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快充簡史,為了節約手機充電時間,我們有多“努力”?

2022-12-30
來源:21ic

今年的蘋果2019秋季發布會上,蘋果發布了iPhone 11 Pro。亮點是,iPhone 11 Pro終于告別了蘋果祖傳的五福一安(5V1A)充電器,用上了18W快充充電器。今天的“芯詞典”欄目給大伙聊的手機快充這檔子事。

隨著時代的發展,現代人幾乎不可能離開手機生活,手機電池的容量也從以前的幾百毫安時到今天的三四千毫安時。可隨著屏幕越來越大,功能越來越多,對于電池的消耗也越快。之前,咱們也有提過為啥手機電池技術一直發展不起來。所以短期內也無法從電池解決手機續航問題,擺在廠商面前,也只有提升充電速度這條路了。

9月11日凌晨,蘋果2019秋季發布會上,蘋果發布了iPhone 11 Pro。亮點是,iPhone 11 Pro終于告別了蘋果祖傳的五福一安(5V1A)充電器,用上了18W快充充電器。而上一代的iPhone XS/XS Max雖然支持快充和無線充電,卻需要單獨購買快充充電器和數據線。

而今天給大伙聊的手機快充這檔子事,也不是蘋果獨占首發,早在蘋果許久以前,就已經有手機廠商滿足了人民大眾的需求。趁著這股勁,咱們來盤一盤快充的發展史。

手機的充電標準可以追溯到功能機時代,USB BC 1.2(Battery Charge)開始引領全球。1995年,由英特爾(Intel)、NEC(日本電氣株式會社)、康柏(Compaq)、美國數字設備公司(DEC)、IBM(國際商業機器公司)、微軟(Microsoft)、北方電氣公司(Northern Telecom)等七家公司組成的USB IF(USB Implement Forum)共同提出了USB規格。而USB BC1.2標準也由USB IF協會在2010年正式頒布。所以BC1.2是全球首個可以給包括手機在內的便攜式設備使用USB接口充電(包括關機充電)的一套官方標準。

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USB IF(USB Implement Forum)

你可能要問,這個協議標準跟快充有半毛錢關系嗎?負責任的告訴你,關系大了去了,但是半毛錢肯定不夠。

首先,廠商在開發USB產品前必須從USB-IF取得廠商標識符(Vendor ID)可透過以下兩種方法來取得廠商標識符:

1,成為USB-IF會員并繳交年費US$4,000, 即可免費獲得廠商標識符;

2,非USB-IF會員則需繳交費用US$5,000來獲得廠商標識符。另外,需再繳付US$3,500以取得USB 標志使用權利,此費用為期2年(若是USB-IF會員不會收取此費用)。

USB BC 1.2的出現,使同時進行充電和數據傳輸成為了現實。當時USB接口最大電壓還是5V,而USB BC 1.2的充電標準最大的作用就是使得USB充電的最大電流達到了1500mA,盡管沒有提升電壓,但是電流提升后,USB接口充電的最大功率就能夠達到7.5瓦(W),此時的USB BC 1.2已經足夠應付當時的手機充電了。但這里也有一個伏筆,MicroUSB 2.0接口的數據線(所謂的安卓線)內部只有四根線,只能承載2A極限的電流。

時間到推到2012年,那是手機平板等移動設備高速井噴發展的一年。手機電池容量也陸續突破2000mAh,甚至4000mAh,但智能能手機吃電還是越來越兇,手機廠商們思來想去開始正式研究快充技術。而老大哥USB IF協會當時卻沒有給出任何一套可行的解決方案。到了2013,芯片供應商高通志向遠大,其第一個發現了問題,于是率先提出了“快充”的概念,Quick Charge 1.0也就此橫空出世。

QC1.0同樣是通過提高輸入電流來提升充電效率,但其支持5V/2A即最大10W的充電功率,突破了USB-IF 1.5A的電流上限。同一年,華為便在第一代Mate手機身上也引入了“快充”概念,同樣支持5V/2A輸入,3.5小時內就可將4050mAh電池充滿。充電時間縮短了40%,至此,從1973年手機誕生到2013年,歷時40年,手機跨入快充時代。

第二年,2014年,如果說QC1.0只是高通在試水,那么這一年則是大刀闊斧的改革了。高通徹底推翻了QC1.0的策略,改為采用了高壓快充方案。前文有提到MicroUSB 2.0接口的數據線最高也只能支持2A的電流,再想往上就是臣妾辦不到了。那提升電流不行,就升電壓唄。QC2.0應運而生,相比起QC1.0標準,QC2.0劃時代的改變了充電電壓,從保持了多年的5V提升至9V/12V/20V,與QC1.0保持相同2A電流下實現了18W大功率電力傳輸,并且線材不需要特殊處理舊有線材都能夠通用。而同年,USB IF才睡醒,同時發布了 PD 2.0 協議和USB Type-C 1.0 接口標準。革命性的 USB-C(USB Type-C)接口支持最大20V/5A 的電量傳輸,天然更適合快充。高電壓和USB-C接口的出現,快充也終于迎來了爆發期。

QC2.0是快充歷史上普及度最高,影響力最大的標準,哪怕是三星2018年度旗艦Galaxy S9采用的依舊是5年前誕生的QC2.0。也是在那一年,OPPO推出了OPPO Find 7手機,搭載全新的VOOC閃充的技術,4.5A的充電電流,有了那句著名的著名的廣告語“充電5分鐘,通話兩小時”,3000mAh電池30分鐘充到了75%。

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QC2.0因其無與倫比的兼容性在當時影響深遠,Micro USB是智能手機的標配,但卻一直受制于物理接口的限制,一旦超過2A的電流就容易出現損毀(原來以前把爹媽手機玩壞被暴揍一頓是這個原因)。而QC2.0就繞過了Micro USB接口和數據線的制約,簡單暴力地增加輸入電壓來提升充電速度。

“還有這種玩法?”國內廠商興奮地搓了搓手。既然提升電壓可行,誰還搞其他花里胡哨的。我們可以驕傲的請出下一位選手:OPPO的VOOC低壓大電流快充。名字太長也難記,下面統一稱其“VOOC閃充”。

VOOC閃充采則采用了另一種解決方案,說起來也還是簡單粗暴。正常的MicroUSB數據線承載不了過大的電流,于是它將充電器從頭到尾都改造了一遍,搞技術還是要有錢。平常的MicroUSB數據線只有五個測點、四條線,VOOC就增加了MicroUSB數據線的充電和內部線。所以初代的VOOC閃充充電頭無比碩大。而這種方法的缺點也很明顯,大電流充電對于電池的損耗會更為明顯,很多使用初期的VOOC快充的手機在使用大約一年之后,電池續航便嚴重下降。

VOOC閃充充電頭

也從這里開始,高通QC為首的高壓快充方案和以OPPO VOOC為首的低壓大電流快充方案就此分道揚鑣,而快充協議也開始五花八門起來。

聯發科的Pump Express,Pump Express快充技術是由內置于PMIC的電源管理集成電路和DC壁式充電器組成的。它有幾個亮點:Pump Express技術允許充電器根據電流決定充電時候所需的初始電壓,由PMIC發出脈沖電流指令通過USB的Vbus傳送給充電器,充電器依照這個指令調變輸出電壓,電壓逐漸增加至高達5V 達到最大充電電流。此外,PE技術還擁有兩種規格:一是輸出功率小于10W的Pump Express,二是輸出功率大于15W的Plus版。

2017年,魅族發布了55W Super mCharge快充技術,號稱“比快充還快三倍速”,20分鐘可以充滿3000mAh電池的魅族手機,但這其實是披了馬甲的聯發科Pump Express技術,技術上大同小異,而該技術至今也沒有實現量產。

2018年,OPPO Find X問世,還帶著50W SuperVOOC超級閃充,3400mAh電池35分鐘充滿一起回歸。

2019年2月24日,華為推出首款可折疊屏智能手機Mate X,其內置4500mAh大電池,同時支持華為新一代55W超級快充,充入85%的電量僅需30分鐘。

2019年3月vivo子品牌iQOO又推出了vivo 44W超快閃充技術,4000mAh的電池15分鐘充到50%,45分鐘充滿。

同年6月,在MWC19上,vivo iQOO 5G版手機又又展示了120W超快閃充技術,同樣是4000mAh電池,5分鐘內可以充到50%,13分鐘充滿。

從目前的主流協議和接口看,三星、蘋果和華為都有自己的協議。OPPO VOOC、MTK PE、Qualcomm QC等各家的協議都是基于各自的充電器和線材,充電參數不一,導致整個市場非常混亂。Type-C接口的推廣和成熟,USB PD目前兼容所有主流協議,有望形成行業統一充電規范。


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