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解析各种快速充电技术如何实现手机提升充电速度

文章出处:http://www.szhomestar.com网责任编辑:元盛达作者:移动电源方案人气:-发表时间:2015-08-19 11:51:00【

  在今天厂商推出的智能手机是越来越多,从品牌再到机型,作为消费者的我们可是看花了眼。在智能手机硬件上的差异已经是越来越小了,但相信大家都会留意到手机厂商在发布会上都会提到一个点,那就是电池和充电速度。2015年不管是什么品牌的手机还是型号只要没有和快速充电捱上边,似乎都会成为大家的糟点之一,那么作为手机伴侣的移动电源又是否如此呢?不少方案商已经开发出快充移动电源方案,但由于快充技术的不同和手机备配的问题,消费者在选购时该如何选择呢?

 快速充电技术 

 

  手机锂电池充电原理

  现阶段智能手机普遍使用的是锂离子电池。锂离子电池最初在上世纪70年代制成,经过20年的技术积累,索尼率先将这种技术商用化。当其他高科技电池技术还处于概念化阶段时,锂离子电池在各个产品线中的地位堪称是统治级的。

  平时我们每天都会给手机充电,但很少有人研究过锂电池的充电方式。简单科普一下,锂离子电池的充电过程会分为四个阶段:低压预充、恒流充电、恒压充电以及充电终止。

  快速充电技术

 

  锂电池的充电方式是限压恒流的,整个过程由IC芯片控制,它首先会检查手机充电电池的电压状况,如果电压低于3V会先进行预充电,此时充电电流为设定电流的1/10。当电压提升到3V之后会进入到标准充电的过程中。这时会以设定电流进行恒流充电,而电池电压升到4.2V时会改为恒压充电,同时保持充电电压在4.2V的基础上进行,此时充电的电流会逐渐下降,直到电流下降至设定充电电流的1/10时充电结束。一般的锂电池充电过程会在2个小时以上。

  我们也可以用测量电压的方式估算电池剩余电量:4.2V—100%;3.95V—75%;3.85V—50%;3.73V—25%;3.5V—5%;2.75V—0%。

  快充:万变不离“P=UI”

  那么快速充电又是怎么回事呢?大家都知道P(功率)=U(电压)I(电流)这个基础公式吧。在保证充电器电压比电池电压高的情况下,快速充电就是让充电过程中根据电池电压、电量甚至温度等动态参数实时让充电器来调整输入电压、输出电流,具体来说分为三个方式。

  1、提升电压,恒定电流:这种方式会产生大量热能,功耗也会增加,对电池和手机有损害;

  2、恒定电压,提升电流:在并联电路下进行分流,每个电路承担的压力减小;

  3、提高电压、提高电流:虽然这样是增加功率、提升充电速度的最快方法,但同第一点一样,同时增加电压、电流会产生更多热量,从而加大电池与设备的自身消耗;

  经过几年的技术积累,目前市面上已经有了一些快充代表性案例。

  高通Quick Charge

  2012年发布的高通Quick Charge 1.0技术最高支持10W的充电功率,也就是说在5V充电电压下电流能达到2A。而13年发布的Quick Charge 2.0技术则在1.0的基础上将充电功率提升到36W,缩短了充电时间。

  Quick Charge 2.0分为了A级和B级两种标准,A级适用于手机、平板和其他电子设备。高通官方数据称Quick Charge 2.0 A级标准最大充电电流为3A,如果在5V情况下,充电功率为15W,因此充电速度比10W的Quick Charge 1.0更快。

  高通QC2.0快充

 

  举个例子更好理解,配合使用9V/1.67A充电器的话,设备充电效率会提升75%。比如对一块3300mAh容量的电池进行半小时的充电,Quick Charge 2.0在30分钟后能充到60%,而传统的充电仅是12%。另外Quick Charge 2.0还支持5V、9V、12V三种电压,高电压充电器可以适配更多设备,以此避免电压损耗,保证充电效率。

  适配机型方面,当初Quick Charge 1.0仅支持骁龙600处理器对应的机型,而换到Quick Charge 2.0身上则可以支持骁龙200、400、410、615、800、801、805、810等处理器的机型,目前有许多智能手机都具备对Quick Charge 2.0的支持,包括Moto X(二代)、Nexus 6、LG G Flex 2、三星Galaxy Note 4、Note Edge、索尼Xperia Z3、Z3 Compact、HTC One M8、M9等等,同时还包括一些非骁龙处理器的机型,比如旗舰机型三星S6、S6 edge其实也支持Quick Charge 2.0。

  还需注意一点,Quick Charge 2.0需要一个输出功率更高的充电器,如果使用那些旧的充电器仍然只能维持在普通充电水平。

  MTK快充

 

  除了Quick Charge 2.0之外,联发科平台也在去年2月与今年5月分别推出快充技术Pump Express以及Pump Express Plus,官方称充电速度可以提升45%,同时也需要配合特定的充电器使用。

  两种快充规格

  1、Pump Express为快速直流充电器提供的输出功率小于10W(5V),受控输出电压:5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V,主流输出功率:5V/1A & 5V/1.5A;

  2、Pump Express Plus为充电器提供的输出功率大于15W,其差别为受控输出电压增加了12V、9V 和7V 三个档位,为12V/9V/7V/5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V;

  Pump Express技术原理主要是内置于PMIC电源管理集成电路,能允许充电器根据电流决定充电需要的初始电压,此时PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus(USB电压)传送给充电器,充电器按照指令调节输出电压,电压最终增加到5V时获得最大充电电流。

  MTK快充

 

  当恒流充电时,送往电池的电流不断减少,根据上面这张图能看到,从Nsec到Naux组成的反向变压器上的电压和电流产生变动,Naux输出电流送给了Vsense引脚,Vsense电路会计算电流的变化,然后调高Npri变压器的电压,这样次级线圈Nsec的输出电压也提高了。根据公式P=UI,输往手机充电IC的功率就增大了;保证了当电池的电压接近4.2V时,不断的执行从P=UI(5V×很小电流)到P=UI(大于5V的电压×很小电流)的调整,实现了对电池的快速充电目的。

  产品方面,MT6630平台最先使用了Pump Express技术。之后的Pump Express Plus主要被用在MT6575以及MT6732等新平台中,例如我们熟悉的魅族MX5的mCharge技术就是基于Pump Express Plus,同时也包括其他采用MTK解决方案的手机。

  VOOC闪充技术

  Quick Charge 2.0以及Pump Express技术有一个共同点都是通过提高手机充电电压的方式来实现快充,然而OPPO的这套快充思路显然激进一些,采用的是低电压并提升电流的方式,比如Find 7配备的是5V电压+5A电流的充电模式,30分钟大概可以充入75%的电量。

  VOOC闪充

 

  VOOC闪充系统中两样与众不同的硬件设计是7针micro USB接口和8个金属触点电池。一般来讲,常规的micro USB接口为5针,而手机电池则为4至5个触点,但OPPO Find 7却为7针、8触点,这多出来的针和触点可以形成一个类似于多块电池的串联通道,从而提升充电速度。

  由于VOOC闪充技术并非是平台化的技术,因此目前仅支持OPPO自家的产品,比如OPPO Find 7、N3、R7,而且要配合闪充充电器来使用,局限性较大。