智能手机的发展日新月异,从软件功能到屏幕尺寸再到硬件性能都在不断飙升,只有手机电池进步迟缓。在手机其他部件不断在发布会革新的同时,电池技术的缓慢发展成为“吊车尾”。正因如此,手机的续航能力成为用户日常使用手机最头疼的问题。面对这种境况,手机厂商选择了一个“折中”的解决办法,在充电速度上做文章,这就是我们所说的“快充技术”。

快充技术到底是什么?

现在的手机快充技术可以分为两类:一是提高电流派;二是提高电压派一样。提高电流方案的大概思路就是把充电线加粗、充电线缆线路由普通的4针或5针扩充为7针等,充电线路变粗,电阻变小,电流提高。提高电压派可以理解为在充电头处升完电压之后,在手机集成电路再降下来,再输入到电池中。总而言之,快充技术本质就是在一定限定条件下,尽可能提高到达电池的电压或电流,从而提高输入功率。

快充技术是否会损坏电池?

与非网小编在回答这个问题的时候提两个概念:反馈控制和电压电流变换。之所以提这两个概念,就是因为他们在快充技术里发挥了至关重要的作用。我们先看反馈控制单元,负责监测电池充电的关键参数(例如电池充电电流、电池当前电压、电池温度),根据预先设定好的电池充电算法,调节如充电电流等参数,或者关断充电。手机充电电路的测量和反馈控制部分,通常可以通过软件编程来调节某些参数。大多数手机对锂电池充电的控制算法都是基于恒流——恒压过程或者其变种。因为锂离子电池电压除了随电池充满度提高而上升外,充电电流越大,电池的电压也越高,因此在充满度不断提高的情况下,减小充电电流可以让电池电压维持恒定,这就是恒压过程。当充电电流减小到预定值后,充电电流会关断,充电即告完成。

接下来,与非网小编说一下电压电流变换单元,这部分电路的功能是将从手机充电端口得到的电能,在测量、反馈控制部分的控制下,转换为电池的充电电流。由于手机充电端口输入的电压通常是5V、9V之类的电压,与电池电压并不匹配,因此需要进行变换。正是由于这个变换过程,高电压充电影响电池寿命这个说法才是非常荒谬的。因为决定手机电池充电电压、电流的是测量、反馈控制部分预先设定好的充电程序。输入电压高一点或者低一点,只要还在电压电流变换部分允许的范围内,都会由电压电流变换部分变换成程序设定好的值。因此,大家可以放心,快充技术是不会损坏电池的。

智能手机4大快充技术详解

1、高通QC版快充技术

QC1.0时代:电压电流提升到5V2A,相比老的传统充电器,充电时间缩短40%。

QC2.0时代:QC2.0划时代的改变了充电电压,从保持了多年的常规的5V提升至9V/12V/20V,与QC1.0保持相同2A电流下实现了18W大功率电力传输,并且线材不需要特殊处理旧有线材都能够通用。

QC3.0时代:在QC2.0 9V/12V两档电压基础上,进一步细分电压档,采用独特的INOV算法,以200mV为一档设定电压,最低可下探至3.6V最高电压20V,并且向下兼容QC2.0。由于全面使用了Type-c接口取代原来的MicroUSB接口,最大电流也提升到了3A,因为电压更低所以效率提升最高达38%,充电速度提升27%,发热降低45%。

QC4.0时代:提升功率至28W,并且加入USB PD支持。取消了12V电压档,5V最大可输出5.6A,9V最大可输出3A,并且电压档继续细分。

QC4.0+时代:主要改进:双充功能,智能热平衡和高级安全功能。双充装置内置一个电源管理集成芯片,可以将电流分成两半,使芯片散热速度加快,减少充电所需时间。智能热平衡功能能够自动让电流选择双充中温度较低的路径,让设备在快速充电的同时保持低温。

高通QC快充产品系列

2、联发科Pump Express快充技术

Pump Express技术与高通QC2.0虽在实现方式上有所不同,却有异曲同工之妙。高通QC2.0是通过USB端口的D+和D-来个信号实现调压,而联发科的Pump Express快充技术,是通过USB端口的VBUS来向充电器通讯并申请相应的输出电压的。QC2.0是通过配置D+和D-电压的方式来通讯,Pump Express是通过VBUS上的电流脉冲来通讯,但最终的目的是提升充电器的电压到5V,7V,9V。

联发科Pump Express 3.0是全球首款采用了USB Type-C接口直接充电的快充方案,电源的电流直接传送至电池,省去了普通快充方案所需的充电线路,这样做将直接降低手机充电时的温度,联发科官方消息称,Pump Express 3.0比Pump Express 2.0的功率减少50%!

代表芯片:Helio P10芯片(Pump Express2.0)、Helio X10芯片(Pump Express)、Helio P20芯片(Pump Express 3.0)、Helio X20芯片(Pump Express 3.0)。

3、OPPO VOOC闪充技术

VOOC闪充技术与传统充电最大的区别在于,创新性的将充电控制电路移植到了适配器端,也就是将最大的发热源 移植到了适配器。这样控制电路在适配器,而被充电的电池在手机端,充电时手机发热得以很好的解决。为了更好的对充电流程进行控制 (比如控制电路需要实时监测电池电压、温度等),OPPO特别在适配器端加入了智能控制芯片MCU,适配器端实现了充电控制电路,智能控制充电的整个流程。

代表芯片:VOOC闪充MCU智能芯片

4、TI的maxcharge技术

maxcharge技术是将高通QC2.0和联发科的Pump Express,以及TI自身的高性能充电管理做了一次整合,比较有代表性的方案有BQ25895,其最大充电电流可达5A,最大输入电压14V,可以很好地支持QC2.0和Pump Express标准的充电器。我们对TI提供的BQ25890 demo板实测,在4A充电时,芯片温度达55度左右(在环境温度25度下测试),差不多有30度的温升,这如果放在手机内部,将会是一个重要的热源。

搭配maxcharge技术的魅蓝MAX

代表芯片:BQ25601、BQ25600与BQ25700A等产品系列。

▌国内快充芯片市场现状

国内智能手机市场除了华为、OPPO等少数厂商在自研快充技术,其他厂商包括致新、F-昂宝、嘉通、伟诠电、盛群、笙泉等都是采用高通和联发科的快充技术,取得高通及联发科认证。

总结

快充技术除了4大主流技术外还有一些类似技术,比如与非网小编上述提到的华为快充技术就是和高通QC技术类似的电路设计,充电性能也相差无几。而当前在国外市场销售火爆、国内市场销量“惨不忍睹”的三星S8采用的是自家AFC快充协议,输出电压规格是:9V 1.67A,跟QC2.0差不多。

虽然各家手机芯片厂商都在快充上面下功夫,但是,对于智能手机大屏时代而言终究只是治标不能治本。智能手机留给电池的体积空间有限,如何在有限的空间存储更多的电能才是智能手机电池的最大“痛点”,而快充只是让这个问题不那么棘手。(来源: EEFOCUS)

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作者:佚名
来源:OFweek电子工程网