是转念一想,如果能使用USB接口给这些设备充电,不就方便很多了吗?所以USB BC 1.2也就应运而生了。虽然当时USB接口最大电压还是5V,而USB BC 1.2的充电标准最大的功劳就是使得USB充电的最大电流能够达到1500mA也就是1.5A,尽管它没有提升电压(主要是适配其他便携设备),但是将电流提升到1.5A之后,所以USB接口充电的最大功率就能够达到7.5瓦(W),此时的USB BC 1.2已经足够应付当时的手机充电了。

MicroUSB 2.0数据线就是常说的安卓线

  MicroUSB 2.0数据线就是常说的安卓线

  USB BC 1.2的出现不仅使得当时的USB充电规范混乱的场面得到了规范,而且它对于集线器/分线器/HUB也有着很好的支持,所以USB接口的数据线一时之间成为各个厂商的宠儿,但这里也有一个伏笔MicroUSB 2.0接口的数据线(也就是大家常说的安卓线)内部只有四根线,对电流的承载能力非常有限,2A基本就是极限了。

  虽然在当时USB BC 1.2标准能满足手机的充电需求,但发展才是硬道理。随着智能手机的发展,手机功能越来越多,为了应对日常使用,电池容量也越来越大,电池容量也纷纷突破2000mAh大关,但随之而来的则是充电耗时的延长。当手机电池容量达到3000mAh甚至4000mAh时,难道就必须整宿充电了吗?所以充电的速度再次提出了更高的要求。可惜的是USB IF协会居然没有给出一套可行的解决方案,而这就为后来的快充标准大混战埋下了伏笔。

  到了2013,最新发现这个问题的居然是芯片供应商高通,高通率先提出了“快充”的概念,Quick Charge 1.0就此诞生。

  QC1.0通过提高输入电流来提升充电效率,支持5V/2A即最大10W的充电功率,突破了USB-IF关于USB Battery Charge 1.2协议1.5A的电流上限,符合“低压高电流”方案的定义。同一年,华为在第一代Mate手机身上也引入了“快充”概念,同样支持5V/2A输入,3.5小时以内就可将4050mAh电池充满。

  黑铁时代:

  时间来到了2014年,情况就有些不一样了,现在高通推翻了QC1.0的策略,改为采用了高压快充方案。

  这里就到了课程回顾时间:P(功率)=U(电压)*I(电流),因为前面的伏笔MicroUSB 2.0的小水管数据线最高只能支持2A的电流。你想增大电流,臣妾做不到啊!既然当时增大电流不行,那就增大电压呗,同样是18W功率的快充,如果要用5V电压的话,电流已经超过了3A,正常的MicroUSB是绝对承受不了这么高的电流。既然我们提升不了电压,那就去打电压的主意呗!使用12V的电压,电流就只需要1.5A,这下所有问题不就都解决了。这种高压快充方案的一大好处就是成本比较低(不用换数据线线材),而坏处也是显而易见的,充电器的电压一下子升到2倍之多,而二次降压过程中为手机降压的充电管理IC产生的热量也是极大的,所以高压快充的一大特点就是手机充电过程中发热严重。

  这个高压快充方案就是大名鼎鼎的QC2.0,QC2.0是快充历史上普及度最高,影响力最大的标准,哪怕是三星2018年度旗舰Galaxy S9采用的依旧是5年前诞生的QC2.0。

  QC2.0划时代的改变了充电电压,从保持了多年的常规的5V提升至9V/12V/20V,与QC1.0保持相同2A电流下实现了18W大功率电力传输,并且线材不需要特殊处理旧有线材都能够通用。

  QC2.0之所以影响深远,是因为它无与伦比的兼容性。在当时Micro USB是智能手机的标配,但它受制于物理接口的限制,一旦超过2A的电流就容易出现损毁。QC2.0聪明的地方就是绕过了Micro USB接口和数据线的制约,只是通过暴力地增加输入电压来提升充电速度。高通的QC2.0快充技术给了同行们参考借鉴的思路,并展开了一轮轰轰烈烈的“圈地运动”。

  既然提升电压可行,接下来让我们请出下一位选手:OPPO的VOOC低压大电流快充。

  OPPO这边采用的是另外一种解决方案。不就正常的MicroUSB数据线承载不了这么大的电流嘛,那把充电器从头到尾彻底改造一番不就得嘞!而最关键的一点就是——OPPO有钱。平常的MicroUSB数据线是因为只有五个测点、四条线,那么增加MicroUSB数据线的触电、内部线不就可以了吗?所以初代的充电头VOOC低压大电流快充奇大无比,因为里面整合了IC电路。

  另外因为从头改造电路,所以数据线只能用官方特制数据线,而普通的MicroUSB数据线无法实现手机的快充效果。缺点也很明显——成本高,这还是小问题,最大的问题还是因为大电流充电对于电池的损耗也更为明显,很多使用初期的VOOC快充的手机在使用大约一年之后,电池续航严重下降。

  遵从“等价交换”的原则,既然付出了如此沉重的代价,肯定也会有丰厚的回报。初代VOOC快充的优点就是凭借着5V/5A的25W超大功率,搭载VOOC快充的OPPO手机在充电速度上一骑绝尘,使得其余手机都难以望其项背。并且它将发热源外置到充电器中,手机在充电时发热量明显小于高压快充方案。既然VOOC快充如此优秀,OPPO自然也不能藏着掖着,这个革命性的VOOC技术也成就了经典的广告词,“充电五分钟,通话两小时”。

  于是乎,以高通QC为首的高压快充方案和以OPPO VOOC为首的低压大电流快充方案就此分道扬镳,而快充协议的混战也从此展开。

  黄金时代

  归根结底,手机快充的症结所在,就是那个小小的 micro USB 接口,这时快充的救星Type-C的数据线面世了,虽然在当时还没普及,Type-C接口凭借设计的优越性,简单说下优点吧,如:支持正反插拔兼容 、兼容 USB 3.1 标准,最快支持 10Gbit/s 传输,最关键的是支持 USB Power Delivery 充电协议,最大可支持5A的电流、最高可以提供 100W 的电力!所以Type-C接口与生俱来就对大电流有着极大的友好。

  了解高通的同学应该都知道,高通在手机芯片和通信专利方面可谓是一方巨擘,而凭借着这个霸主级别的地位优势,高通可以迅速推广自己的QC快充标准。然后,就可以坐着收QC标准的授权费。

  大家当然不可能傻乎乎地去给高通送钱,在利益的驱使下,各家厂商也开始着手研发自己的快充标准。所以,开启了手机厂商圈地运动。

  同样在2014年联发科最快推出自己的Pump Express(PE)快充技术,而魅族的mCharge快充就是基于此,以及后来的Pump Express Plus(PEP)快充。

  而华为早期推出了Fast Charge Protocol(fsp)快充至于小米和努比亚等一众使用高通SoC作为自己旗舰手机SoC的厂商也是使用的高通的QC快充。

  以上提到的这些都是使用的高压快充方案。

  而低压高电流虽然成本高,但还是又援军的,比如说一加。一加的CEO刘作虎是OPPO前高管,虽然一加使用的是高通的SoC,但是在一加快充方案还是选择了低压大电流,也就是一加Dash闪充。

  看到这里是不是觉得高通的高压快充方案已经赢得了胜利,而低压方案只能苟延残喘?

  当然不是!一转攻势来了!而其原因就是搭载 USB-C 接口(全称 USB Type-C)的手机越来越多!到了2016年,Type-C接口已经普及得七七八八了,安卓旗舰手机基本都是使用这种接口,低压高电流方案表示,老子要咸鱼翻身。

  同年华为将自家的的FastCharge(FCP)更迭至了SuperCharge(SCP),而SuperCharge快充技术可以说是全球最快/兼容性好的快充代表之一,兼容PD和高通QC协议。搭载的机型有荣耀Magic、Mate9和P10/plus,使用的是4.5V/5A的低压大电流方案。

  而联发科这边也没闲着,也转投了低压方案,Pump Express技术发展到3.0,Pump Express 3.0是全球首款采用USB Type-C接口进行直接充电的快充方案,该方案能够有效防止充电时手机出现发烫问题,是安全系数极高的充电方案。

  在2017年的MWC大会上,魅族发布Super mCharge快充技术。Super mCharge快充拥有11V/5A最高55W的充电功率,可惜的是,由于没办法得到大规模的量产,目前这种55w的超级快充仍没有应用到魅族旗下的手机中,取而代之的是24W的mCharge4.0低温快充技术。而魅族Pro7 Plus搭载的mCharge4.0也是使用了低压方案,早前的mCharge3.0属于高压快充方案(24W),充电器输出电压最高可达12V;而mCharge4.0(25W)属于低压大电流方案,充电器输出电压5V,电流可达5A。

  而高通似乎也发现了低压方案的优势,所以在最新的QC4.0快充协议上使用了低压大电流方案,当然也没有放弃高压快充方案、QC4.0同时支持高压快充。

  尽管目前低压大电流方案已经基本统治了快充,但是各家的快充协议互不兼容,也就是说,虽然都是采用Type-C数据线,但是要想使用手机快充功能就必须要使用对应协议的快充线。这就轮到消费者苦恼了。

虽然都是Type-C接口,但是快充协议不一样

  虽然都是Type-C接口,但是快充协议不一样

  所幸,USB IF协会出场统一了。可惜的是。。。。。。

  USB IF协会发布基于USB 3.1中Type-C接口的USB Power Delivery(简称USB PD)的充电标准,最高可以提供100W(20V/5A)的充电功率,USB标准化规定必须通过USB PD协议来调节电压和电流。该项标准也得到了谷歌的支持,其规定必须通过USB PD协议才可以使用快充,这样一个条款说它霸道也不为过。USB IF的梦想是美好的,只是现实往往比较残酷。各家厂商自己做手机,再做快充标准,当然都是首选自家的快充协议,USB PD标准也就被晾到了一边。

结语

  结语

  这些年来手机厂商更加倾迷恒压高电流的主要原因是:更大的功率和减少充电时手机的温度。

  最新发布的USB PD3.0已经成功收编高通的QC4快充协议,至此,USB PD3.0已经收编了正规军:高通QC、联发科PEP、华为FCP和SCP、OPPO的VOOC等。至于日后厂商想继续研发自己的快充技术,只需要基于USB PD的协议即可。而且最新的100W快充已经实验成功,虽然立即商用不大,但是我们可以下降到60W或者70W快充商用呀!所以梦想还是要有的,万一实现了呢?




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