Quick Charge技術(shù)解析：關(guān)于手機(jī)快速充電的那些事兒

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從各種的媒體報(bào)道和資料當(dāng)中，很多人對(duì)Qualcomm的快速充電技術(shù)有了一定了解。最近特別火的小米手機(jī)第四代中，就是用了來自Qualcomm的Quick Charge技術(shù)，并且很多消費(fèi)者會(huì)問，9V的充電標(biāo)準(zhǔn)是怎么會(huì)事兒，新的標(biāo)準(zhǔn)和其他手機(jī)通用嗎？混用會(huì)對(duì)手機(jī)和電池造成危害嗎？今天的文章，我想從手機(jī)終端的發(fā)展趨勢(shì)談起，進(jìn)而談到當(dāng)今主流的充電技術(shù)趨勢(shì)，以及Quick Charge v1.0和v2.0兩代產(chǎn)品是怎么會(huì)事兒，他們都有哪些特點(diǎn)，并嘗試從技術(shù)的角度，去解答大家種種疑慮。

圖：小米發(fā)布會(huì)上的一張PPT，何為快速?zèng)_電？9V是怎么會(huì)事兒？

從電源管理的角度來看，我們的智能終端，屏幕越來越大，通訊的帶寬越來越寬。智能手機(jī)中的各種計(jì)算單元和并行計(jì)算的能力都越來越強(qiáng)。它們背后的代價(jià)都是更高的功耗，更快的電池消耗速度。

現(xiàn)在我們能看到，手機(jī)電池的容量在不斷增長。從以前的功能機(jī)的時(shí)代，基本小于2000mAh，到現(xiàn)在一個(gè)屏幕比較大的智能手機(jī)，電池可能接近4000mAh。甚至一些平板設(shè)備可能會(huì)集成容量更大的電池。那么這種情況就給充電這件事兒，帶來了比較大的挑戰(zhàn)。

關(guān)于充電，消費(fèi)者可能在兩件事情上比較不滿意。第一，是把一顆電池充滿所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)比較多。第二，在有限的時(shí)間內(nèi)，給手機(jī)沖進(jìn)去的電量，不能維持它更長的工作時(shí)間。消費(fèi)者的這些抱怨也帶來了新的機(jī)會(huì)：在智能設(shè)備充電方面，還會(huì)有明顯的技術(shù)進(jìn)步空間，這也是未來的大趨勢(shì)之一。

目前來說我們對(duì)自己的手機(jī)充電的情況，還都是比較了解的。市面上的移動(dòng)設(shè)備主要有2種充電標(biāo)準(zhǔn)，除了iPhone采用專用接口之外，其他設(shè)備都是用Micro USB接駁設(shè)備，線纜的另一端是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB接口，再接駁一個(gè)電源適配器。

這個(gè)電源適配器運(yùn)行在5V電壓。好處是非常方便，基本上只要有一根USB線，電腦就可以給手機(jī)充電，各種電源適配器都可以復(fù)用。但是缺點(diǎn)的在于，現(xiàn)在的電源適配器品種非常多，有的輸出電流比較高，有的則比較低。

并且市場(chǎng)上的USB線纜種類也非常多。有的線上的阻抗比較高，能達(dá)到350mΩ，有的是比較低的100多mΩ。這些差異也導(dǎo)致了用戶在不同充電設(shè)備上有不同的充電時(shí)間感受。

比如一家非常好的手機(jī)廠商，對(duì)手機(jī)進(jìn)行了非常好的設(shè)計(jì)，也在手機(jī)內(nèi)部用了一顆非常好的充電管理IC。但是用戶在家里也許換了一根其他品牌的數(shù)據(jù)線，也許可能就體驗(yàn)不到這種快充的效果。這是一般手機(jī)廠商在這些5V的電壓之下的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的比較難突破的地方。

今天Qualcomm的Quick Charge已經(jīng)發(fā)展到v2.0標(biāo)準(zhǔn)了。那以前的v1.0怎么樣？和今天的v2.0有什么差別有什么關(guān)系？

手機(jī)充電時(shí)，為什么會(huì)發(fā)熱？

簡單來說Quick Charge v1.0就是大家比較熟悉的，在手機(jī)主板內(nèi)，采用switching charger的方式給鋰電池進(jìn)行充電。它有什么優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)呢？

在以前的功能機(jī)時(shí)代，大多采用的是linear charger的充電方式。它的輸入電流永遠(yuǎn)等于輸出電流。電源適配器是5V輸出，手機(jī)電池電壓是在3V到4.2V之間。當(dāng)電池的電壓比較低的時(shí)候，就有一個(gè)直接的功率損耗問題，供電的功耗就會(huì)損耗在charger電路上面。

因?yàn)檩斎氲墓β适?V * 電流，輸出的功率是電流 * 電壓。輸出的電壓要比5V低，比如電池電壓是3V，這種情況會(huì)有40%的功率損耗。這就是以前l(fā)inear charger最大的問題――由于有這么大的功率損耗，導(dǎo)致在充電過程中它的發(fā)熱會(huì)比較厲害。也導(dǎo)致了沒有辦法進(jìn)一步提高充電電流。

技術(shù)開始變革，整個(gè)手機(jī)行業(yè)的充電方式從linear charger過度到switching charger。

Quick Charge v1.0的兩大特性

Quick Charge v1.0采用了switching charger模式，當(dāng)你在5V、1A這種制式下，當(dāng)你的電池電壓比較低得時(shí)候，給電池充電的電流，實(shí)際上是高于輸入電流的。功率方面幾乎可以說是持平的。（不計(jì)電路功率損耗）switching charger的方式進(jìn)一步提升了充電電流，也就縮短了充電時(shí)間。與傳統(tǒng)USB充電技術(shù)相比，充電速度提升40%。

在Quick Charge v1.0還要解決一個(gè)問題。由于我們現(xiàn)在都是5V的制式，另一端都是標(biāo)準(zhǔn)的USB。但我們?cè)诔潆姇r(shí)，也會(huì)遇到許多不同類型的電源。電源有可能是一個(gè)USB口，有可能是一個(gè)墻式充電器，或者是其他USB的附件，或者是充電寶之類的電源。作為手機(jī)上的充電電路，需要它能夠去識(shí)別這些電源的類型。因?yàn)楹芏嚯娫吹碾娏鬏敵瞿芰κ呛軐挿旱模瑥膸装賛Ah到1.8A都有。手機(jī)的充電電路應(yīng)該根據(jù)所連接的電源的類型抽取相應(yīng)的電流。

舉例來說，如果是接駁筆記本電腦上的USB接口供電，手機(jī)過度的拉電流的話，超過500mA，筆記本電腦電源輸出有可能進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，也就不能完成充電的動(dòng)作。因此在手機(jī)的充電電路上，還要有這樣一個(gè)識(shí)別機(jī)制，確定是什么類型的電源，最大限度的去利用這個(gè)電源的輸出電流能力。這個(gè)就是Quick Charge v1.0做的事情。

這個(gè)識(shí)別動(dòng)作，也是有一個(gè)國際通用標(biāo)準(zhǔn)的叫做：USB BC 1.2，輸出電流范圍為300mA-1800mA。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相當(dāng)普遍了，目前幾乎所有品牌的智能手機(jī)都采用了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

小結(jié)一下，Quick Charge v1.0主要就兩個(gè)功能：第一是，switching charger的這種充電方式，實(shí)現(xiàn)電源適配器1.8A的電流輸出。第二是，識(shí)別不同USB電源的類型。

Quick Charge v2.0規(guī)范解析

Quick Charge v2.0又比v1.0多了什么呢？上文我們已經(jīng)討論過，手機(jī)充電是基于USB接口的一種通用標(biāo)準(zhǔn)。5V電壓，電流上限是1.8A，那么我們能得到的最大功率就是5V * 1.8A = 9W，那么9W折算到充電電流來講，最大極限就是2A左右。現(xiàn)在如果設(shè)備配備了3000mAh乃至更大的4000mAh的電池，充電的時(shí)間還是比較長的，。如果消費(fèi)者想要將充電時(shí)間縮短到2小時(shí)，甚至是1小時(shí)的話，就要想別的辦法。

圖：這份誠意不僅僅體現(xiàn)在電池容量，更體現(xiàn)在充電時(shí)長上。

現(xiàn)在市場(chǎng)上也有一些類似的技術(shù)，比如在電源適配器上，在5V電壓下，輸出3A、4A電流。但消費(fèi)者所使用的線纜是沒法控制的，作為手機(jī)制造商也沒法完全控制用戶使用什么樣的線纜。消費(fèi)者家里可能用過很多設(shè)備，也許手機(jī)換了，但是線還在。其質(zhì)量也參差不齊，有的比較長，有的比較短，阻抗也各不一樣。

如果消費(fèi)者使用了一根體質(zhì)比較差的線纜，阻抗較高。即使電源適配器能夠提供大電流，手機(jī)上的charge IC也能在大電流情況下給電池充電，但是由于線損的問題，到達(dá)手機(jī)主板上的電壓比較低的，也就根本沒有辦法達(dá)到一個(gè)比較高的充電電流。這就是在5V環(huán)境下的一個(gè)天然的局限。

Qualcomm的工程師會(huì)怎么做呢？既然要提高到電源適配器到手機(jī)主板的總功率，但是又不能進(jìn)一步提升電流了（1.8A的限制）那么也就只能提高電壓這一種途徑了。

在Quick Charge v2.0中，設(shè)計(jì)了兩種方案，即A類和B類。A類可以提供輸出5V、9V、12V三種電壓。通過提高電壓的方式，讓電源適配器能夠提供更多的電量給到手機(jī)終端。

這件事情聽起來很簡單，但問題是如何向前的兼容呢？電源適配器直接輸出9V、12V，可能會(huì)導(dǎo)致手機(jī)過壓保護(hù)了。所以還是需要有這樣一個(gè)機(jī)制，在手機(jī)和電源適配器之間，手機(jī)能夠識(shí)別電源適配器是標(biāo)準(zhǔn)的5V輸出，還是有更高的供壓能力。在手機(jī)授權(quán)的情況下，再做一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)整，接受更高的電壓和電流。這就是Quick Charge v2.0最主要的特性。

從總功率方面來講，Quick Charge v2.0已經(jīng)完全考慮到未來終端發(fā)展的趨勢(shì)。乃至到手機(jī)、平板、筆記本電腦融合的趨勢(shì)，在總功率的規(guī)劃方面，規(guī)格已經(jīng)做的相當(dāng)高了。現(xiàn)有的A類方案，可以支持到36W。未來的B類方案，電壓將支持到5V、9V、12V、20V四種電壓，功率可以達(dá)到60W。因此基本上筆記本電腦，和多節(jié)電池串聯(lián)的構(gòu)架，都可以得到滿足。

Quick Charge的充電優(yōu)勢(shì)

在充電速度方面，采用Quick Charge技術(shù)之后，消費(fèi)者可以盡享便捷充電的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的linear charger其充電電流小于1A。（如果充電電流大于1A的話，設(shè)備就過熱了）以一個(gè)3300mAh的電池舉例，傳統(tǒng)的linear charger方式充電，要長達(dá)4小時(shí)左右。而Quick Charge v1.0將充電電流提升到1.8~2A。基本上可將充電時(shí)間縮短到40%。如果更進(jìn)一步，使用Quick Charge v2.0標(biāo)準(zhǔn)，使用3A的充電電流的話，那么在1小時(shí)多一點(diǎn)的時(shí)間，就可以完成充電。

上面是關(guān)于，整個(gè)電池的充電時(shí)間獲得的優(yōu)勢(shì)。那么在單位時(shí)間里面，更快的更多的往手機(jī)里面充一些電，這對(duì)很多人來說，其實(shí)更加重要。很多用手機(jī)的人，都很忙碌，有機(jī)會(huì)坐下來休息一會(huì)兒，在這有限的時(shí)間里能盡可能的往電池里沖入更多地電量，對(duì)用戶體驗(yàn)來說非常重要。這也是Quick Charge v2.0在用戶體驗(yàn)方面帶來的一個(gè)比較明顯的地方。

關(guān)于Quick Charge認(rèn)證

Quick Charge現(xiàn)在在整個(gè)行業(yè)里，又作到了什么程度？目前，Quick Charge v1.0已經(jīng)近乎成為了整個(gè)行業(yè)的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，各大手機(jī)廠商如果采用Qualcomm的平臺(tái)開發(fā)自己的手機(jī)產(chǎn)品，基本上已經(jīng)全部支持Quick Charge v1.0。

而v2.0的部分，Qualcomm從2013年開始推廣，到2014年年中，已經(jīng)有多款的商用終端產(chǎn)品在市場(chǎng)上正式發(fā)布，并且國內(nèi)已經(jīng)有很多OEM廠商熱衷采用這項(xiàng)技術(shù)。

并且Qualcomm已經(jīng)提供了完整的兼容性測(cè)試。這個(gè)測(cè)試是第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)測(cè)的，待到測(cè)試通過之后，Qualcomm會(huì)給一個(gè)認(rèn)證LOGO。這些技術(shù)對(duì)于所有的OEM廠商來說都是免費(fèi)的，當(dāng)然測(cè)試可能會(huì)花一些費(fèi)用，畢竟那是第三方的測(cè)試費(fèi)。顯而易見，手機(jī)廠商為用戶做的這些努力，用戶也能切實(shí)看到。并且用戶家里有那么多條數(shù)據(jù)線和電源適配器，這小小的LOGO也能讓用戶明確知道自己手中產(chǎn)品有何過人之處。

v1.0與v2.0的實(shí)現(xiàn)方式

在Quick Charge v1.0中，電源適配器5V輸出到手機(jī)主板，主板上的充電電路得到5V電壓，會(huì)對(duì)電池進(jìn)行充電。而這種充電電路的存在形式會(huì)有2種，一個(gè)是PMIC方式，即手機(jī)套片內(nèi)部的switching charger電路，它本身的效率已經(jīng)很高。但是如果手機(jī)廠商還希望進(jìn)一步提高充電電流，得到更快的充電時(shí)間，盡可能的再降低一些發(fā)熱，也可以用片外獨(dú)立的switching charger芯片。而在USB D+、D-線上，會(huì)有一個(gè)BC1.2的握手。

在Quick Charge v2.0中，它的構(gòu)架是完全兼容v1.0的，也沒有更多額外的控制引腳和接口。所有的控制還是運(yùn)行在USB的D+、D-信號(hào)線上的，并且它是兼容BC1.2的。不同的是，在BC1.2的基礎(chǔ)上，Quick Charge v2.0的電路會(huì)再判斷一次，電源是否支持Quick Charge2.0。如果電源支持，手機(jī)再請(qǐng)求電源適配器提供更高的電壓。這一系列的握手，都是建立在BC1.2標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上的，所以v2.0也是充分向前兼容的。在手機(jī)主板端，也提供了片上和獨(dú)立的switching charger方案供OEM廠商選擇。

關(guān)于安全性的問題

對(duì)于終端消費(fèi)者來說，最關(guān)心的問題就是，手機(jī)充電速度提高了，手機(jī)和電池會(huì)不會(huì)有安全性的問題。根據(jù)目前手機(jī)電池的發(fā)展情況，安全的充電電流是1C，新型的電池目前已經(jīng)能支持到1.5C、1.6C的充電能力。1.5C是個(gè)什么概念呢？舉例來說，一顆4000mAh的電池，它的充電電流不超過6000mA。對(duì)于充電電池來說，充電電流的門檻已經(jīng)足夠?qū)挿毫恕?/p>

另外Quick Charge所解決的問題是，電源適配器提供更高的功率到手機(jī)端。這里還有一點(diǎn)，很多人可能會(huì)忽略，電源適配器所提供的電能，不是100%都用來給電池充電的。當(dāng)手機(jī)在充電的時(shí)候，手機(jī)還是在工作的。很多人可能會(huì)一邊充電，一邊玩游戲。有很多電能消耗在給系統(tǒng)供電，也許會(huì)有30~40%的電能用在給系統(tǒng)供電了。所以手機(jī)電池真正能獲得的充電電流，會(huì)進(jìn)一步打折。Quick Charge技術(shù)，不但提高了到電池的電流，也在充電時(shí)，提供了更高的到整個(gè)手機(jī)系統(tǒng)的電流。

從這兩個(gè)角度講Quick Charge技術(shù)并沒有對(duì)手機(jī)和電池造成所謂的不安全因素。因?yàn)榻o電池充電電流的額定值，是手機(jī)主板內(nèi)設(shè)定的，而通過Quick Charge手機(jī)整體得到了更多的電流。由此不安全、毀電池這些疑云也就不攻自破了。

關(guān)于兼容性的問題

隨著Qualcomm在市面上全面推廣Quick Charge技術(shù)，未來在市面上，可能會(huì)看到兩種主要的規(guī)格。僅僅支持5V電壓的，Quick Charge v1.0的電源適配器，或者是支持多種電壓的Quick Charge v2.0的電源適配器。同時(shí)，手機(jī)和平板設(shè)備也會(huì)有2種。在實(shí)際的情況中，這兩種電源適配器和手機(jī)，非常有機(jī)會(huì)互相復(fù)用。支持Quick Charge v2.0的手機(jī)，使用普通的USB 5V電源適配器，也可以工作。支持不同電壓的v2.0的電源適配器，也可以給其他普通手機(jī)充電。采用Quick Charge技術(shù)的設(shè)備，向下的兼容性是沒有任何問題的；傳統(tǒng)手機(jī)和電源適配器，也向下兼容Quick Charge的設(shè)備。

經(jīng)過Qualcomm這1年多以來的生態(tài)系統(tǒng)搭建，截止到2014年年中，在國內(nèi)已經(jīng)有5家電源適配器芯片方案的廠商，已經(jīng)有完備的Quick Charge v2.0的方案。國內(nèi)有數(shù)十家電源適配器生產(chǎn)廠商在做相關(guān)產(chǎn)品。相信未來，Quick Charge2.0很有可能成為USB BC1.2的一個(gè)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，得到全行業(yè)的認(rèn)可。

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