快速充电的兼容性探讨

《电脑爱好者》2019年第2期 2019-05-14 10:12专题 标签:快速充电

从2013年开始,手机充电标准就迈过了5V/2A(10W)的门槛,“快速充电”概念逐渐在智能手机领域生根发芽。然而,要想正确激活手机的快速充电功能,手机、充电器和数据线这三要素的搭配就显得尤为重要了(图1)。

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快充标准的乱战

根据“P=UI”公式,我们可以知道提升手机充电功率无非就是增大输入电流或输入电压的大小。但是,到底是以提升电压为主,还是增大电流为主,又或是二者同时增加?由于业内没有统一的共识,才逐渐衍生出了高通QuickCharge(QC)、联发科Pump Express(PE)、华为Fast Charge Protoco(FCP)和USB PD等快充标准。

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如果你想了解手机快充技术的发展史,可用PC或手机浏览器访问http://www.cfan.com.cn/2018/0516/130814.shtml网址查看《快速充电哪家强?扒一扒手机快充技术背后的隐秘》这篇文章。

高通QC是智能手机领域普及度最高的快充方案,其中QC2.0和QC3.0的普及率最高,它们可以带来9V/2A或12V/2A即最高24W的充电功率(为了控制热量,绝大多数QC方案手机都将最高功率控制到18W左右)。以小米8和坚果R1为代表的高端手机还支持最新的QC4+快充,但由于QC4+充电器的成本至少2倍于QC3.0的充电器,所以这些新品即使支持QC4+,但其标配的充电器也仅停留在QC3.0的标准上。和QC3.0相比,QC4+不再局限于“高压低电流”,开始支持5V/5.6A和9V/3A输出,其最大充电功率可达28W(理论值),并加入了对 USB PD 3.0(PPS)协议的支持,充电效率可提升约30%,充电更安全且速度更快(图2)。

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联发科PE已经迭代更新到了PE5.0标准,但由于其近2年的市场占有率逐年下降,所以我们最熟悉的快充方案还停留在PE2.0的时代(9V/2A或12V/2A)(图3)。实际上,联发科从PE3.0开始也引入了3V~6V/5A的“低压高电流”快充,最新PE5.0的握手协议更是迎合了国际最新快充标准USB PD3.0(PPS)。

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对智能手机厂商而言,既然手机都搭载了高通或联发科旗下的SoC,那直接套用高通/联发科原生的快充技术就是最经济的选择。但是,为了实现差异化竞争,现在有越来越多的厂商开始了快充技术的自研之路。

OPPO在2014年就推出了自研的VOOC闪充,开创了“低压高电流”(5V/4.5A或5V/4A)的先河,也是旗下高端手机主打的核心卖点。2018年,OPPO还为旗舰级的Find X和R17 Pro武装了“Super VOOC”超级闪充技术(图4),可以实现10V/5A即50W的充电功率!为了避免大电压大电流可能带来的发热和安全隐患,支持Super VOOC技术的手机都采用了串联双电芯技术。以R17 Pro为例,它就内置两块1850mAh的电芯(共计3700mAh),最终把10V/5A电压调整为5V/5A并平均分配给两块电池,既保证了每个电芯的低电压输入,又提升了两个电芯同时充电的总功率(图5)。

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一加手机从一加3开始引入了DASH闪充的概念,这个技术来自OPPO VOOC提供的授权,可以实现5V/4A(20W)的充电功率。2018年,一加手机为年度旗舰一加6T的迈凯伦定制版准备了全新的Warp快充,可提供高达5V/6A(30W)的充电功率,拉开了与其他骁龙845旗舰手机在快充功率之间的距离(图6)。无论是VOOC、DASH还是Warp,这类“低压高电流”快充方案都有一个特色——由于手机内置锂电池的充电电压都是5V,因此当充电器以5V电压输入时就无需加入额外的降压电路,从而避免了高压电流需要降压带来的额外发热,让边玩游戏边(快速)充电成为了可能。

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vivo很早以前就在X系列手机上引入了“双引擎闪充”的概念,只是其早期的双引擎闪充本质上都源于高通的QC方案,而后期高端机型则改用了vivo自研的快充技术。以2018年主打的X23、NEX等新机为例,它们的充电器都支持10V/2.25A(22.5W)功率,虽然属于“高压低电流”,但依旧可以实现“边玩边快充”的功效(图7)。

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图7 :NEX双屏版亮屏状态也能实现20W左右的充电功率

华为(荣耀)也是自研快充技术的代表厂商,其快充技术经历了从FCP到Super Charge(超级快充)的进化。其中,支持FCP快充的代表主要是中端机型,可以实现最高9V/2A即18W的充电功率。而超级快充则可分为5V/4.5A(22.5W)和10V/4A(40W)两个级别,前者是华为(荣耀)中高端手机的标配,如荣耀V20、Mate 20、P20等;而40W超级快充则是荣耀Magic 2、Mate 20 Pro等顶配旗舰才能享用的大餐(图8)。

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扩展阅读:快充“万金油USB PD3.0

2017年,USB-IF组织发布了全新的USB PD 3.0标准,通过PPS协议获得了强大的可编程能力,输出电压范围从5V扩展到3.0V~21V,步进调幅电压为20mV,让低压大电流直充方式成为可能。PPS“收编”了时下主流的快充方案,实现了“无数标准,一个对策”的解决方案:苹果快充、高通QC4+、联发科PE5.0和华为超级快充都能向下兼容USB PD 3.0,获得18W左右的充电功率。

能握手才是好朋友

手机圈的快充方案有很多,这就导致了不同型号手机和充电器之间的兼容性问题。简单来说,手机内集成有电源管理IC、充电器内也集成了专用的识别IC,当手机和充电器通过数据线连接,两颗IC芯片相互识别认证并成功“握手”之后才能激活快充功能(图9),即充电器端按照手机端发出的升压或降压的信号实时调整电压/电流参数。如果IC芯片之间认证失败,充电器就只能保持默认的5V/2A输出了。

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小提示

快充技术默认都可“向下兼容”,即QC3.0向下兼容QC2.0、华为超级快充向下兼容FCP,USB PD3.0向下兼容PD2.0。

支持QC快充的手机之间,它们的充电器都是可以相互兼容的。比如,你能用联想Z5的充电器(QC3.0,9V/2A)给同样支持QC快充的小米、努比亚、360等品牌的手机快速充电。但是,以OPPO VOOC闪充为代表的快充技术,对数据线还提出了苛刻的要求。

具体来说,像OPPO R15这些采用Micro USB接口的手机,想要激活VOOC闪充需要原装充电器以及原装数据线(针脚为7针,标准Micro USB只有5针)。而像OPPO R17这些升级USB Type-C接口的手机,也必须使用原装数据线,其他品牌的USB Type-C数据线无法激活VOOC(图10)。原因很简单,Micro USB数据线是无法稳定承载超过2.5A电流的,所以VOOC原装Micro USB数据线通过更多的线缆和针脚用于识别协议和承载更大电流。而OPPO原装USB Type-C数据线内嵌有独立的识别IC,只有它同时与手机和充电器内的识别IC握手后才能激活VOOC。

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一加6T迈凯伦定制版的快充协议也比较特殊,一加6T原装的充电器和数据线无法激活Warp闪充,但迈凯伦定制版的Warp闪充配件则可向下激活一加6T的快速充电功能(20W)。

需要注意的是,华为22.5W/40W超级快充对数据线的要求就没有这么高,任意USB Type-C数据线与原装充电器搭配都可触发快充。但是,市面上很多廉价USB Type-C数据线的品质都不高,无法稳定承载超过4A以上的电流。所以,大家在购买第三方USB Type-C数据线时,一定要购买支持5A电流的产品哦(图11)。

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无线充电迈入快充时代

本刊在2018年12期《摆脱线缆的束缚 浅析智能手机的无线充电技术》一文中,曾介绍过无线充电技术的原理和Qi快充协议的发展史。当有线快充技术已经达到最高50W之际,无线充电技术也开始突破10W的封锁,最新的15W无线充电功率已经非常接近QC和FCP等最大18W的有线快充标准了(图12)。

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截至2018年12月,智能手机领域支持无线充电功能的手机共计135款,其中正在热销的代表包括iPhone 8之后的6款新品、谷歌Pixel3系列、华为Mate 20 Pro、雷蛇手机2、三星Galaxy S和Note系列、坚果R1、索尼Xperia XZ3和小米MIX2S/MIX3等。其中,苹果系支持7.5W无线充电,三星系的充电功率为10W,只有华为Mate 20 Pro/保时捷设计和雷蛇手机2的功率达到了15W,实现了Qi1.2标准的最高上限。

据悉,2019年无线充电会成为Android旗舰手机的标配,包括小米、OPPO和魅族都在研发15W的无线快充技术,届时会有更多新品无需数据线也能享受超过10W的准快速充电体验,一起期待吧。

请放心,市面上在售的无线充电底座都是符合Qi标准,它们可以给任意支持无线充电的手机补电。但是,无线充电底座根据定位和售价的不同,其所支持的充电功率也包含5W、7.5W、10W和15W四个档位,我们需要根据手机所支持的最高上限加以筛选(图13)。此外,我们还需小心那些“阉割”了FOD异物检测功能的超低价位产品,没有该功能的保护,一旦有金属物体不慎放在了充电器表面的线圈感应位置,金属便会被迅速加热,很容易造成意外。

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图13 :无线充电底座支持功率越高,就越需要内置风扇来缓解散热