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快充简史,为了节约手机充电时间,我们有多“努力”?

2022-12-30
来源:21ic

今年的苹果2019秋季发布会上,苹果发布了iPhone 11 Pro。亮点是,iPhone 11 Pro终于告别了苹果祖传的五福一安(5V1A)充电器,用上了18W快充充电器。今天的“芯词典”栏目给大伙聊的手机快充这档子事。

随着时代的发展,现代人几乎不可能离开手机生活,手机电池的容量也从以前的几百毫安时到今天的三四千毫安时。可随着屏幕越来越大,功能越来越多,对于电池的消耗也越快。之前,咱们也有提过为啥手机电池技术一直发展不起来。所以短期内也无法从电池解决手机续航问题,摆在厂商面前,也只有提升充电速度这条路了。

9月11日凌晨,苹果2019秋季发布会上,苹果发布了iPhone 11 Pro。亮点是,iPhone 11 Pro终于告别了苹果祖传的五福一安(5V1A)充电器,用上了18W快充充电器。而上一代的iPhone XS/XS Max虽然支持快充和无线充电,却需要单独购买快充充电器和数据线。

而今天给大伙聊的手机快充这档子事,也不是苹果独占首发,早在苹果许久以前,就已经有手机厂商满足了人民大众的需求。趁着这股劲,咱们来盘一盘快充的发展史。

手机的充电标准可以追溯到功能机时代,USB BC 1.2(Battery Charge)开始引领全球。1995年,由英特尔(Intel)、NEC(日本电气株式会社)、康柏(Compaq)、美国数字设备公司(DEC)、IBM(国际商业机器公司)、微软(Microsoft)、北方电气公司(Northern Telecom)等七家公司组成的USB IF(USB Implement Forum)共同提出了USB规格。而USB BC1.2标准也由USB IF协会在2010年正式颁布。所以BC1.2是全球首个可以给包括手机在内的便携式设备使用USB接口充电(包括关机充电)的一套官方标准。

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USB IF(USB Implement Forum)

你可能要问,这个协议标准跟快充有半毛钱关系吗?负责任的告诉你,关系大了去了,但是半毛钱肯定不够。

首先,厂商在开发USB产品前必须从USB-IF取得厂商标识符(Vendor ID)可透过以下两种方法来取得厂商标识符:

1,成为USB-IF会员并缴交年费US$4,000, 即可免费获得厂商标识符;

2,非USB-IF会员则需缴交费用US$5,000来获得厂商标识符。另外,需再缴付US$3,500以取得USB 标志使用权利,此费用为期2年(若是USB-IF会员不会收取此费用)。

USB BC 1.2的出现,使同时进行充电和数据传输成为了现实。当时USB接口最大电压还是5V,而USB BC 1.2的充电标准最大的作用就是使得USB充电的最大电流达到了1500mA,尽管没有提升电压,但是电流提升后,USB接口充电的最大功率就能够达到7.5瓦(W),此时的USB BC 1.2已经足够应付当时的手机充电了。但这里也有一个伏笔,MicroUSB 2.0接口的数据线(所谓的安卓线)内部只有四根线,只能承载2A极限的电流。

时间到推到2012年,那是手机平板等移动设备高速井喷发展的一年。手机电池容量也陆续突破2000mAh,甚至4000mAh,但智能能手机吃电还是越来越凶,手机厂商们思来想去开始正式研究快充技术。而老大哥USB IF协会当时却没有给出任何一套可行的解决方案。到了2013,芯片供应商高通志向远大,其第一个发现了问题,于是率先提出了“快充”的概念,Quick Charge 1.0也就此横空出世。

QC1.0同样是通过提高输入电流来提升充电效率,但其支持5V/2A即最大10W的充电功率,突破了USB-IF 1.5A的电流上限。同一年,华为便在第一代Mate手机身上也引入了“快充”概念,同样支持5V/2A输入,3.5小时内就可将4050mAh电池充满。充电时间缩短了40%,至此,从1973年手机诞生到2013年,历时40年,手机跨入快充时代。

第二年,2014年,如果说QC1.0只是高通在试水,那么这一年则是大刀阔斧的改革了。高通彻底推翻了QC1.0的策略,改为采用了高压快充方案。前文有提到MicroUSB 2.0接口的数据线最高也只能支持2A的电流,再想往上就是臣妾办不到了。那提升电流不行,就升电压呗。QC2.0应运而生,相比起QC1.0标准,QC2.0划时代的改变了充电电压,从保持了多年的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。而同年,USB IF才睡醒,同时发布了 PD 2.0 协议和USB Type-C 1.0 接口标准。革命性的 USB-C(USB Type-C)接口支持最大20V/5A 的电量传输,天然更适合快充。高电压和USB-C接口的出现,快充也终于迎来了爆发期。

QC2.0是快充历史上普及度最高,影响力最大的标准,哪怕是三星2018年度旗舰Galaxy S9采用的依旧是5年前诞生的QC2.0。也是在那一年,OPPO推出了OPPO Find 7手机,搭载全新的VOOC闪充的技术,4.5A的充电电流,有了那句著名的著名的广告语“充电5分钟,通话两小时”,3000mAh电池30分钟充到了75%。

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QC2.0因其无与伦比的兼容性在当时影响深远,Micro USB是智能手机的标配,但却一直受制于物理接口的限制,一旦超过2A的电流就容易出现损毁(原来以前把爹妈手机玩坏被暴揍一顿是这个原因)。而QC2.0就绕过了Micro USB接口和数据线的制约,简单暴力地增加输入电压来提升充电速度。

“还有这种玩法?”国内厂商兴奋地搓了搓手。既然提升电压可行,谁还搞其他花里胡哨的。我们可以骄傲的请出下一位选手:OPPO的VOOC低压大电流快充。名字太长也难记,下面统一称其“VOOC闪充”。

VOOC闪充采则采用了另一种解决方案,说起来也还是简单粗暴。正常的MicroUSB数据线承载不了过大的电流,于是它将充电器从头到尾都改造了一遍,搞技术还是要有钱。平常的MicroUSB数据线只有五个测点、四条线,VOOC就增加了MicroUSB数据线的充电和内部线。所以初代的VOOC闪充充电头无比硕大。而这种方法的缺点也很明显,大电流充电对于电池的损耗会更为明显,很多使用初期的VOOC快充的手机在使用大约一年之后,电池续航便严重下降。

VOOC闪充充电头

也从这里开始,高通QC为首的高压快充方案和以OPPO VOOC为首的低压大电流快充方案就此分道扬镳,而快充协议也开始五花八门起来。

联发科的Pump Express,Pump Express快充技术是由内置于PMIC的电源管理集成电路和DC壁式充电器组成的。它有几个亮点:Pump Express技术允许充电器根据电流决定充电时候所需的初始电压,由PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus传送给充电器,充电器依照这个指令调变输出电压,电压逐渐增加至高达5V 达到最大充电电流。此外,PE技术还拥有两种规格:一是输出功率小于10W的Pump Express,二是输出功率大于15W的Plus版。

2017年,魅族发布了55W Super mCharge快充技术,号称“比快充还快三倍速”,20分钟可以充满3000mAh电池的魅族手机,但这其实是披了马甲的联发科Pump Express技术,技术上大同小异,而该技术至今也没有实现量产。

2018年,OPPO Find X问世,还带着50W SuperVOOC超级闪充,3400mAh电池35分钟充满一起回归。

2019年2月24日,华为推出首款可折叠屏智能手机Mate X,其内置4500mAh大电池,同时支持华为新一代55W超级快充,充入85%的电量仅需30分钟。

2019年3月vivo子品牌iQOO又推出了vivo 44W超快闪充技术,4000mAh的电池15分钟充到50%,45分钟充满。

同年6月,在MWC19上,vivo iQOO 5G版手机又又展示了120W超快闪充技术,同样是4000mAh电池,5分钟内可以充到50%,13分钟充满。

从目前的主流协议和接口看,三星、苹果和华为都有自己的协议。OPPO VOOC、MTK PE、Qualcomm QC等各家的协议都是基于各自的充电器和线材,充电参数不一,导致整个市场非常混乱。Type-C接口的推广和成熟,USB PD目前兼容所有主流协议,有望形成行业统一充电规范。


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