感激IT之家网友 的原创投稿 随着科技的展开,智能手机的性能愈发强大,提高度也是越来越高,而它在我们的日常生活中的位置更是水涨船高。但是在电池技术没有什么突破性展开的今天,续航成了一切手机不得不提的一项参数,而充电作为其中不可或缺的一环,也是被各大手机厂商不遗余力地中止宣传。今天小七就和大家来聊一下手机充电技术的展开,由于小七自己学问有限,文中若有任何错误欢送大家指出。 前排提示:本文没有提及无线充电 充电学问 在继续后面的故事之前,我们需求先弥补一点基础的充电方面的学问。 学问点①:充电的电压以及发热 目前大多数手机运用的电芯都是单锂或者多并锂组成,电芯工作电压在3.0V~4.4V之间,均压平台3.6V-3.8V。当中止充电行为时,电能进入手机后经过手机内的降压电路处置后再输出3.3~4.5V左右的电压给电池充电。而这个电压转换压降过程,就是由手机内的充电管理IC模块担任。 这个电压转换压降过程会产生发热,电压差距越大产生的热量会越多。 学问点②:充电的电流以及功率 手机充电时的电流并不是不时不变的。优秀的充电计划应该是手机需求多大的功率,充电器就给多大的功率,而不是手机只能被动地接受充电器原封不动的功率。 当手机处于低电量的时分,手机遇请求充电器火力全开,这就是所谓的充电峰值。在这个时分充电速度十分快,但是损耗和发热也很大。 充电时,随着手机电量的上升,充电的功率常常是逐步降落的。当手机的电量充到60%~80%的时分(细致看手机厂商的设定),充电电流会减小,以抵达减少电池损耗和手机发热量等目的。 在后面这个阶段,电流常常只需几百毫安以至更小,充电的功率也很小(相对而言),也就是我们常说的涓流充电。 需求留意的是,涓流充电是大功率充电时期的产物,关于5V/500mA的充电器是没有涓流充电这么一说的。(电流原本就很小) 下面开端正文,本文分为“史前”时期、初露矛头、快充现世、上下之争和一统天下五个部分。 “史前”时期 我们先来说一下当年功用机还统治着地球的时期,比较早期的充电器和往常的充电器主要有三个比较明显的区别: ① 以前的充电器并不像往常这样数据线和适配器(充电头)分开,而是一体的,也就是充电头连着数据线; ② 以前的充电器功率其实很小,普通都是5V/500mA,也就是2.5W(瓦)的功率; ③ 以前的充电器单纯只能充电,而往常担任的充电器把数据线拔下来接到电脑上还能够中止数据传输(同时也能充电)。 ▲图左为老式一体充电器(黑),右为新式分体式充电器(白) 注:此处并非指分体的充电器要优于一体的充电器,实践上两者各有优劣 为什么当时的充电器功率这么小呢?主要缘由有两个: ① 手机相对功用少,耗电少,因而电池也小(大多数是几百毫安时/mAh),不需求太大功率的充电器; ② 大功率的充电器制造难度大,成本高,在当时的环境下显然不划算。 但是随着手机的展开,特别是安卓手机的崛起,手机功用也开端增加,耗电量也开端增大,电池容量也开端突飞猛进,到了动则上千毫安时的时期。这个时分假如还是继续运用着5V/500mA的充电器,那么就会呈现充电十分慢,而且会呈现边充电边玩手机,电量还是越来越少的这种”入不敷出”的状况。 在智能手机萌芽的时分,USB接口在手机上也随之提高开来。而手机充电技术的改造,就从这里开端了。 初露矛头 比较早开端呈现的充电规范是USB BC 1.2(BC是Battery Charge的简称)。 USB规格第一次是于1995年,由Intel(英特尔)、NEC(日本电气株式会社)、Compaq(康柏)、DEC(美国数字设备公司)、IBM(国际商业机器公司)、Microsoft(微软)、Northern Telecom(北方电信公司)等七家公司组成的USB IF(USB Implement Forum)共同提出。 BC 1.2的呈现,让同时中止充电和数据传输成为了主流。 USB BC1.2规范由USB IF协会于2010年发布,指的是可直接为关闭的便携式设备电池充电,成为树立经过USB端口为电池充电的正确方式的关键规范。 说白了,BC1.2就是能够给包含手机在内的便携式设备运用USB接口充电(包含关机充电)的一套官方规范。 BC 1.2出来之前,除了日渐强大的只能手机,诸如数码相机、DV等便携式设备也开端逐步遭到人们的喜欢。这些便携式设备与电脑之间的数据交流也变得频繁了许多,因而,USB接口在这些设备上开端普遍起来。 固然USB接口呈现的目的是为了传输数据和衔接诸如键盘鼠标的设备而并不是充电,但是在这时分,假如能运用USB接口给这些设备充电,那么就会方便很多,USB BC 1.2也就应运而生了。 目前市面上主流的USB接口能够分为USB 2.0和USB 3.0两种,其中两者的电压都是5V,而电流方面USB 2.0为500mA,USB 3.0为900mA。 注: ① USB 3.1 gen1其实就是USB 3.0的马甲版(最大传输速率依旧是5Gb/s),而USB 3.1 gen2才是升级版,最大传输速率可达10Gb/s,最大输出电压/电流可达20V/5A); ② 传输数据的USB 2.0的线缆中只需四根线,充电的MicroUSB 2.0线缆中有五个触点,而USB 3.0中升级为了九根线; ③ 常见的USB分线器/集线器/HUB等能够将一个USB接口分出多个USB接口的设备,在没有独立外接电源的状况下,很有可能由于给每个USB接口提供的电流缺乏而招致衔接在该USB接口上的设备无法正常运用以至是损坏,因而大家在运用这类产品的时分一定要当心。 USB BC 1.2最大的功劳就是使得USB充电的最大电流能够抵达1500mA也就是1.5A,固然它没有提升电压(由于要适配其他便携设备),但是将电流提升到1.5A之后,USB接口充电的最大功率就能够抵达7.5瓦(W),这个时分的USB BC 1.2曾经足够对付当时的手机充电了。 USB BC 1.2的呈现不只使得当时的USB充电规范紊乱的局面得到了规范,而且它关于集线器/分线器/HUB也有着很好的支持,特别需求留意的是,为了保障每个接口能有足够的电流,支持BC 1.2的集线器/分线器/HUB常常都需求外接电源。 ▲图为USB BC 1.2工作计划 前排提示:千万不要小看USB IF协会哦 快充现世 固然USB BC 1.2规范曾经能满足当时的充电需求,但是科技的展开是无止境的。随着智能手机的展开,对充电的速度再次提出了更高的请求。而就在这个时分,发布USB BC 1.2规范的USB IF协会居然没有给出一套可行的处置计划,而这就为后来的快充规范大混战埋下了伏笔。 到了2013,高通大佬就出场了。当时高通一拍桌子,振臂一呼:同志们,跟着我有肉吃!它率先突破了USB IF协会关于USB BC 1.2规范中的1.5A的最大电流限制,将其提升到了2A也就是10W的功率(5V/2A),充电速度大幅提升。 这就是高通的QuickCharge快充1.0版本,也就是QC 1.0快充。 了解高通的同窗应该都知道,高通在手机芯片和通讯专利方面可谓是一方巨擘,而仰仗着这个霸主级别的位置优势,高通能够疾速推行自己的QC快充规范。然后,就能够坐着收QC规范的受权费。 而到了2014年,状况就有些不一样了,这个时分固然Type-C的数据线曾经面世,但却还没有提高,手机上依旧还运用着MicroUSB 2.0接口的数据线(也就是大家常说的安卓线)。前面我们曾经提到了,由于MicroUSB 2.0的数据线内部只需四根线,对电流的承载才干十分有限,2A基本就是极限了,而Type-C接口优于设计的优越性,接口的触点十分多,因而内部能够增加的线比MicroUSB 2.0要多得多,最大可支持5A的电流。所以Type-C接口与生俱来就对大电流有着极大的友好。 ▲图左为Type-C型接口,图右为MicroUSB 2.0接口 注: ① Type-C接口只是一种接口类型,由于体积小,正反可插,以及能够兼容诸多协议,因而有着“数据接口的终极形态”之称,但也由于其兼容了诸多协议,能够集成视频、音频、数据、供电等各种接口和协议(如雷电三),招致目前市面上的Type-C接口功用不一,对新手来说比较不友好。 ② 常见的MicroUSB除了2.0,还有MicroUSB 3.0,手机上有三星的note3和s5采用了这种接口。但是由于MicroUSB 3.0体积太大,因然后来就没有手机采用这种接口了,反倒是移动硬盘往常用的比较多。 ▲图为MicroUSB 3.0数据接口 注:以下提及的MicroUSB如无标注则均为MicroUSB 2.0 上下之争 我们继续回到2014年。 而这个时分,假如还要继续经过增大电流的措施来提升充电功率,MicroUSB那孱弱的身躯可接受不了这庞大的电流。于是乎,以高通QC为首的高压快充计划和以OPPO VOOC为首的低压大电流快充计划就此各奔前程,而快充协议的混战也从此展开。 先来说说高通这边的高压快充计划。 我们都知道P(功率)=U(电压)*I(电流),而既然当时增大电流不行,那就增大电压呗,同样是18W功率的快充,假如要用5V电压的话,电流曾经超越了3A,正常的MicroUSB是绝对受不了的。而运用12V的电压,电流就只需求1.5A,一下子电流就降下来了。这种计划的一大益处就是成本比较低,而坏处就是将充电器的电压升到这么高,在二次降压过程中手机的充电管理IC产生的热量也是极大的,所以高压快充的一大特性就是手机发热严重。 留意,1.5A是QC规范比较引荐的电流,由于2A是Micro USB的极限,业界的普遍共识是,不要把器件用到极限值,而是要预留余量。 ▲图为高压快充计划表示图 接下来我们再来说说OPPO的VOOC低压大电流快充。 ▲图为低压大电流快充原理表示图 和高通不同,OPPO这边采用的是另外一种处置计划。不是说正常的MicroUSB数据线承载不了这么大的电流嘛,那就把充电器从头到尾彻底改造一番。OPPO采用在当时来说相当另类的处置计划,在普通的MicroUSB数据线中增加了两个触点,使得内部变成了七根线,充电头也由于整合了IC电路而变得奇大无比。 ▲图片来自网络 不只如此,由于从头改造电路,所以数据线只能用官方的特制数据线,普通的数据线无法抵达快充的效果,而且这样做的成本也很高,大电流充电关于电池的损耗也更为明显,很多运用初期的VOOC快充的手机在运用大约一年之后,电池续航严重降落。 但是,付出了如此繁重的代价,OPPO也不是没有收获的。 初代的VOOC快充就仰仗着5V/5A的25W超大功率,在充电速度上一骑绝尘,使得其他手机都难以望其项背。而由于它将发热源外置到充电器中,手机在充电时发热量明显小于高压快充计划。既然VOOC快充如此优秀,OPPO自然也不能藏着掖着,于是乎…… 充电五分钟,通话两小时的广告词响彻大江南北。 ▲图为OPPO R11官方宣传文案 低压大电流计划固然成本高,且对充电设备有比较高的请求(特别是线材),但是手机上的发热量小,充电速度更快。 一统天下 大家当然不可能傻乎乎地去给高通送钱,在利益的差遣下,各家厂商也开端着手研发自己的快充规范。 下面来说一些比较主流的快充。 随后联发科也推出自己的Pump Express(PE)和后来的Pump Express Plus(PEP)快充,而魅族的mCharge快充就是基于此,华为早期推出了Fast Charge Protocol(fsp)快充,国际巨头三星也有自己的AFC(Adaptive Fast Charging)快充,而小米和努比亚等一众运用高通SoC作为自己旗舰手机SoC的厂商也是运用的高通的QC快充。以上提到的这些都是运用的高压快充计划。 当然低压大电流计划这边也不是没有援军,好比说一加。一加CEO刘作虎作为OPPO前高管,固然一加运用的是高通的SoC,但是在一加推出自己的快充计划时,还是选择了低压大电流计划,也就是一加Dash闪充。 看到这里是不是觉得高压快充计划曾经赢得了胜利,低压计划只能在一旁苟延残喘? 当然不是!事情在2016年发作了转变。 2016年,Type-C接口曾经提高得七七八八了,安卓旗舰手机基本都是运用这种接口,这就为低压计划的翻身提供了有利条件。(固然Type-C接口支持大电流,但是其线材依旧比较粗) 这一年,华为改动了快充计划,推出了自家的另一类快充(scp),全称Super Charge Protocol,搭载的机型有光彩Magic、Mate9和P10/plus,运用的是4.5V/5A的低压大电流计划。 而联发科这边的PEP快充,也转投了低压计划,魅族最新发布的旗舰Pro7 Plus搭载的mCharge4.0也是运用了低压计划,早前的mCharge3.0属于高压快充计划(24W),充电器输出电压最高可达12V;而mCharge4.0(25W)属于低压大电流计划,充电器输出电压5V,电流可达5A。 努比亚也推出了自家的快充计划,名为NeoCharge,运用的是5V/5.2A的26W低压大电流快充计划,搭载在努比亚2017年发布的M2上。 至于小米……额……似乎没有低压快充计划,目前已有的澎湃S1上搭载有9V/2A的18W的澎湃快充,是典型的高压快充计划。不知道澎湃S2会不会给我们带来惊喜呢? 再说说高通,高通似乎也发现了低压计划的优势,在最新的QC4快充上,也运用了低压大电流计划,不外于此同时也还支持着高压快充计划。 固然目前低压大电流计划曾经基本统治了快充,但是各家的快充协议互不兼容,能够说给消费者带来了很大的苦恼。 这个时分,又到USB IF协会出场了。 USB IF协会之前当然也没有闲着,发布了基于USB 3.1中Type-C接口的USB Power Delivery(简称USB PD)的充电规范,最高能够提供100W(20V/5A)的充电功率,旨在统一便携移动设备的充电规范。USB IF的幻想是美好的,只是理想常常比较残酷。各家厂商自己做手机,再做快充规范,当然都是首选自家的快充协议,USB PD规范也就被晾到了一边。 但是幻想还是要有的,万一完成了呢? 要知道,USB IF协会的背景可不弱(都是行业巨头分离成立的),而谷歌官方也是表示安卓一定要支持USB PD协议,不要乱搞些有的没的快充协议。加上USB IF协会积极与各国以及各个高端实验室沟通,其最新发布的USB PD3.0曾经胜利收编高通的QC4快充协议,至此,高通QC、联发科PEP、华为fcp、scp,OPPO的VOOC等快充协议基本被USB PD3.0收纳。而厂商日后研发自己的快充技术,只需基于USB PD的协议即可。USB PD协议有望一统江湖。 ▲图为USB PD3.0协议,图片来自网络 但是,固然出路一片光明,道路还是一片坎坷,快充大一统,还是有不短的路要走。 |