电荷泵?双电芯?高压低流?盘点目前最全快充技术

ZEALER 04-20

智能手机发展这么些年,屏幕显示越来越清晰,拍照像素越来越高,处理器性能越来越强,运行内存甚至开始超过 PC,所有的技术都在日新月异地更新迭代,但唯独手机的电池续航是一个倒退的存在,严重拉低了智能手机的整体用户体验。

出门在外一旦遇上手机没电,你可能什么都做不了,不能用地图导航,不能乘坐公交地铁,不能用支付软件买任何东西,不能和别人取得联系,一般在手机电量低于 50% 之后,焦虑就开始了,这也是现代人最普遍的焦虑之一。

手机至少一天一充,几乎已经成为和吃饭睡觉一样的生活习惯,在电池容量不能取得显著突破的情况下,如何缩短充电时间,成为智能手机厂商一种另辟蹊径的选择,快充技术逐渐显露为重要的差异化卖点,并且依然在竞争中快速发展。

目前已经量产商用的快充技术,按功率分的话,以华为 40W 和 OPPO 50W 为第一梯队,第二梯队是在 18-30W 之间,以华为、小米、一加、OPPO、vivo 等厂商为代表、但是依然有很多手机连 18W 充电功率都达不到,或者默认的充电配件不支持快充,主要指的是苹果、三星、索尼等国际厂商。

目前市面上已有的快充方案种类繁多,标准不一:有以高通、联发科等芯片厂商为主导的 QC、PE 快充,也的有以 OPPO、华为等手机厂商为主导的 VOOC、SuperChange 快充,还有 USB-IF 协会主推的 PD 快充,但总的来说,可以统一分成高压低电流和低压高电流快充两类。

现役主流的手机快充标准

先复习一个简单的初中物理公式:功率 P = U(电压)* I(电流),因此要想提高充电功率,理论上可以任意增大充电电压 U 或者充电电流 I ,但在实际的运用过程中,不同的快充方案会存在各种各样的工程限制,从而表现为不同的优缺点。

高压低电流方案的代表是高通 QC 快充,实际上 2013 年推出的 QC1.0 仅仅是提高了电流,将 Micro-USB 接口普遍认为的电流传输极限,由 1.5A 提高到 2A,再配合 5V 的输出电压,使得手机最高支持到 10W 的充电输出功率。

在电流无法增加的情况下,高通 QC2.0 开始把充电电压提升到 5V/9V/12V,最高支持 18W 的充电输出功率,此后的 QC3~QC4+ 几代,则一直在充电安全系数和兼容性方面下功夫,高通的 QC 快充由于和手机 Soc 深度绑定,是目前普及率比较广的快充协议。

高通 QC 快充版本,图源维基百科

同样采用提高电压的方式增加输出功率的,还有联发科的 PE 快充,魅族的 mCharging,三星的 Fast Charge,这类方案统一的缺点是,在手机内部有一个降压过程,功率转换效率较低,且有可能导致局部温度过高,因此大部分采用高压大电流方案的手机,在亮屏时都不会激活快充。

后来,以 OPPO 为代表的国内手机厂商,开发了低压大电流快充方案,前面说到 USB 接口天然存在最大电流为 2A 的限制,VOOC 闪充只能重新定制了充电线、充电头乃至手机的内部电路,使充电接口引脚增加到 7pin,电池触点增加到 8 个,最终输出功率达到 5V/4A 总共 20W。

VOOC 闪充定制的充电线

低压大电流方案没有过热风险,可以实现亮屏快充,但是定制非标准化的元器件导致成本有所上升,因此搭载 VOOC 闪充的手机并不便宜,当年的首发机型还是 OPPO 的旗舰 Find 7,另外华为的 SuperCharge 也是低压大电流快充的代表, 最高可以实现 22.5W 的充电输出功率。

这两年 Type-C 接口开始普及之后,电流上限去掉了 2A 的限制,最高可支持到 5A/20V, 100W 的充电输出功率,这也是很多人更加看好 PD 快充协议的原因,在标准化团体 USB 应用者论坛的推动下,有越来越多的设备支持或者兼容 PD 快充,比较有代表意义的是 Apple,在 iPhone 8 系列及以后的机型上支持了 PD 快充,输出功率大约在 19W,但 iPhone 附送默认的充电器仍然只是 5V/1A,想要实现快充还得另外加钱。

另外一个比较值得关注的快充技术叫电荷泵,这是一种直流 - 直流转换器,利用电容作为储能元件,进行电压电流转换。以华为的 40W 超级快充为例,手机输入端的电流电压是 10V/4A(Type C 接口最大限流 5A),进入手机后通过电荷泵转换为 5V/8A,好处是减少降压过程中丢失的功率损失,充电转化效率几乎可以达到 100%。

华为超级快充电荷泵原理

更加令人印象深刻的是,2018 年发布的 OPPO Find X 搭载了惊人的 50W 快充,35 分钟即可充满 3400mAh 容量的电池,这又是除了提高电流电压和加入电荷泵转化之外的另外一条思路,OPPO 的办法是采用了串联双电芯设计,即通过定制技术将电池分为两块同时充电,从而大大提供充电效率。

今年 3 月份,小米高管在微博上公布了实验室条件下的 100W 超级快充,成为当天科技数码圈的爆炸性新闻,号称 17 分钟充满 4000mAh 电池,不过这样的充电表现能否量产还存在一个大大的问号,毕竟魅族在 MWC 上展示过的 55W 快充,直到现在还没有搭载到上市机型上,可见快充技术虽然理论上存在着诸多可能性,但要实际应用还需要突破不少的工程限制。

本文图源网络

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