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    電池快充技術大科普~

    返回列表來源:美安時 發布日期 2016-08-27 瀏覽:-

    在手機電池技術沒有什么突破性發展的時候,快速充電對于手機來說非常重要,不支持快充的手機都不好意思稱自己是旗艦。那么,市面上的快充技術有什么區別嗎?各廠商的快充技術又有何特點呢?

    2015年下半年的機型,基本上都配備了快速充電技術。一般來說,我認為充電功率超過10W(也就是5V 2A)才能稱之為快速充電。

    先簡單介紹下手機充電的進化:

    一開始手機電池都不大,這個時候USB接口默認的5V 0.5A就可以滿足充電的需要;但是當智能機出現之后,由于對性能的大幅度渴求導致功耗上升,0.5A已經滿足不了需要了;于是定義了一個增強的USB充電識別標準: BC 1.2。它將充電電流大擴展到5V 1.5A。

    但是到了2013年左右,出現了3000毫安時以上的智能手機,這個時候就算是5V 1.5A也不能滿足需求了,于是再次擴展到5V 2A。

    IMG_20160112_130543.jpg

    常識1

    手機充電電流是手機來控制的,而不是充電器。也就是說手機就是大壩,充電器只是水庫,手機會智能檢測充電器的負載能力,充電器功率大質量好,手機就會允許充電器加載更高的電流;充電器設計輸出電流過小,那么手機也會限制給自己充電的電流。

    這就是為什么我們要選購大功率充電器的原因,例如一臺手機大支持5V 1.5A的輸入,你買個5V 1A的充電器,就會導致手機只能以5V 1A來充電,不僅充電速度慢,而且因為充電器一直全負荷工作發熱嚴重;反之你買個5V2A的充電頭,手機會控制只輸入1.5A的電流,充電器負載較低,有充足的余量。

    沒錯我其實說的就是蘋果,iPhone 6/Plus分別高支持5V 1.5A/2A的充電,但是吝嗇的蘋果標配充電器只有5V 1A。對于1800多毫安電池的iPhone6來說其實無關緊要,但是對于接近3000毫安時電池的iPhone6 Plus來說簡直要了親命!

    實際測試中,iPhone 6 Plus使用iPad充電器的峰值充電電流能到5V 1.9A,原因只有一個那就是節省成本,畢竟庫克是要賺大錢的人。任何腦殘果粉妄圖在這個問題上洗地都是可笑的行為。

    目前來看,iPhone 6S/6S Plus應該也會延續這個風格,大家可以在富連網上搶先購買,然后再買一個iPad充電頭,齊活~~

    好的,我們繼續談歷史。其實5V 2A就是高通所謂的Quick Charge 1.0技術。當然實際上為了防止充電器滿負荷,一般手機都是限制到了5V 1.8A左右的。安卓手機5V 2A的充電技術沒有什么限制也沒有識別協議,大家都可以用。

    但是蘋果是個例外,惡心的蘋果不僅Lighting數據線有認證,充電器也是有認證的,蘋果設備檢測到非原裝充電器會限制電流到5V/1A甚至0.5A所以蘋果帶了一個極壞的頭,為了自己的利益刻意制造硬件認證和軟件限制,導致大家的設備不能通用;腦殘果粉別洗地說你果為了安全blabla,劣質充電器不管是什么玩意,對你和設備的傷害是一致的!5V 2A1A并不會有什么區別,5V 1A的假冒蘋果充電頭電死人的消息少嗎?

    于是高通啥的如夢初醒,原來還能這么賺錢?結果現在各家的私有協議紛紛出爐,也就是說如果你不小心手機買多了,還得配上好幾個不同的充電頭!

    我們都知道,要想提高充電速度,關鍵在于提高充電的功率。功率(W=電流X電壓,充電器先把市電220V降壓到5V輸出到手機Micro USB接口,然后手機內部電路再降壓到4.3V左右給電池充電。這里面一共有兩個降壓的過程。

    之前充電器輸出電壓都是5V,大家想著怎么提高電流;但是當達到5V 2A之后,瓶頸就來了:電流再增加勢必造成大批Micro USB接口和數據線無法承受。

    目前通用的Micro USB接口和我們的USB數據線,一般來說只能在2A的電流下保證安全高效的傳輸,電流超過2A硬件就受不了。質量比較牛逼的倒是可以上3A,問題是必須考慮劣質數據線和USB口的可能性,一味的提高電流,在這些劣質配件上很容易出事故。

    于是機智的高通就提出一種高電壓技術路線-- Quick Charge 2.0:我們為何不提高充電器到USB接口的電壓呢?這確實是一個非常好的想法,提高電壓可以在數據線電流負載不變的情況下提高充電功率,接口和數據線都不用更換,大大節省了成本。

    高通在Quick Charge 2.0上設計了兩種方案----A類和B類。

    手機使用的A類可以提供輸出5V、9V、12V三種電壓,實際上基本上都只用9V這個檔位。

    B類方案電壓將支持到5V、9V、12V、20V四種電壓,功率可以達到60W,不過標準B基本上是給平板和筆記本準備的。

    我們可以簡單計算一下,小米4/NOTE,輸入限流9V 1.2A,實際功率也和5V 1.8A是一樣的了,但是電流直接小了1/3,也就是說數據線和接口的損耗大幅度降低了。

    而對于真正實現了快速充電的,比如三星S6/EDGE來說,低電量時的峰值充電速度可以達到9V 1.5A左右,功率大約為14W,比5V 1.8A提高了約50%。這才是名副其實的快充。

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


    縮略圖模板.jpg

    常識2

    手機充電時的電流并不是一直不變的,當你的手機處于低電量的時候,手機會要求充電器全速工作補電,這就是所謂的峰值。在這個時候充電器和手機的降壓電路火力全開,充電速度非???,但是損耗和發熱也很大。

    一般沖到60%~80%的時候,根據各個廠家設定的不同,手機會給充電器發送信號降低電流,以達到保護電池、降低損耗、減少發熱等目的;在后面這個階段,充電的功率是大幅度降低的,也就是我們常說的涓流補電。

    再說一次,充電電流控制在手機手里,跟充電器沒有一毛錢的關系,充電器只能被動的適應手機的需要,同樣的電壓下不存在所謂充電器功率過高沖壞手機的愚蠢說法;當然如果你,用只有9V電壓的充電器充限制電壓5V的手機,肯定會出事。

    不過高通怎么會大發善心推動大家一起進步呢?Quick Charge 2.0是有所謂的識別過程的,識別不出來你就滾回5V慢慢充電吧。

    而且高通對硬件的控制非常強,支持Quick Charge 2.0的產品需要通過認證;高通授權給了UL實驗室來做(MTK快充認證也是),QC 2.0認證費1500美金,約合1萬人民幣每款,認證周期2-6周。同時還會威逼利誘廠家使用高通的SMB芯片來做快充方案(手機不用說,移動電源也會讓你用SMB)。

    于是大家得到了啟發,紛紛開始做自己的私有識別協議。比如MTK的那個PUMP EXPRESS PLUS啊,華為在榮耀7上自己搞的識別協議啊。但是這些貨色基本原理是一樣的,那就5V開始充電,然后充電器和手機互相識別,在電流高2A的情況下提高充電器到手機USB端口的電壓。

    還有一大堆馬甲出現,比如三星FastCharge,華碩手機的快速充電,其實都是Quick Charge 2.0的馬甲;而魅族的mCharge則是MTK PUMP EXPRESS PLUS的馬甲。

    不過據說三星從NOTE 4開始也是有自己的識別協議的,先檢測自己的再檢測Quick Charge2.0,所以對三星手機來說不挑充電器,只要支持Quick Charge 2.0就行。

    但是華為和使用了MTK PE的魅族就不行了,必須搭配自家的專用充電器;比較搞笑的是他們家的充電器反而支持QuickCharge 2.0,可以給三星或者小米的手機實現9V快充。這是因為充電器的QC認證高通管的不是很嚴,想做就做了,只要你不宣傳、不打Quick Charge 2.0LOGO就沒事。

    不過這些快充技術的具體原理都差不多:充電器與手機進行通訊,一開始會使用5v電壓正常充電;若手機支持快速充電協議,則手機會與充電器進行短暫的通信;充電器收到正確的信號之后,開始輸出9v電壓。(過程見下圖,使用MX 5示意)其中的不同在于Quick Charge 2.0以及華為的私有協議是通過micro USB接口中間兩線(D+D-)上加載電壓來識別,識別正確才會上9V;而且魅族等實用的MTK PEP技術則是通過電流波動進行識別。

    相對來說MTK的技術對線材的要求會降低,因為QC 2.0的識別方式要求數據線必須能夠傳輸數據,如果線材缺失傳輸數據用的D+D-就只能5V了;但是MTK PEP技術則毫無壓力,因為是電流波動來識別的,只要你這根線能通電我就能識別出來。

    而至于近出現的Quick Charge 3.0,則是在Quick Charge 2.0的基礎上增強了靈活性,以200mV增量為一檔,提供從3.6V20V電壓的靈活選擇。

    翻譯成人話就是:QC 3.0其實總功率和實現方式跟QC 2.0沒啥區別,只不過QC 2.0大家一般都是9V,直到近聯想P1才到了12V 2A左右;而3.0直接把手機的高標準都弄到了12V(注意12V是手機,20V是給平板、筆記本準備的),要不怎么能“與Quick Charge 2.0相比,幫助提高快速充電速度高達27%”。

    同時高通“積極學習”MTK PEP的先進經驗,從以前粗放的電源管理進化到了200mV一檔的精細管理,提高了充電效率降低了損耗blablabla,號稱“與Quick Charge 2.0相比,減少功率損耗高達45%”??偠灾?,MTK領先高1~~

    看到這里大家就知道了,現在快充門檻不在技術上,而在于各大廠商跑馬圈地搞的這些亂七八糟互相不通用的狗屁識別協議上,這就是科學技術發展過程中遇到資本主義的無奈。當然并不是沒有大一統的識別協議,USB推廣小組早在20127月份就制定了USB PD 充電協議,全稱“USB Power Delivery Specification”。

    USB PD根據可供給的電力設定了10W、18W、36W、60W、100W五級規格。PD技術不僅充電功率強悍,更牛逼的是這貨可以實現雙向充電,也就是說兩臺電腦用USB線連接可以互相充電,比起QC這種單向充電的不知道高到哪里去了!

    然而,PD并不是一個USB強制協議,只是蛐蛐一個可選配的標準。在這種情況下高通這種豪強怎么可能買賬?QC標準還不是推推推~~

    現在就看蘋果的態度到底如何了,如果蘋果決定下一代產品加入USB PD協議,業界這群墻頭草必然瘋狂跟風。

    還有,USB PD充電協議并不是跟Type C捆綁的啊,這就導致出現了很多奇怪的事情;比如樂視第一個在國內洋洋得意的推出Type C接口的手機,但是樂1在初始軟件版本中把自己定義成一個充電器……如果你那時候拿New MacBookTypeC充電器連接樂1,你會驚奇的發現,這兩貨誰都不鳥誰,無法充電~~(也不知道現在解決了沒有)

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    常識3

    我們前面提到,電流再增加勢必造成Micro USB接口和數據線無法承受。實際上新的USB Type C接口就是為了改變這個問題。

    Type C接口的觸點數量數倍于Micro USB接口,這就使得它能承受的電流強度大大增加;同時Type C加入了互相識別的步驟,可以把自己定義成充電器或者受電設備。換句話說USB Type C天然支持快充,同樣的電流下USB Type C損失也會更小,而且可以支持雙向充電。

    所以說使用了USB Type C而不支持快充都是耍流氓,比如一加2,只能5V簡直2333;指紋識別-電容感應用的FPC公版模組就不說了,目測快充的發熱和成本也搞不定,終為了省錢直接給砍了,然后blabla什么端口過長……

    為了Type CType C的想法也是醉了。

    目前來說的話,主流手機的實測充電峰值功率見下圖。

    可以看到雖然小米是國內很早上QC 2.0的廠家,但是蛐蛐9V 1.2A的參數相比5V 2A毫無優勢,甚至因為涓流充電時間過長導致充電效率被5V 2A吊打,

    “快充不快”也是個比較搞笑的事情;直到小米NOTE 頂配版才把電流放開到1.5A。

    而魅族從搭載PEP快充技術的MX 5開始一路狂飆,MX59V 1.8A已經足夠狂暴了,沒想到PRO 5直接上了12V 2A……。功率提升到20W以上才真正體現了快充的實用價值。

    常識4

    對于搭載了像Quick Charge 2.0或者MTK PEP快充的手機來說,不僅電流是自適應的,電壓也是自適應的。什么意思呢,比如MX 5/榮耀 7,親測使用6~7V的不穩定電壓,也可以給手機充電,手機的電路會自動適應并進行電流轉換。

    于是我們就發現了一個非常好玩的東西,如果你的手機(如榮耀7)使用了私有協議進行9V或以上高電壓充電,同時專屬充電器非常昂貴或者稀缺,那么可以直接TB弄一個高電壓的充電器(電壓在手機承受范圍之內,例如路由器的9V電源),改造或者轉接一個MICRO - USB口,直接插到手機上強X充電~~

    因為手機能自適應電流電壓,這事并沒有什么太大的危險……只要你的充電器是正規廠家生產的就行。當然如果你屁都不懂,還是不建議這么玩。

    接下來我們說說快充的另一條技術路線,沒錯,那就是OPPOVOOC閃充。

    前面提到高電壓充電技術是因為電流超過2A硬件就受不了;于是OPPO想了個簡

    單粗暴的辦法:從頭到尾改造硬件!

    VOOC閃充我們可以簡單的看作充電器直連電池,使用特制加強的充電器、數據線、電池,去除Micro USB端口帶來的限制;同時電池進行多模塊分組同時充電(不確定是不是并聯)。這樣一來,不用擔心硬件吃不消;在大家充電功率還在10W左右徘徊的時候,OPPO一口氣直接拉到快要25W…….FIND 7創造的充電記錄,到現在都罕有匹敵。

    同時因為整體設計拋去了大量增降壓路線,線路損耗比QC等高電壓方案小得多(可以看作大部分發熱組件都扔到充電器里面去了);功率大大增強的同時發熱卻能做到優秀的控制,不得不說是一種極為成功的快充設計。

    VOOC閃充有很多的閃光點,其技術指導思想就是用高成本換高功率和低發熱;這和其他快充技術盡可能立足現有標準,小投入大產出的思路確實不同。結果就是OPPO FIND 7獨孤求敗了兩年多,盡情的碾壓后輩。

    但是VOOC閃充并不是沒有缺點,首先就是充電器的個頭,FIND 7的閃充充電器個頭無以倫比,不管是攜帶還是插孔都不是很方便,不過OPPO后期有過改進,充電器體積大為縮小。其次,因為全部采用OPPO自己的設計方案,VOOC閃充只能在OPPO高端機型上使用,通用性幾乎為0;給其他手機只能高5V 2A,當然出于商品競爭的角度可以理解。

    后,VOOC閃充成本太過高昂,特制的充電器、數據線、電池導致整機售價也收到了影響,而且據說電池也是犧牲了壽命獲取對高電流的耐受性。而OPPO在屏幕和觸控IC啥的堪稱喪盡天良,1K超高色溫的垃圾屏幕和延遲成狗的觸控出現在3000的機器上,唯有OPPO一家。

    而且其他廠商也沒有干等著,9月份新的幾款產品,如MOTO X STYLE/聯想P1/魅族PRO 5,基本上都到了20W以上的充電功率,在這種情況下VOOC的優勢被無限削弱了。

    (實際上MOTO X STYLE峰值大約是9V 2.2A,接近20W

    雖然VOOC輝煌一時,但是以上問題,再加上高電壓充電的產業鏈實在太過龐大,也讓VOOC的優勢大大減少,反而成本問題更顯突出;這些迫使OPPO做出了降低功率減少成本(新產品只有5V 4A20W),以及準備換裝QC 3.0技術的討論。

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    安全性

     當然對于消費者來說,關心的問題就是:手機充電速度突飛猛進,手機和電池會不會充到燃燒甚至爆炸?其實手機電池發展速度并不是人們想象中那么慢,根據目前手機電池的發展情況,安全的充電電流是1C,新型的電池目前已經能支持到1.5C、甚至2C的充電能力。

    1C是個什么概念呢?舉例來說,一顆3000mAh耐受電流大1C的電池,它的充電電流不超過3A。而現在2C的電池也開始應用,所以沒必要擔心,這個需求極為強烈的行業進化速度是極為猛烈的。

      就目前的情況來看,手機電池的充電電流倍率上限通常不是手機充電速度的瓶頸,不管是QC還是MTK的PEP技術,充電功率都完全在電池的承受范圍之內??梢哉f在手機正常的壽命范圍之內,快速充電技術完全不會造成任何影響。

      而且給電池充電電流的額定值,是手機主板內設定的,手機并不是傻子,遇到緊急情況會自動調節的;更不用說充電速度越快,代表手機的定位越高端,用料越是好,安全措施越是到位,越是不容易出問題。

    快充的意義

    其實就目前的快充技術來說,因為有涓流充電這一過程的存在,0-100%充電時間也要1小時10分左右;有些人手機沒有快充也就多半個小時,于是他們覺得快充沒什么用;有些人認為自己一天到晚插著充電,所以快充沒什么用。

    當然每個人都有自己的想法都有自己的實際,但是科技的終目的正是通過不斷的進化改變人的想法乃至行為習慣。

    快充的大意義,我認為就是爆發性的沖刺充電階段。特別是目前新機型的功率普遍上了20W,那么在3000毫安時的電池下,10分鐘可以充大約25%,30分鐘可以達到60%以上!

    這意味著什么呢?意味著將會完全改變我們的充電習慣乃至使用智能機的習慣!過去充電速度不夠快,我們只能慢慢的等待,于是有些人發展出了晚上睡覺插著充電的習慣;移動電源也大行其道,因為沒人能忍受在充電器旁邊等待兩三個小時。

    但是有了快充,一切都會發生變化。即使晚上忘記充電導致電量過低甚至關機,只要你早上洗漱時順手一插,出門之前就有足夠“安全”的電量;當你在外為了業務不斷奔波時,只要在吃飯的空檔接上電源,吃完了抹抹嘴,你就會發現又可以穩定的支撐一下午的需要;當你臨上高鐵沒電了,列車又是不帶插座的老型號,那么只要在等待區充10分鐘就能讓手機支撐數小時的車程,配合覆蓋越來越廣的3/4G就能完成你的工作、娛樂需求;所以說, 快充恰恰適應了目前智能手機碎片化使用的實際情況。

    快充的意義不僅僅在于節省的那一兩個小時,更重要的是,快充能夠在重要時刻減少你不必要的時間浪費,提供更多的使用時間,讓你抓住關鍵機會實現更高的價值。讓用戶不被充電時間所束縛,不用再為電量擔心,不用守著插座坐立不安,甚至大大減少使用移動電源“掛尿袋”的機會,這就是快充的意義。

    換句話說,你的時間越值錢,快充對你越有意義。

    而對于一個企業來說,縮減時間,提高效率是增加產值的重要手段。將“快”貫穿到每一個員工的血液里,靈魂里,選擇更快更有效率的合作伙伴。

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    *文章信息來源于網絡



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