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从入门到精通最详细的快充技术科普
2015年下半年的机型,基本上都配备了快速充电技术。一般来说,我认为充电
功率超过10W(也就是5V2A)才能称之为快速充电。
先简单介绍下手机充电的进化:
一开始手机电池都不大,这个时候USB接口默认的5V0.5A就可以满足充电的
需要;但是当智能机出现之后,由于对性能的大幅度渴求导致功耗上升,0.5A
已经满足不了需要了;于是定义了一个增强的USB充电识别标准:BC1.2。它
将充电电流最大扩展到5V1.5A。
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但是到了2013年左右,出现了3000毫安时以上的智能手机,这个时候就算是
5V1.5A也不能满足需求了,于是再次扩展到5V2A。
常识1:
手机充电电流是手机来控制的,而不是充电器。也就是说手机就是大坝,充电器
只是水库,手机会智能检测充电器的负载能力,充电器功率大质量好,手机就会
允许充电器加载更高的电流;充电器设计输出电流过小,那么手机也会限制给自
己充电的电流。
这就是为什么我们要选购大功率充电器的原因,例如一台手机最大支持5V1.5A
的输入,你买个5V1A的充电器,就会导致手机只能以5V1A来充电,不仅充
电速度慢,而且因为充电器一直全负荷工作发热严重;反之你买个5V2A的充电
头,手机会控制只输入1.5A的电流,充电器负载较低,有充足的余量。
没错我其实说的就是苹果,iPhone6/Plus分别最高支持5V1.5A/2A的充电,
但是吝啬的苹果标配充电器只有5V1A。对于1800多毫安电池的iPhone6来
说其实无关紧要,但是对于接近3000毫安时电池的iPhone6Plus来说简直要
了亲命!
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实际测试中,iPhone6Plus使用iPad充电器的峰值充电电流能到5V1.9A,
原因只有一个那就是节省成本,毕竟库克是要赚大钱的人。任何脑残果粉妄图在
这个问题上洗地都是可笑的行为。
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目前来看,iPhone6S/6SPlus应该也会延续这个风格,大家可以在富连网上抢
先购买,然后再买一个iPad充电头,齐活~~
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好的,我们继续谈历史。其实5V2A就是高通所谓的QuickCharge1.0技术。
当然实际上为了防止充电器满负荷,一般手机都是限制到了5V1.8A左右的。
安卓手机5V2A的充电技术没有什么限制也没有识别协议,大家都可以用。
但是苹果是个例外,恶心的苹果不仅Lighting数据线有认证,充电器也是有认
证的,苹果设备检测到非原装充电器会限制电流到5V1A甚至0.5A
所以苹果带了一个极坏的头,为了自己的利益刻意制造硬件认证和软件限制,导
致大家的设备不能通用;脑残果粉别洗地说你果为了安全blabla,劣质充电器
不管是什么玩意,对你和设备的伤害是一致的!5V2A跟1A并不会有什么区别,
5V1A的假冒苹果充电头电死人的消息少吗?
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于是高通啥的如梦初醒,原来还能这么赚钱?结果现在各家的私有协议纷纷出炉,
也就是说如果你不小心手机买多了,还得配上好几个不同的充电头!
我们都知道,要想提高充电速度,关键在于提高充电的功率。功率(W)=电流
X电压,充电器先把市电220V降压到5V输出到手机MicroUSB接口,然后手
机内部电路再降压到4.3V左右给电池充电。这里面一共有两个降压的过程。
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之前充电器输出电压都是5V,大家想着怎么提高电流;但是当达到5V2A之后,
瓶颈就来了:电流再增加势必造成大批MicroUSB接口和数据线无法承受。
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目前通用的MicroUSB接口和我们的USB数据线,一般来说只能在2A的电流
下保证安全高效的传输,电流超过2A硬件就受不了。质量比较牛逼的倒是可以
上3A,问题是必须考虑到劣质数据线和USB口的可能性,一味的提高电流,在
这些劣质配件上很容易出事故。
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于是机智的高通就提出一种高电压技术路线--QuickCharge2.0:我们为何不
提高充电器到USB接口的电压呢?这确实是一个非常好的想法,提高电压可以
在数据线电流负载不变的情况下提高充电功率,接口和数据线都不用更换,大大
节省了成本。
高通在QuickCharge2.0上设计了两种方案----A类和B类。手机使用的A类
可以提供输出5V、9V、12V三种电压,实际上基本上都只用9V这个档位。B
类方案电压将支持到5V、9V、12V、20V四种电压,功率可以达到60W,不
过标准B基本上是给平板和笔记本准备的。
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今年9月,高通在20153G/LTESummit技术峰会上又带来了Quick
Charge3.0,诸多方面进行了提升:在QuickCharge2.0的基础上增强了灵活
性,特别是在充电选项方面。在[color=rgb(68,68,68)!important]QC2.0提
供5V、9V、12V和20V四档充电电压,QC3.0则以200mV增量为一档,提
供从3.6V到20V电压的灵活选择。这将允许手机获得恰到好处的电压,达到预
期的充电电流,从而最小化电量损失、提高充电效率并改善热表现。
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我们可以简单计算一下,小米4/NOTE,输入限流9V1.2A,实际功率也和5V
1.8A是一样的了,但是电流直接小了1/3,也就是说数据线和接口的损耗大幅
度降低了。
而对于真正实现了快速充电的,比如三星S6/EDGE来说,低电量时的峰值充电
速度可以达到9V1.5A左右,功率大约为14W,比5V1.8A提高了约50%。这
才是名副其实的快充。
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当然MOTOXSTYLE/联想P1/魅族PRO5,基本上都到了20W左右的充电功
率,比起S6又是不知道高到哪里去了~~
常识2:
手机充电时的电流并不是一直不变的,当你的手机处于低电量的时候,手机会要
求充电器全速工作补电,这就是所谓的峰值。在这个时候充电器和手机的降压电
路火力全开,充电速度非常快,但是损耗和发热也很大。
一般冲到60%~80%的时候,根据各个厂家设定的不同,手机会给充电器发送
信号降低电流,以达到保护电池、降低损耗、减少发热等目的;在后面这个阶段,
充电的功率是大幅度降低的,也就是我们常说的涓流补电。
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再说一次,充电电流控制在手机手里,跟充电器没有一毛钱的关系,充电器只能
被动的适应手机的需要,同样的电压下不存在所谓充电器功率过高冲坏手机的愚
蠢说法;当然如果你做死用只有9V电压的充电器充限制电压5V的手机肯定会
出事。
不过高通怎么会大发善心推动大家一起进步呢?QuickCharge2.0是有所谓的
识别过程的,识别不出来你就滚回5V慢慢充电吧。
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而且高通对硬件的控制非常强,支持QuickCharge2.0的产品需要通过认证;
高通授权给了UL实验室来做(MTK快充认证也是),QC2.0认证费1500美
金,约合1万人民币每款,认证周期2-6周。同时还会威逼利诱厂家使用高通
的SMB芯片来做快充方案(手机不用说,移动电源也会让你用SMB)。
于是大家得到了启发,纷纷开始做自己的私有识别协议。比如MTK的那个
PUMPEXPRESSPLUS啊,华为在荣耀7上自己搞的识别协议啊。但是这些货
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色基本原理是一样的,那就是从5V开始充电,然后充电器和手机互相识别,在
电流最高2A的情况下提高充电器到手机USB端口的电压。
还有一大堆马甲出现,比如三星FastCharge,华硕手机的快速充电,其实都是
QuickCharge2.0的马甲;而魅族的mCharge则是MTKPUMPEXPRESS
PLUS的马甲。
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不过据说三星从NOTE4开始也是有自己的识别协议的,先检测自己的再检测
QuickCharge2.0,所以对三星手机来说不挑充电器,只要支持QuickCharge
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2.0就行。
但是华为和使用了MTKPE的魅族就不行了,必须搭配自家的专用充电器;比
较搞笑的是他们家的充电器反而支持QuickCharge2.0,可以给三星或者小米
的手机实现9V快充。这是因为充电器的QC认证高通管的不是很严,想做就做
了,只要你不宣传、不打QuickCharge2.0的LOGO就没事。
不过这些快充技术的具体原理都差不多:充电器与手机进行通讯,一开始会使用
5v电压正常充电;若手机支持快速充电协议,则手机会与充电器进行短暂的通
信;充电器收到正确的信号之后,开始输出9v电压。(过程见下图,使用MX5
示意)
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其中的不同在于QuickCharge2.0以及华为的私有协议是通过microUSB接
口中间两线(D+D-)上加载电压来识别,识别正确才会上9V;而且魅族等实
用的MTKPEP技术则是通过电流波动进行识别。
相对来说MTK的技术对线材的要求会降低,因为QC2.0的识别方式要求数据
线必须能够传输数据,如果线材缺失传输数据用的D+D-就只能5V了;但是
MTKPEP技术则毫无压力,因为是电流波动来识别的,只要你这根线能通电我
就能识别出来。
而至于最近出现的QuickCharge3.0,则是在QuickCharge2.0的基础上增强
了灵活性,以200mV增量为一档,提供从3.6V到20V电压的灵活选择。
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翻译成人话就是:QC3.0其实总功率和实现方式跟QC2.0没啥区别,只不过
QC2.0大家一般都是9V,直到最近联想P1才到了12V2A左右;而3.0直接
把手机的最高标准都弄到了12V(注意12V是手机,20V是给平板、笔记本准
备的),要不怎么能“与QuickCharge2.0相比,帮助提高快速充电速度最高
达27%”。
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同时高通“积极学习”MTKPEP的先进经验,从以前粗放的电源管理进化到了
200mV一档的精细管理,提高了充电效率降低了损耗blablabla,号称“与
QuickCharge2.0相比,减少功率损耗最高达45%”。总而言之,MTK领先
高通1年~~
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看到这里大家就知道了,现在快充门槛不在技术上,而在于各大厂商跑马圈地搞
的这些乱七八糟互相不通用的狗屁识别协议上,这就是科学技术发展过程中遇到
资本主义的无奈。当然并不是没有大一统的识别协议,USB推广小组早在2012
年7月份就制定了USBPD充电协议,全称“USBPower
DeliverySpecification”。
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USBPD根据可供给的电力设定了10W、18W、36W、60W、100W五级规格。
PD技术不仅充电功率强悍,更牛逼的是这货可以实现双向充电,也就是说两台
电脑用USB线连接可以互相充电,比起QC这种单向充电的不知道高到哪里去
了!
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然并卵,PD并不是一个USB强制协议,只是蛐蛐一个可选配的标准。在这种情
况下高通这种豪强怎么可能买账?QC标准还不是推推推~~现在就看苹果的态
度到底如何了,如果苹果决定下一代产品加入USBPD协议,业界这群墙头草
必然疯狂跟风。
还有,USBPD充电协议并不是跟TypeC捆绑的啊,这就导致出现了很多奇怪
的事情;比如乐视第一个在国内洋洋得意的推出TypeC接口的手机,但是乐1
在初始软件版本中把自己定义成一个充电器……..如果你那时候拿New
MacBook的TypeC充电器连接乐1,你会惊奇的发现,这两货谁都不鸟谁,无
法充电~~(也不知道现在解决了没有)
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常识3:
我们前面提到,电流再增加势必造成MicroUSB接口和数据线无法承受。实际
上新的USBTypeC接口就是为了改变这个问题。
TypeC接口的触点数量数倍于MicroUSB接口,这就使得它能承受的电流强度
大大增加;同时TypeC加入了互相识别的步骤,可以把自己定义成充电器或者
受电设备。换句话说USBTypeC天然支持快充,同样的电流下USBTypeC损
失也会更小,而且可以支持双向充电。
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所以说使用了USBTypeC而不支持快充都是耍流氓,比如一加2,只能5V简
直2333;指纹识别—电容感应用的FPC公版模组就不说了,目测快充的发热和
成本也搞不定,最终为了省钱直接给砍了,然后blabla什么端口过长……..为了
TypeC而TypeC的想法也是醉了。
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目前来说的话,主流手机的实测充电峰值功率见下图。
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可以看到虽然小米是国内很早上QC2.0的厂家,但是蛐蛐9V1.2A的参数相比
5V2A毫无优势,甚至因为涓流充电时间过长导致充电效率被5V2A吊打,“快
充不快”也是个比较搞笑的事情;直到小米NOTE顶配版才把电流放开到1.5A。
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而魅族从搭载PEP快充技术的MX5开始一路狂飙,MX5的9V1.8A已经足够
狂暴了,没想到PRO5直接上了12V2A…….功率提升到20W以上才真正体现
了快充的实用价值。
常识4:
对于搭载了像QuickCharge2.0或者MTKPEP快充的手机来说,不仅电流是
自适应的,电压也是自适应的。什么意思呢,比如MX5/荣耀7,亲测使用6~7V
的不稳定电压,也可以给手机充电,手机的电路会自动适应并进行电流转换。
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于是我们就发现了一个非常好玩的东西,如果你的手机(如荣耀7)使用了私有
协议进行9V或以上高电压充电,同时专属充电器非常昂贵或者稀缺,那么可以
直接TB弄一个高电压的充电器(电压在手机承受范围之内,例如路由器的9V
电源),改造或者转接一个MICRO–USB口,直接插到手机上强X充电~~
因为手机能自适应电流电压,这事并没有什么太大的危险……只要你的充电器是
正规厂家生产的就行。当然如果你屁都不懂,还是不建议这么玩。
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接下来我们说说快充的另一条技术路线,没错,那就是OPPO的VOOC闪充。
前面提到高电压充电技术是因为电流超过2A硬件就受不了;于是OPPO想了
个简单粗暴的办法:从头到尾改造硬件!
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VOOC闪充我们可以简单的看作充电器直连电池,使用特制加强的充电器、数
据线、电池,去除MicroUSB端口带来的限制;同时电池进行多模块分组同时
充电(不确定是不是并联)。这样一来,不用担心硬件吃不消;在大家充电功率
还在10W左右徘徊的时候,OPPO一口气直接拉到快要25W…….FIND7创造
的充电记录,到现在都罕有匹敌。
同时因为整体设计抛去了大量增降压路线,线路损耗比QC等高电压方案小得多
(可以看作大部分发热组件都扔到充电器里面去了);功率大大增强的同时发热
却能做到优秀的控制,不得不说是一种极为成功的快充设计。
VOOC闪充有很多的闪光点,其技术指导思想就是用高成本换高功率和低发热;
这和其他快充技术尽可能立足现有标准,小投入大产出的思路确实不同。结果就
是OPPOFIND7独孤求败了两年多,尽情的碾压后辈。
但是VOOC闪充并不是没有缺点,首先就是充电器的个头,FIND7的闪充充电
器个头无以伦比,不管是携带还是插孔都不是很方便,不过OPPO后期有过改
进,充电器体积大为缩小。
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其次,因为全部采用OPPO自己的设计方案,VOOC闪充只能在OPPO高端机
型上使用,通用性几乎为0;给其他手机只能最高5V2A,当然出于商品竞争的
角度可以理解。
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第一代闪充5V/4.5A(22.5W),赛尔康代工;第二代闪充5V/5A(25W),
光宝代工;第三代闪充5V4A,20W,由光宝、天宝和航嘉三家代工。
最后,VOOC闪充成本太过高昂,特制的充电器、数据线、电池导致整机售价
也收到了影响,而且据说电池也是牺牲了寿命获取对高电流的耐受性。而且
OPPO在屏幕和触控IC啥的堪称丧尽天良,1万K超高色温的垃圾屏幕和延迟
成狗的触控出现在3000的机器上,唯有OPPO一家。
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而且其他厂商也没有干等着,9月份最新的几款产品,如MOTOXSTYLE/联想
P1/魅族PRO5,基本上都到了20W以上的充电功率,在这种情况下VOOC的
优势被无限削弱了。
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(实际上MOTOXSTYLE峰值大约是9V2.2A,接近20W)
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虽然VOOC辉煌一时,但是以上问题,再加上高电压充电的产业链实在太过庞
大,也让VOOC的优势大大减少,反而成本问题更显突出;这些迫使OPPO做
出了降低功率减少成本(最新产品只有5V4A共20W),以及准备换装QC3.0
技术的讨论。
安全性
当然对于消费者来说,最关心的问题就是:手机充电速度突飞猛进,手机和电池
会不会充到燃烧甚至爆炸?其实手机电池发展速度并不是人们想象中那么慢,根
据目前手机电池的发展情况,安全的充电电流是1C,新型的电池目前已经能支
持到1.5C、甚至2C的充电能力。
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1C是个什么概念呢?举例来说,一颗3000mAh耐受电流最大1C的电池,它
的充电电流不超过3A。而现在2C的电池也开始应用,所以没必要担心,这个
需求极为强烈的行业进化速度是极为猛烈的。
就目前的情况来看,手机电池的充电电流倍率上限通常不是手机充电速度的瓶颈,
不管是QC还是MTK的PEP技术,充电功率都完全在电池的承受范围之内。可
以说在手机正常的寿命范围之内,快速充电技术完全不会造成任何影响。
而且给电池充电电流的额定值,是手机主板内设定的,手机并不是傻子,遇到紧
急情况会自动调节的;更不用说充电速度越快,代表手机的定位越高端,用料越
是好,安全措施越是到位,越是不容易出问题。
快充的意义
其实就目前的快充技术来说,因为有涓流充电这一过程的存在,0-100%充电时
间也要1小时10分左右;有些人手机没有快充也就多半个小时,于是他们觉得
快充没什么用;有些人认为自己一天到晚插着充电,所以快充没什么用。
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当然每个人都有自己的想法都有自己的实际,但是科技的最终目的正是通过不断
的进化改变人的想法乃至行为习惯。
快充的最大意义,我认为就是爆发性的冲刺充电阶段。特别是目前新机型的功率
普遍上了20W,那么在3000毫安时的电池下,10分钟可以充大约25%,30
分钟可以达到60%以上!
这意味着什么呢?意味着将会完全改变我们的充电习惯乃至使用智能机的习惯!
过去充电速度不够快,我们只能慢慢的等待,于是有些人发展出了晚上睡觉插着
充电的习惯;移动电源也大行其道,因为没人能忍受在充电器旁边等待两三个小
时。
但是有了快充,一切都会发生变化。即使晚上忘记充电导致电量过低甚至关机,
只要你早上洗漱时顺手一插,出门之前就有足够“安全”的电量;当你在外为了
业务不断奔波时,只要在吃饭的空档接上电源,吃完了抹抹嘴,你就会发现又可
以稳定的支撑一下午的需要;当你临上高铁没电了,列车又是不带插座的老型号,
那么只要在等待区充10分钟就能让手机支撑数小时的车程,配合覆盖越来越广
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的3/4G就能完成你的工作、娱乐需求;所以说,快充恰恰适应了目前智能手
机碎片化使用的实际情况。
快充的意义不仅仅在于节省的那一两个小时,更重要的是,快充能够在重要时刻
减少你不必要的时间浪费,提供更多的使用时间,让你抓住关键机会实现更高的
价值。让用户不被充电时间所束缚,不用再为电量担心,不用守着插座坐立不安,
甚至大大减少使用移动电源“挂尿袋”的机会,这就是快充的意义。
换句话说,你的时间越值钱,快充对你越有意义;你的时间越廉价,快充就没那
么重要。
作者:@Black_黑数码,本文图片和资料部分来自互联网,对相关媒体与个人
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