手机快速充电

研究与鐵计

常用手机电池快速充电技术与特点

路秋生

(北京信息职业技术学院，北京100050)

摘要：QuickCharge是美国高通公司推出的手机电池快速充电技术,PumpExpress(PE)是台湾联

发科技公司推出的手机电池快速充电技术，VOOC闪充是中国OPPO公司推出的手机电池快速充

电技术。文中介绍了目前手机电池充电，上述3种常用的快速充电方法技术特性与特点，讨论了对

手机电池充电的基本要求与手机锂离子电池的充电特性。

关键词：手机；快速充电；QuickCharge;PumpExpress;VOOC闪充

FastChargingTechnologyandCharacteristicsofMobilePhoneBattery

LuQiusheng

Abstract:QuickchargeisQualcommlaunchedmobilephonebatteryquickchargingtechnology,the

pumpExpress(PE)isTaiwan'sMediaTekcompanylaunchedmobilephonebatteryquickcharging

technology,VOOCflashchargingisOPPOcompaniesinChinalaunchedmobilephonebatteryquick

paper,thecharacteristicsandcharacteristicsofveralfastcharging

methodsudinmobilephonebatterychargingareintroduced.

Keywords:mobilephone;fastcharging;QuickCharge;PumpExpress;VOOCFlashcharge

中图分类号:TM910.6文献标识码:A文章编号0219-2713(2016)07-041-007

锂离子电池的充电过程可以分为预充、恒流、

恒压充电三部分，锂离子电池典型充电工作U/I曲

线如图1所示[|]。

预充是为了帮助过放电的锂离子电池恢复电

介质活性，所以需要采用较小的充电电流，在电池

收稿日期=2016-06-04

充电过程中花费大量时间在恒流充电阶段，所以，

大电压和大电流充电只能用于电池的恒流充电阶

段。

根据上面的分析，可以得出一种对手机电池快

速充电的技术要求:手机电池在充电过程中应根据

电池电压、电池电量和电池温度等参数动态请求充

电器调整输出电压和输出充电电流。

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Vol.19No.7

July.2016

U输出(过充电）

U输出(调节冤

1快充

U输出(过充电）

U低

1预充

预充电恒流快充

浮充电压调节

/

/

/

/

/

/

/A

.............;

/电池和辖出电压

/

电池充电电流

/

/

/

/

/

/

图1锂离子电池典型充电工作U/1曲线

假设电池容量为4000mAh,如果用4000mA

的电流给电池充电，那么1h电池就能充满电，即充

电速率为1C。而目前业界的标准要求充电速率为

0.5C,即需要2000mA的充电电流，这样就需要

2h电池才能被充满电。当前市面上大部分的充电

器都是以0.5C的规格来充电，这就是几乎所有的

手机、笔记本、平板电脑电池的充电时间是2~3h的

原因。

随着智能手机的不断发展,电池为更多的手机存

储、应用程序和数据供电。有些移动设备的电池容

量高达4000mAh或更大[5]。随着电池容量提升，大

功率并且高效率的快速充电技术成为必需,而现有

的传统5VUSB充电器统一使用充电接口Micro-

USB，根据USB标准,Micro-USB的最大允许充电

电流是1.8A，这意味着传统的5VUSB充电器功

率将受限于9W以下,无法进一步提升更大的输出

充电功率。

为了加快手机电池的充电速度，缩短手机电池的

充电时间，全球最大的手机芯片生产厂商高通

(Qualcomm)、联发科技(MediaTek)和国内手机生产

厂商OPPO都引入了手机电池快速充电功能。下面

分别介绍美国高通、台湾联发科技和国内手机生产

厂商OPPO公司的手机电池快速充电技术与特点。

1美国高通公司（Qualcomm)的快速充电

技术QuickCharge(QC)

高通公司的快速充电logo如图2所示，高通公

司的快速充电技术QuickCharge(QC)分Quick

Charge1.0、QuickCharge2.0和QuickCharge3.0二个

版本，下面分别加以介绍[2]。

gAQualcomm

QuickCharge

图2高通的快速充电logo

1.1QuickCharge1.0(QC1.0)

QuickCharge1.0于2013年初推出，原技术持

有者SummitMicroelectronics于2012年7月被高通

公司收购，因此这项技术随后成为了高通公司手机

电池快速充电技术。QuickCharge1.0是骁龙移动处

理器电源管理功能的一部分功能，最高充电功率支

持10W,即在5V的充电电压下，最大充电电流可

以高达2A,现在QuickCharge1.0技术已完全得到

普及和应用。如今，几乎所有采用骁龙400芯片的

手机都具备QuickCharge1.0快速充电技术。

传统的USB充电器仅限于5V和小于2A的

充电电流。另外，考虑到系统中的损耗以及电缆和

连接器的损耗，电池充电的实际充电功率不到

7.5W。

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研究与鐵计

一款使用高通快速充电QuickCharge1.0技术

的手机充电速度比没有快速充电功能的手机充电

速度要快40%。一款没有快速充电功能的手机可能

要插卡在充电器上充电4个多小时才能充足电。使

用快速充电QuickCharge1.0技术，同一款手机电

池可以在3小时时间内全部充足电。

快速充电QuickCharge1.0是一种集成解决方案

(是电源管理集成电路PMIC的一部分冤，是一个独

立于USB连接器的解决方案。任何手机或平板电脑

的充电端口都可以通过快速充电QuickCharge1.0

实现对电池的快速充电[2]。

1.2QuickCharge2.0(QC2.0)

2014年初，高通公司推出了QuickCharge2.0

快速充电技术。相比可以支持最高10W充电功率

的QuickCharge1.0快速充电技术，QuickCharge

2.0将最大充电功率提高到36W，极大的缩短了电

池充电时间。QuickCharge2.0技术分为A级和B

级两种标准，其中A级标准适用于智能手机、平板

电脑以及其它便携式电子设备。根据高通给出的数

据，QuickCharge2.0A级标准规定的最大充电电流

为3A，如果在5V的情况下，充电功率为15W。配

合使用9VA.67A充电器，充电效率比传统5VA

A快将近75%，可以提供9x1.67=15.3W的充电功

率。另外，QuickCharge2.0还支持5V、9V、12V和

20V四种电压，从而提升充电功率。这意味着一部高

电压充电器可以适配更多设备，并且可以抵消由于

劣质充电线和较长充电线带来的电压损耗，从而保

证手机电池的充电效率[2]。

QuickCharge2.0在不同类别的电子产品设计

上是可以升级的，它100%兼容今天的充电技术。快

速充电QuickCharge2.0与连接器无关。它要求D+

/D--数据线可以与USBA型、Micro-USB、USB

Type-C连接器和其他专有链接器一起工作。有超过

20家的OEM已经支持这种快速充电技术和有超过

70种的配件可供选用(参见网址的有关信息:https:

///documents/quick-charge-

device-list)。

与传统的USB充电方式相比较，快速充电

QuickCharge2.0的端到端解决方案是利用较高功

率的快速高效充电技术。快速充电QuickCharge

2.0的A类可以通过一个Micro-USB连接器提供高

达24W的充电功率，使用C型连接器可以提供

36W的充电功率，使用QuickCharge2.0的B类可

以达到60W以上的充电功率。未来的快速充电技

术有望进一步改善充电工作特性[4]。

为了防止提高电压对电池造成损伤，Quick

Charge2.0加入了特殊芯片。为了避免老版本手机

在充电时被过大充电电流烧毁，同时还加入了特殊

的IC来判断充电开关。

QuickCharge2.0技术的兼容性好，可以被推广

应用到骁龙400、600、800全系列芯片的应用场合。

考虑到高通在手机芯片领域的巨大市场占有率，

QuickCharge2.0有很好的应用前景。

由于设有多个充电电压限制、充电电流限制和

充电温度保护，高通快速充电QuickCharge2.0是

一种不考虑充电连接器，确保健康电池生命周期的

充电技术。所有这些都集成在了快速充电Quick

Charge2.0组件中，无需外接部件来实现Quick

Charge2.0快速充电。

QuickCharge2.0是一件简单、低成本的充电解

决方案。它已经应用到许多高通的电源管理集成电

路中(PMIC)中，这些电源管理集成电路都是经过验

证和测试的，而其他的解决方案则需要更多的空

间，并且在PCB板上需要加额外的电路[3]。

到目前为止，有超过40种移动设备和100种

经过认证的配件支持快速充电QuickCharge2.0技

术。有关高通公司的快速充电更多信息可以访问：

/products/snapdragon/

quick-charge[2]。

1.3QuickCharge3.0(QC3.0)

2015年9月16日高通公司发布适用于手机的

快速充电技术QuickCharge3.0,作为快速充电技术

的第三代产品，QuickCharge3.0是在同类产品中首

次采用高通公司开发的全新最佳电压智能协商

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(IntelligentNegotiationforOptimumVoltage,INOV)

算法的快速充电技术。最佳电压智能协商算法可以

根据移动设备的属性不同选择最佳的供电电压，从

5V到20V以200mV为单位调整，以实现电量传

输效率的最大化。

QuickCharge3.0的充电效率比QuickCharge

2.0高38%，QuickCharge3.0的充电速度是Quick

Charge1.0的两倍，同时还采取了额外的措施来保

护电池的充电循环寿命。另外，QuickCharge3.0可

以使用高通的最新和先进的并行充电配置技术[2]。

QuickCharge3.0目的在于帮助便携设备具备

选定所需功率电平的能力，以便在任意时刻实现最

佳功率传输，并且实现电池充电效率最大化。相对

QuickCharge2.0，QuickCharge3.0能够提高充电速

度最高达27%，功率损耗降低45%，一台普通的智

能手机从零电量充电到80%的电量，QuickCharge

2.0技术需要90min，QuickCharge3.0技术仅需要

35min，不仅充电效率得到提升，而且还可以延长手

机电池的使用寿命。而不采用快速充电，通常几乎

需要近一个1.5h或更长的时间才能完成手机电池

的充电过程。

QuickCharge3.0对于充电界面和充电适配器

向后相容（包括USBType-C)，所有适用于Quick

Charge的技术界面和适配器都可以搭配Quick

Charge3.0产品使用，便于手机厂商开发新产品。

QuickCharge3.0将作为高通中高端处理器的

选配功能推出，骁龙820、骁龙620、骁龙618、骁龙

617和骁龙430均可配置QuickCharge3.0技术，这

也是高通主推的几款处理器产品。这样可以为OEM

厂商提供更灵活的选择，还可以达到UL认证的质

量和安全标准，UL认证有助于满足质量和安全标

准[4]。

高通的快速充电方案具有控制逻辑单纯、可靠

性好的优点。缺点是充电器的成本比同功率的充电

器要高20耀30%。目前欧美和日本的手机制造商都

偏向使用高通的手机电池快速充电解决方案。快速

充电配件需要经过严格的认证，以确保它们符合

UL规定的技术要求，从而确保智能手机电池的使

用寿命。

此外，快速充电是兼容和可互操作的，一个经

过认证的适配器可以使用一个非快速充电设备，这

时电池充电就没有快速充电功能。

只有通过UL认证（指贴有QuickChargelogo

标志）的快速充电器可以使用高通的快速充电标

志，因为他们已经通过了快速充电的兼容性和互操

作性测试。具有快速充电功能的任何快速充电适配

器都可以快速为任何移动设备的电池实现快速充

电。

快速充电工作在大多数智能手机电池的设计

参数要求范围内。它只是被设计为电池的快速充电

方式。然而，传统电池充电技术并没有接近今天的

电池全功率要求。快速充电的目的是使设备制造商

能够实现电池的全额定容量充电，同时充电过程还

应当符合电池制造商的技术性能和安全有关标准。

A类和B类配件之间的区别是最大电压。A类

和B类的适配器的额定电压分别为5V、9V和12V，

B类电池充电适配器更进一步，高达20V。B类的电

池充电适配器可以提供更大的充电功率，可以为例

如笔记本电脑充电。

2联发科技（MediaTek)的PumpExpress

(PE)快充技术

联发科技的快速充电技术PumpExpress内置

于电源管理集成电路(PMIC)。允许充电器根据充电

电流决定充电所需的初始电压，由PMIC发出脉冲

电流指令通过USB的VBUS传送给充电器，充电器

根据这个指令调整输出电压，电压逐渐增加至高达

5V，达到最大充电电流。PumpExpress目前有两种

技术规格，一是输出功率小于10W的Pump

Express，一■种是输出功率大于15W的Pump

ExpressPlus(PE+)。

配合联发科技的快充方式无需用到USB的数

据通讯口，线路简洁，架构和目前传统的USB充电

器几乎一样，成本提高也较低，电源设计原理一样，

很适合在中低端手机中进行推广使用。

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研究与魏计

2.1PumpExpress

2014年2月27日在台湾新竹联发科技公司发

布了用于智能手机和平板电脑的PumpExpress快

速充电技术。联发科技的快速充电技术和移动设备

的电源管理集成电路(PMIC)和相应的直流壁式充

电器一起使用，使用联发科技的PumpExpress快速

移动设备电池充电技术可以相对传统的USB充电

器缩短一半的充电时间。

PumpExpress为输出功率小于10W〔5V〉的快

速充电解决方案，受控输出电压为:5V/4.8V/4.6V/

4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V，主流输出功率为5V/

1A和5VA.5A。

联发科技的PumpExpress快充技术分A、B两个

版本，A版支持PumpExpressPlus，B版支持Pump

Express。联发科技公司的PumpExpress手机快速充

电技术可以在30min的时间内为电池充75%的电

量'PumpExpress可以用于输出功率高达10W(5

V)的充电应用场合，而PumpExpressPlus可以用于

不低于24W(12V)手机快速充电应用场合，兼容

现有的USB接口。

支持联发科技PumpExpress快充技术的半导体

厂商有BCD、Dialog(iWatt)、Fairchild、Leadtrend、

On-Bright、Richtek、PowerIntegrations，而支持Pump

ExpressPlus的半导体厂商有Dialog(iWatt)、

Fairchild、Leadtrend、On-Bright、PowerIntegrations[5]。

为了确保PumpExpres和PumpExpressPlus

(PE+)设备的易于使用和工作可靠，2015年4月

23日在台湾新竹联发科公司和美国UL实验室联

合发布了MediaTekPumpExpressPlus™(PE+)

technologyinside技术的全球范围技术认证项目。

PumpExpress快速充电技术基于现有的充电电

流，允许移动设备与充电器之间协商确定所需要的

电池充电初始电压。电压逐渐增加到5V以获得最

大充电电流，同时保持被充电电池在热极限的安全

范围内充电。

PumpExpress和PumpExpressPlus的技术指

标如下表1所列。

2.2PumpExpressPlus

PumpExpressPlus有PumpExpress+、Pump

Express+2.0和PumpExpress3.0之分。Pump

Express+2.0的技术改进如表2所列[5]。下面分别加

以介绍。

pumpExpressPlus通过了世界领先的UL严格

认证程序，通过PumpExpressPlus认证的AC/DC

表1PumpExpress和PumpExpressPlus的技术指标[3]

PumpExpress(PE)PumpExpressPlus(PE+)

充电器电路拓扑PSRPSR(SSR)

充电方式

线性

开关

充电电流/A芸2

芎3

接口和协议

VBUS/PEVBUS/PE+

充电器输出电压/V

3.6耀5.05.0耀7,9/12

充电器节省费用

$0.25(1.5A开关充电器）N/A

充电器功率/W

5(1.2A)

7.5(1.5A)

10(2.0A)

15(9V/1.67A)->3A充电电流

24(12V/2A)->4.5A充电电流

认证

可选要求

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表2PumpExpress+2.0的技术改进

项目

特点简介

1

快速通信

充电端口识别时间从2.1s降低到0.9s

2

精确的步进电压5~20V(步进电压=0.5V)

动态调节充电器电压，以优化充电效率

3

电缆阻抗测量(安全和有效，可选择）计算电缆阻抗，并且管理充电工作状态

适配器OEM生产厂商生产的移动设备充电器可以

工作于快速充电工作模式。通过认证的移动充电设

备可以为终端消费者提供所需的快速充电和快速

充电安全性。

联发科技的PumpExpressPlus的目的是通过

一个标准的USB适配器来最大限度的使12V输出

充电电压下输出电流充电效率最大化，传输功率高

达15W以上。通过和UL实验室、芯片厂商、电力

供应商和移动设备制造商的合作，生产出的移动设

备快速充电器必须满足UL的有关测试项目。

基于UL在快速充电和全球技术网络的丰富经

验，UL开发出了一个用于评估和最终认定联发科

技快速充电技术对电压、电流和温度严格技术要求

的测试程序。因此，可以为移动设备终端用户提供

更可靠的充电性能。

PumpExpressPlus充电器提供的输出功率大

于15W，其差别为受控输出电压增加了12V、9V和

7V三个档位，为12V/9V/7V/5V/4.8V/4.6V/4.4

V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V。

在2014年一■季度联发科推出了PumpExpress+

手机快充电技术，单路最大充电电流3A、主从充电

电流为4.5A、充电效率90%，采用单向VBUS通

信、充电电压分别为5V、7V、9V、12V，可以在35

分钟时间内为手机电池充足75%的电量。2015年

第3季度推出了PumpExpress+2.0快速充电技术，

单路最大充电电流3A、主从充电电流为4.5A、充

电效率92%，采用单向VBUS通信、充电电压分别

为5耀20V，步进电压为0.5V，可以在30min时间

内为手机电池充足75%的电量。

2016年第3季度联发科技推出了Pump

Express3.0快速充电技术，单路最大充电电流为

5A+、充电效率95%+，采用双向Type-CVDM通信，

可以在20min时间内为手机电池充足75%的电

量，PumpExpress3.0充电器可以输出高精度的f旦流

(CC)和f旦压（CV)。PumpExpress+2.0和Pump

Express3.0将会在市场上共存，PumpExpress+2.0用

于Micro-B/type-C连接器的应用场合，价位低。

PumpExpress3.0用于type-C连接器和较高充电电

流的应用场合'

联发科技采用的快充通信协议如表3所列。

PumpExpress3.0有20余种保护功能（例如

OVP、OCP、热保护、看门狗、定时器、阻抗检测等)。

3OPPO的VOOC闪充

VOOC闪充是OPPO公司独立自主研发的快速

充电技术，申请有18项专利，将充电速度提升了4

倍以上，比其他快充技术要快50%。并有从适配器

到接口到手机内部的全端式智能五级防护（第一

级:适配器过载保护、第二级：闪充条件鉴定保护、

第三级院接口过载保护、第四级：电池过载保护、第

五级:电池熔丝保护），是一种安全可靠的手机快速

充电技术解决方案。与其他提升电压的技术不同，

OPPO采用了5V大电流输出，从而提升了电池充

电速度。

受益于MCU对电流的精准调节，VOOC实现了

分段恒流和分挡技术，充电电量转化效率高达

95%。OPPO的VOOC闪充技术有VOOC闪充1.0

版本和VOOC闪充1.1版本供选用。

采用VOOC的快充技术，在30min时间内可以

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研究与鐵计

表3联发科技采用的快充通信协议

联发科(MediaTek)PumpExpress+PumpExpress+2.0

PumpExpress+3.0(直接充电）

推出时间表现现

2016年第3季度

充电器输出/V

5耀125耀20

3耀6

(步进电压为10耀20mV)

通信VBUS电流调制VBUS电流调制USBPD

充电电流/A单路3併联4.5单路3/并联4.5+5+直接充电

效率

90%

92%95%

对应高通的技术QC2.0

QC3.0N/A

将3000mAh的电池充满75%，10min的充电时间

足以保证2h的通话电量。

目前，VOOC快充电技术最大的缺点是只适用

于OPPO—家的产品，兼容性较差。

为了实现手机电池的大电流充电，OPPO闪充

向上游供应商定制了有关IC器件渊包括专门的充

电适配器、电池、数据线、电路和接口冤，以确保手机

电池的大电流充电。充电适配器中的MCU芯片用

于取代传统的充电控制电路，智能MCU电池充电

管理芯片可以自动识别当前充电设备是否支持

VOOC闪充。如果支持，充电器将会输出大电流为电

池实现快速充电;如果检测到不支持快速充电就不

支持快速充电，会自动工作于慢速充电工作方式[6]。

4结束语

QuickCharge是美国高通公司推出的手机电池

快速充电技术，PumpExpress(PE)是台湾联发科技

公司推出的手机电池快速充电技术，VOOC闪充是

中国OPPO公司推出的手机电池快速充电技术。文

中介绍了目前手机电池充电，上述3种常用的快速

充电方法技术特性与特点，讨论了对手机电池充电

的基本要求与手机锂离子电池的充电特性。

参考文献

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[3]/blog/mtk-peplusEBB/OL].

[4]/products/snapdragon/quick-

charge[BB/OL].

[5]MediatekPumpExpressIntroductionPDF-2016.5[BB/

OL].

[6]/14/0814[BB/OL].

作者简介

路秋生，本刊编委，北京信息职业技术学院教授。研究

方向为电力电子技术，LED照明技术，出版多部专著及多篇

学术论文。

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