電子發燒友網報道(文/李誠)手機快充技術發展至今已有十多年,充電功率也呈翻倍式的增長。充電功率的首次提升是在2010年,由USB IF推出的USB BC 1.2充電協議,成功將充電電流提升至1.5A,充電功率達到了7.5W。
但在USB IF沉默一段時間后,芯片巨頭高通也坐不住了,利用其驍龍芯片市場覆蓋率高的優勢,于2013年發布了高通的首個快充協議Quick Charge 1.0,并將充電電流上限提升至2A,峰值功率可達10W。在高通發布新的快充標準后,快充協議進入了發展的混亂期,眾多手機廠商開始走上了私有協議的發展道路,如OPPO的VOOC閃充、華為的Super Charge等。
在近兩年中,手機快充技術更是得到了迅猛的發展,去年5月,USB-IF協會正式發布了最新的PD 3.1快充標準,最大輸出電壓擴展至48V,輸出功率提升至240W,受眾層面也得到了進一步的提升。在今年的世界移動通信大會上,OPPO正式發布了手機240W超級閃充技術,并一舉成為業內最高。
歷經10年手機快充協議發生了哪些變化
首先我們先從快充協議的迭代說起,在QC 1.0協議發布的一年后,高通乘勝追擊在原有的基礎上將充電功率進一步擴大,推出了QC 2.0標準,可同時滿足充電最大電流為3A,電壓為5V/9V/12V等多種充電模式,充電功率直逼40W,別說是在2014年,就算是放在現在有部分手機的充電功率還未達到30W呢。
隨著市場對快充的需求日益增加,高通在接下來的兩年中先后推出了QC 3.0和QC 4.0快充標準,充電功率最高可達60W。值得一提的是QC 4.0快充標準加入了“智能最佳電壓技術”(INOV),電壓調節精度由之前的每檔200mV,縮小至20mV,調節精度提高了10倍,同時QC 4.0還加入了PD協議的支持。
在快充領域,PD快充也是被使用得較為廣泛的一種協議,該協議由美國的USB-IF協會推出,并與于2012年基于USB-A和USB-B接口推出了PD 1.0標準,在隨后的3年中先后推出了PD 2.0、PD 3.0快充協議,最大可實現20V/5A的電力傳輸,并以Type-C作為輸出接口。
不過當時由于各路手機廠商都在發展自家的私有協議,快充市場出現了群雄爭霸的局面。為實現快充標準的統一,USB-IF協會在2017年對PD 3.0標準進行了更新,在原有的基礎上加入了可編程PSS,并將高通的QC、聯發科的PE、OPPO的VOOC、華為的Super Charge/FCP等多種快充協議收錄其中。同時,作為USB-IF協會成員之一的谷歌,在2019年要求所有具備Type-C端口的新安卓設備都必須兼容PD協議,PD協議得到了大量的普及。
充電功率提升對線纜提出了新的要求
充電功率的提升也就意味著充電電壓和電流的提升,對充電線纜也提出了新的要求。正如在PD 3.1快充協議發布不久后,USB-IF組織就對Type-C標準進行了修訂,推出了Type-C 2.1標準。由于充電功率的提升,新標準要求將會用EPR電纜取代傳統的SPR電纜以獲得傳輸性能的提升。同時還要求每一根充電電流超過3A的數據線都必須內置E-Marker芯片,E-Marker芯片主要是起到一個線纜識別的作用,當電源適配器識別到該芯片時方可輸出100W以上的輸出功率。
手機快充實現的主流技術手段
截至目前,除了傳統的快充技術以外,還有電荷泵快充技術,以及串聯直沖技術。電荷泵快充技術是目前大功率快充中使用最為廣泛的一種快充技術,其原理是通過充電器高壓輸入,通過電荷泵轉化為低壓,再向手機電池充電。
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電荷泵技術原理圖 圖源:伏達半導體
以20V/6A 120W的輸入電源為例,通過在電池前端并聯兩組電荷泵電路,可降低50%的輸入電壓和提升100%的輸入電流,實現10V/12A的電壓、電流轉換,電荷泵的加入不僅降低了電池的充電電壓,還保證了大功率的能量輸入。目前,電荷泵技術在華為、小米、榮耀等國內一線品牌的產品中均有應用,南芯半導體、伏達半導體、小米等國內廠商均電荷泵解決方案的推出,并且小米實現了業內首創,推出了首個單電芯的電荷泵解決方案。
圖源:OPPO
串聯直充技術主要是在OPPO手機中體現,該技術需要保證串聯的兩塊電池擁有極為近似的體質,將兩顆電池串聯在一起實現充電器的高壓輸入,電池串聯的目的主要是為了降低電池的輸入電壓,減小充電器輸入電壓與電池組電壓的壓差,并降低手機端在充電時產生的熱量。
結語
經歷了10多年的發展,手機快充技術獲得了諸多的突破,充電功率也由最初的7.5W演進到了現在的240W,整整提升了32倍,充電時間得到了極大地縮短。如今240W的充電功率已經能夠滿足大量消費類電子的使用需求,在接下來的幾年中快充功率還有繼續提高的必要嗎?240W究竟是快充發展的一個節點還是最終形態?你們是如何看待這一問題的,可以在評論區留下你的觀點。
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