智能手機發展這么些年,屏幕顯示越來越清晰,拍照像素越來越高,處理器性能越來越強,運行內存甚至開始超過 PC,所有的技術都在日新月異地更新迭代,但唯獨手機的電池續航是一個倒退的存在,嚴重拉低了智能手機的整體用戶體驗。
出門在外一旦遇上手機沒電,你可能什么都做不了,不能用地圖導航,不能乘坐公交地鐵,不能用支付軟件買任何東西,不能和別人取得聯系,一般在手機電量低于 50% 之后,焦慮就開始了,這也是現代人最普遍的焦慮之一。
手機至少一天一充,幾乎已經成為和吃飯睡覺一樣的生活習慣,在電池容量不能取得顯著突破的情況下,如何縮短充電時間,成為智能手機廠商一種另辟蹊徑的選擇,快充技術逐漸顯露為重要的差異化賣點,并且依然在競爭中快速發展。
目前已經量產商用的快充技術,按功率分的話,以華為 40W 和 OPPO 50W 為第一梯隊,第二梯隊是在 18-30W 之間,以華為、小米、一加、OPPO、vivo 等廠商為代表、但是依然有很多手機連 18W 充電功率都達不到,或者默認的充電配件不支持快充,主要指的是蘋果、三星、索尼等國際廠商。
目前市面上已有的快充方案種類繁多,標準不一:有以高通、聯發科等芯片廠商為主導的 QC、PE 快充,也的有以 OPPO、華為等手機廠商為主導的 VOOC、SuperChange 快充,還有 USB-IF 協會主推的 PD 快充,但總的來說,可以統一分成高壓低電流和低壓高電流快充兩類。
現役主流的手機快充標準
先復習一個簡單的初中物理公式:功率 P = U(電壓)* I(電流),因此要想提高充電功率,理論上可以任意增大充電電壓 U 或者充電電流 I ,但在實際的運用過程中,不同的快充方案會存在各種各樣的工程限制,從而表現為不同的優缺點。
高壓低電流方案的代表是高通 QC 快充,實際上 2013 年推出的 QC1.0 僅僅是提高了電流,將 Micro-USB 接口普遍認為的電流傳輸極限,由 1.5A 提高到 2A,再配合 5V 的輸出電壓,使得手機最高支持到 10W 的充電輸出功率。
在電流無法增加的情況下,高通 QC2.0 開始把充電電壓提升到 5V/9V/12V,最高支持 18W 的充電輸出功率,此后的 QC3~QC4+ 幾代,則一直在充電安全系數和兼容性方面下功夫,高通的 QC 快充由于和手機 Soc 深度綁定,是目前普及率比較廣的快充協議。
高通 QC 快充版本,圖源維基百科
同樣采用提高電壓的方式增加輸出功率的,還有聯發科的 PE 快充,魅族的 mCharging,三星的 Fast Charge,這類方案統一的缺點是,在手機內部有一個降壓過程,功率轉換效率較低,且有可能導致局部溫度過高,因此大部分采用高壓大電流方案的手機,在亮屏時都不會激活快充。
后來,以 OPPO 為代表的國內手機廠商,開發了低壓大電流快充方案,前面說到 USB 接口天然存在最大電流為 2A 的限制,VOOC 閃充只能重新定制了充電線、充電頭乃至手機的內部電路,使充電接口引腳增加到 7pin,電池觸點增加到 8 個,最終輸出功率達到 5V/4A 總共 20W。
VOOC 閃充定制的充電線
低壓大電流方案沒有過熱風險,可以實現亮屏快充,但是定制非標準化的元器件導致成本有所上升,因此搭載 VOOC 閃充的手機并不便宜,當年的首發機型還是 OPPO 的旗艦 Find 7,另外華為的 SuperCharge 也是低壓大電流快充的代表, 最高可以實現 22.5W 的充電輸出功率。
這兩年 Type-C 接口開始普及之后,電流上限去掉了 2A 的限制,最高可支持到 5A/20V, 100W 的充電輸出功率,這也是很多人更加看好 PD 快充協議的原因,在標準化團體 USB 應用者論壇的推動下,有越來越多的設備支持或者兼容 PD 快充,比較有代表意義的是 Apple,在 iPhone 8 系列及以后的機型上支持了 PD 快充,輸出功率大約在 19W,但 iPhone 附送默認的充電器仍然只是 5V/1A,想要實現快充還得另外加錢。
另外一個比較值得關注的快充技術叫電荷泵,這是一種直流-直流轉換器,利用電容作為儲能元件,進行電壓電流轉換。以華為的 40W 超級快充為例,手機輸入端的電流電壓是 10V/4A(Type C 接口最大限流 5A),進入手機后通過電荷泵轉換為 5V/8A,好處是減少降壓過程中丟失的功率損失,充電轉化效率幾乎可以達到 100%。
華為超級快充電荷泵原理
更加令人印象深刻的是,2018 年發布的 OPPO Find X 搭載了驚人的 50W 快充,35 分鐘即可充滿 3400mAh 容量的電池,這又是除了提高電流電壓和加入電荷泵轉化之外的另外一條思路,OPPO 的辦法是采用了串聯雙電芯設計,即通過定制技術將電池分為兩塊同時充電,從而大大提供充電效率。
今年 3 月份,小米高管在微博上公布了實驗室條件下的 100W 超級快充,成為當天科技數碼圈的爆炸性新聞,號稱 17 分鐘充滿 4000mAh 電池,不過這樣的充電表現能否量產還存在一個大大的問號,畢竟魅族在 MWC 上展示過的 55W 快充,直到現在還沒有搭載到上市機型上,可見快充技術雖然理論上存在著諸多可能性,但要實際應用還需要突破不少的工程限制。
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原文標題:電荷泵?雙電芯?高壓低流?盤點目前最全快充技術
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