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手机快速充电Quick Charge技术解析 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-16

— 本帖被 mike 设置为精华(2023-08-05) —

关键词：手机快速充电 Quick Charge

从电源管理的角度来看，我们的智能终端，屏幕越来越大，通讯的带宽越来越宽。智能手机中的各种计算单元和并行计算的能力都越来越强。它们背后的代价都是更高的功耗，更快的电池消耗速度。
　　现在我们能看到，手机电池的容量在不断增长。从以前的功能机的时代，基本小于2000mAh，到现在一个屏幕比较大的智能手机，电池可能接近4000mAh。甚至一些平板设备可能会集成容量更大的电池。那么这种情况就给充电这件事儿，带来了比较大的挑战。
　　关于充电，消费者可能在两件事情上比较不满意。第一，是把一颗电池充满所花费的时间会比较多。第二，在有限的时间内，给手机冲进去的电量，不能维持它更长的工作时间。消费者的这些抱怨也带来了新的机会：在智能设备充电方面，还会有明显的技术进步空间，这也是未来的大趋势之一。
　　目前来说我们对自己的手机充电的情况，还都是比较了解的。市面上的移动设备主要有2种充电标准，除了iPhone采用专用接口之外，其他设备都是用Micro USB接驳设备，线缆的另一端是一个标准的USB接口，再接驳一个电源适配器。
　　这个电源适配器运行在5V电压。好处是非常方便，基本上只要有一根USB线，电脑就可以给手机充电，各种电源适配器都可以复用。但是缺点的在于，现在的电源适配器品种非常多，有的输出电流比较高，有的则比较低。
　　并且市场上的USB线缆种类也非常多。有的线上的阻抗比较高，能达到350mΩ，有的是比较低的100多mΩ。这些差异也导致了用户在不同充电设备上有不同的充电时间感受。
　　比如一家非常好的手机厂商，对手机进行了非常好的设计，也在手机内部用了一颗非常好的充电管理IC。但是用户在家里也许换了一根其他品牌的数据线，也许可能就体验不到这种快充的效果。这是一般手机厂商在这些5V的电压之下的统一标准下的比较难突破的地方。
　　今天Qualcomm的Quick Charge已经发展到v2.0标准了。那以前的v1.0怎么样？和今天的v2.0有什么差别有什么关系？
　　手机充电时，为什么会发热？
　　简单来说Quick Charge v1.0就是大家比较熟悉的，在手机主板内，采用swITching charger的方式给锂电池进行充电。它有什么优势和特点呢？
　　在以前的功能机时代，大多采用的是linear charger的充电方式。它的输入电流永远等于输出电流。电源适配器是5V输出，手机电池电压是在3V到4.2V之间。当电池的电压比较低的时候，就有一个直接的功率损耗问题，供电的功耗就会损耗在charger电路上面。
　　因为输入的功率是5V *电流，输出的功率是电流*电压。输出的电压要比5V低，比如电池电压是3V，这种情况会有40%的功率损耗。这就是以前linear charger最大的问题——由于有这么大的功率损耗，导致在充电过程中它的发热会比较厉害。也导致了没有办法进一步提高充电电流。
　　技术开始变革，整个手机行业的充电方式从linear charger过度到switching charger。
　　Quick Charge v1.0的两大特性
　　Quick Charge v1.0采用了switching charger模式，当你在5V、1A这种制式下，当你的电池电压比较低得时候，给电池充电的电流，实际上是高于输入电流的。功率方面几乎可以说是持平的。(不计电路功率损耗)switching charger的方式进一步提升了充电电流，也就缩短了充电时间。与传统USB充电技术相比，充电速度提升40%。
　　在Quick Charge v1.0还要解决一个问题。由于我们现在都是5V的制式，另一端都是标准的USB。但我们在充电时，也会遇到许多不同类型的电源。电源有可能是一个USB口，有可能是一个墙式充电器，或者是其他USB的附件，或者是充电宝之类的电源。作为手机上的充电电路，需要它能够去识别这些电源的类型。因为很多电源的电流输出能力是很宽泛的，从几百mAh到1.8A都有。手机的充电电路应该根据所连接的电源的类型抽取相应的电流。
　　举例来说，如果是接驳笔记本电脑上的USB接口供电，手机过度的拉电流的话，超过500mA，笔记本电脑电源输出有可能进入保护状态，也就不能完成充电的动作。因此在手机的充电电路上，还要有这样一个识别机制，确定是什么类型的电源，最大限度的去利用这个电源的输出电流能力。这个就是Quick Charge v1.0做的事情。
　　这个识别动作，也是有一个国际通用标准的叫做：USB BC 1.2，输出电流范围为300mA-1800mA。这个标准已经相当普遍了，目前几乎所有品牌的智能手机都采用了这个标准。
　　小结一下，Quick Charge v1.0主要就两个功能：第一是，switching charger的这种充电方式，实现电源适配器1.8A的电流输出。第二是，识别不同USB电源的类型。
　　Quick Charge v2.0规范解析
　　Quick Charge v2.0又比v1.0多了什么呢？上文我们已经讨论过，手机充电是基于USB接口的一种通用标准。5V电压，电流上限是1.8A，那么我们能得到的最大功率就是5V * 1.8A = 9W，那么9W折算到充电电流来讲，最大极限就是2A左右。现在如果设备配备了3000mAh乃至更大的4000mAh的电池，充电的时间还是比较长的，。如果消费者想要将充电时间缩短到2小时，甚至是1小时的话，就要想别的办法。
　　现在市场上也有一些类似的技术，比如在电源适配器上，在5V电压下，输出3A、4A电流。但消费者所使用的线缆是没法控制的，作为手机制造商也没法完全控制用户使用什么样的线缆。消费者家里可能用过很多设备，也许手机换了，但是线还在。其质量也参差不齐，有的比较长，有的比较短，阻抗也各不一样。
　　如果消费者使用了一根体质比较差的线缆，阻抗较高。即使电源适配器能够提供大电流，手机上的charge IC也能在大电流情况下给电池充电，但是由于线损的问题，到达手机主板上的电压比较低的，也就根本没有办法达到一个比较高的充电电流。这就是在5V环境下的一个天然的局限。
　　Qualcomm的工程师会怎么做呢？既然要提高到电源适配器到手机主板的总功率，但是又不能进一步提升电流了(1.8A的限制)那么也就只能提高电压这一种途径了。
　　在Quick Charge v2.0中，设计了两种方案，即A类和B类。A类可以提供输出5V、9V、12V三种电压。通过提高电压的方式，让电源适配器能够提供更多的电量给到手机终端。
　　这件事情听起来很简单，但问题是如何向前的兼容呢？电源适配器直接输出9V、12V，可能会导致手机过压保护了。所以还是需要有这样一个机制，在手机和电源适配器之间，手机能够识别电源适配器是标准的5V输出，还是有更高的供压能力。在手机授权的情况下，再做一个动态的调整，接受更高的电压和电流。这就是Quick Charge v2.0最主要的特性。
　　从总功率方面来讲，Quick Charge v2.0已经完全考虑到未来终端发展的趋势。乃至到手机、平板、笔记本电脑融合的趋势，在总功率的规划方面，规格已经做的相当高了。现有的A类方案，可以支持到36W。未来的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。因此基本上笔记本电脑，和多节电池串联的构架，都可以得到满足。
　　Quick Charge的充电优势
　　在充电速度方面，采用Quick Charge技术之后，消费者可以尽享便捷充电的优势。传统的linear charger其充电电流小于1A。(如果充电电流大于1A的话，设备就过热了)以一个3300mAh的电池举例，传统的linear charger方式充电，要长达4小时左右。而Quick Charge v1.0将充电电流提升到1.8~2A。基本上可将充电时间缩短到40%。如果更进一步，使用Quick Charge v2.0标准，使用3A的充电电流的话，那么在1小时多一点的时间，就可以完成充电。
　　上面是关于，整个电池的充电时间获得的优势。那么在单位时间里面，更快的更多的往手机里面充一些电，这对很多人来说，其实更加重要。很多用手机的人，都很忙碌，有机会坐下来休息一会儿，在这有限的时间里能尽可能的往电池里冲入更多地电量，对用户体验来说非常重要。这也是Quick Charge v2.0在用户体验方面带来的一个比较明显的地方。

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只看该作者沙发发表于: 2023-07-16

关于Quick Charge认证
　　Quick Charge现在在整个行业里，又做到了什么程度？目前，Quick Charge v1.0已经近乎成为了整个行业的评测标准，各大手机厂商如果采用Qualcomm的平台开发自己的手机产品，基本上已经全部支持Quick Charge v1.0。
　　而v2.0的部分，Qualcomm从2013年开始推广，到2014年年中，已经有多款的商用终端产品在市场上正式发布，并且国内已经有很多OEM厂商热衷采用这项技术。
　　并且Qualcomm已经提供了完整的兼容性测试。这个测试是第三方权威机构进行评测的，待到测试通过之后，Qualcomm会给一个认证LOGO。这些技术对于所有的OEM厂商来说都是免费的，当然测试可能会花一些费用，毕竟那是第三方的测试费。显而易见，手机厂商为用户做的这些努力，用户也能切实看到。并且用户家里有那么多条数据线和电源适配器，这小小的LOGO也能让用户明确知道自己手中产品有何过人之处。
　　v1.0与v2.0的实现方式
　　在Quick Charge v1.0中，电源适配器5V输出到手机主板，主板上的充电电路得到5V电压，会对电池进行充电。而这种充电电路的存在形式会有2种，一个是PMIC方式，即手机套片内部的switching charger电路，它本身的效率已经很高。但是如果手机厂商还希望进一步提高充电电流，得到更快的充电时间，尽可能的再降低一些发热，也可以用片外独立的switching charger芯片。而在USB D+、D-线上，会有一个BC1.2的握手。
　　在Quick Charge v2.0中，它的构架是完全兼容v1.0的，也没有更多额外的控制引脚和接口。所有的控制还是运行在USB的D+、D-信号线上的，并且它是兼容BC1.2的。不同的是，在BC1.2的基础上，Quick Charge v2.0的电路会再判断一次，电源是否支持Quick Charge2.0。如果电源支持，手机再请求电源适配器提供更高的电压。这一系列的握手，都是建立在BC1.2标准基础之上的，所以v2.0也是充分向前兼容的。在手机主板端，也提供了片上和独立的switching charger方案供OEM厂商选择。
　　关于安全性的问题
　　对于终端消费者来说，最关心的问题就是，手机充电速度提高了，手机和电池会不会有安全性的问题。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、1.6C的充电能力。1.5C是个什么概念呢？举例来说，一颗4000mAh的电池，它的充电电流不超过6000mA。对于充电电池来说，充电电流的门槛已经足够宽泛了。
　　另外Quick Charge所解决的问题是，电源适配器提供更高的功率到手机端。这里还有一点，很多人可能会忽略，电源适配器所提供的电能，不是100%都用来给电池充电的。当手机在充电的时候，手机还是在工作的。很多人可能会一边充电，一边玩游戏。有很多电能消耗在给系统供电，也许会有30~40%的电能用在给系统供电了。所以手机电池真正能获得的充电电流，会进一步打折。Quick Charge技术，不但提高了到电池的电流，也在充电时，提供了更高的到整个手机系统的电流。
　　从这两个角度讲Quick Charge技术并没有对手机和电池造成所谓的不安全因素。因为给电池充电电流的额定值，是手机主板内设定的，而通过Quick Charge手机整体得到了更多的电流。由此不安全、毁电池这些疑云也就不攻自破了。
　　关于兼容性的问题
　　随着Qualcomm在市面上全面推广Quick Charge技术，未来在市面上，可能会看到两种主要的规格。仅仅支持5V电压的，Quick Charge v1.0的电源适配器，或者是支持多种电压的Quick Charge v2.0的电源适配器。同时，手机和平板设备也会有2种。在实际的情况中，这两种电源适配器和手机，非常有机会互相复用。支持Quick Charge v2.0的手机，使用普通的USB 5V电源适配器，也可以工作。支持不同电压的v2.0的电源适配器，也可以给其他普通手机充电。采用Quick Charge技术的设备，向下的兼容性是没有任何问题的；传统手机和电源适配器，也向下兼容Quick Charge的设备。经过Qualcomm这1年多以来的生态系统搭建，截止到2014年年中，在国内已经有5家电源适配器芯片方案的厂商，已经有完备的Quick Charge v2.0的方案。国内有数十家电源适配器生产厂商在做相关产品。相信未来，Quick Charge2.0很有可能成为USB BC1.2的一个实施标准，得到全行业的认可。

文章出自: 世科网

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