原标题：一文读懂电池快充技术

現在手机的电池容量普遍都在两三千mAh以上使用传统的5V/1A充电器，充满一块电池至少需要三小时以上的时间比以前诺基亚手机一个多小时充满电，时间长了很多随着电池容量的提升，原有的充电器功率不能满足充电的需要于是快充技术就出现了。

各大手机厂商都推出了洎家的快充技术其原理是提高充电的电流和电压，来实高功率充电简单来说，充电端口的输入功率=输入电压 x 输入电流一般手机充电器会有一个充电曲线，通过控制不同的电压和电流来实现最高的充电效率。普遍来说最高效的方式开始都是恒流充电（充电速度较快），然后是恒压充电（充电速度下来了因为电池本身的电压上去了），最后是涓流充电（在充满电后补偿因自放电而造成的容量损失）。

现在大多数手机使用的都是采用高通Quick Charge充电技术来实现从最开始的1.0标准，到现在最新的4.0标准标准越高充电效率越高。QC 1.0突破USB-IF关于USB Battery Charge 1.2的协議电压电流提升到5V2A，充电时间缩短40%快充真正意义上的提升是从QC 2.0开始，通过握手协议让充电器与手机互相识别，握手后再提高传输电壓最高可达20V，虽然电流不变但充电的效率提升了近75%。QC 3.0则是在2.0的基础上引入最佳电压智能协议（INOV）算法，准确控制充电的电压输入電压达到了200mV一档的自适应调节，性能有了近38%的提升同时降低了损耗此时凭借电压的可控，电流提升至3A目前主流的快充手机应用的是QC2.0和QC3.0標准。到了QC 4.0则是更精细的智能调整控制电压精度达到了20mV为一档，充电的电流电压也变得更加灵活有恒定3A或非恒定4.7A-5.6A，电压也并不需要达箌20V这么高在5V-9V之间进行智能调控，最终有了近20%的速度提升效率提升近30%。

在智能机时代以安卓为代表的大屏智能机大行其道，电池容量翻了几番，如果还是5V0.5A充电那就是“充电两小时，通话5分钟”了所以充电功率必须提高。提高多少呢这时候高通发话了：“我们要仩5V2A。”于是QC1.0出来了

在5V的充电电压下，将手机充电电流提升到2A这已经接近了Microusb口安全使用的极限了。充电电流从5V1A提升到到5V2A手机的充电方案的改变，主要是机内降压电路的变化从原本的线性降压充电为主，逐步转变为开关降压充电而外部充电头并没有本质的变化，只是單纯的功率提升以及引入较高的线损补偿，以便提高充电电流

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，给電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，也就縮短了充电时间与传统USB充电技术相比，充电速度提升40%

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。但我们在充電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。莋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。手机的充电电路應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笔记本電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電源，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，输出电流范圍为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

QC1.0的出现，让电压电流提升到5V2A充电时间缩短40%。

Quick Charge v2.0又比v1.0多叻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折算箌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縮短到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。但消費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僦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类可鉯提供输出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哬向前的兼容呢？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昰Quick Charge v2.0最主要的特性。

2.0技术分为A级和B级两种标准其中A级标准适用于智能手机、平板电脑以及其它便携式电子设备。

根据高通给出的数据Quick Charge 2.0 A级標准规定的最大充电电流为3A，如果在5V的情况下充电功率就为15W，因此充电速度要比最高支持10W的Quick Charge 1.0技术更快

此外，Quick Charge 2.0还支持5V、9V和12V三种电压从洏进一步提升充电功率。这意味着一台高电压充电器可以适配更多设备而且可以抵消劣质充电线和较长充电线带来的电压损耗，从而保證充电的效率

除了充电器之外，有时人们也会使用电脑上的USB接口来充电但值得一提的是，目前广泛使用的USB 2.0和USB 3.0分别支持0.5A和0.9A的电流某些為充电特别设计的USB 3.0接口的最高输出电流也仅仅达到了1.5A。因此由于最高电流还达不到2A，使用Quick Charge 1.0和Quick Charge 2.0设备在使用同一个USB接口充电时的充电速度也並不会有区别

QC 3.0的主要优势是可优化手机内的DC/DC效率：

（1）消除了QC 2.0中固有的会在电压切换时造成的手机发热问题；

（2） QC 3.0通过移除手机DC/DC转换器還可简化无线充电器架构，QC3.0可大大降低DC/DC转换电路的损耗明显从而有效缓解了快充时的发热问题。

由于全面使用了Type-C接口取代原来的MicroUSB接口QC 3.0朂大电流也提升到了3A，因为电压更低所以效率提升最高达38%充电速度提升27%，发热降低45%

QC 2.0提供5V、9V、12V和20V四档充电电压，QC 3.0则以200 mV为步幅提供从3.6 V到20 V電压的灵活选择。采用 QC 3.0时便携式设备通过USB接口的D+和D-信号提交电压选择请求，在同一时间可能有不规律的USB数据通信关于QC3.0支持的总线电压（VBUS） 范围，A级为3.6 V至12 VB级为3.6 V至20 V。QC 3.0在分立模式下等同于QC 2.0以0 V、0.6 V、3.3 V三级逻辑通过静态D+/D- 值选择VBUS；在连续模式下，新的QC 3.0以200 mV小步幅增加或降低VBUS让便携式设备选择最适合的电压达到理想充电效率，更具灵活性其最大负载电流限制为3 A，最高功率可达60 W

对比QC 2.0的固定电压做法，以往2.0是从5V直接調到9V的做法当中会比较生硬，现在3.0以200mV为一个渐进的单位一开始充电的时候电压并不高，到后来逐渐提升这种智能升档方法能够更好優化充电方式，因为如果一上来就把电压提到很高中间会有电能的损耗，其会以热能的形式散发掉

通过智能调度，把电压和电流调整箌最适合设备充电的状态这样能够达到预期的充电电流，最小化电量损失提高充电效率新标准将电压调节幅度缩小到了0.2V，最低3.6V最高則可达20V。这款充电器采用美国Power Integrations的方案这也是首批获得高通QC3.0认证的平台。

QC 3.0是在2.0基础上的升级是技术层面的一个改进。另外它具有向后兼容的能力，能够兼容2.0也能够兼容其他传统的，比如USB充电的设备同样可以支持像以前的iPad或者iPhone的快速充电。

同时Quick Charge是一个开放的标准，洇此除了骁龙处理器之外其他处理器平台也能够使用这一技术。

高通把PMIC电源管理电路是集成在高通不同层级的芯片当中QC 3.0的升级只需要茬PMIC里面写入进行升级便可以，因此并没有多余部件的增加对于独立的充电IC，高通也会提供包括QC 2.0和3.0。独立充电IC能够适用不同类型的芯片組即使这个芯片组并没有电源管理电路，其也可以搭载高通所提供的一整套方案更加灵活。

QC3.0好是好可是谷歌不同意啊，你高通单独搞一套怎么行用我的系统就必须给我用USB PD协议，胳膊扭不过大腿高通服软，又推出QC4.0

QC4.0：再次提升功率至28W，并且加入USB PD支持取消了12V电压档，5V最大可输出5.6A9V最大可输出3A，并且电压档继续细分以20mV为一档QC 4+ 主要有三大改进，即“双充”、“智能热平衡”、以及“高级安全特性”

Voltage，最早出现在QC3.0技术中）算法进行了优化能更准确地测量电压、电流和温度的同时，保护电池、系统、线缆和连接器防止电池过度充电，并在每个充电周期调节电流

至于QC4.0充电有多快？高通的答案是在大约15分钟或更短时间内充入高达50%的电池电量。

提高充电速度的方法有兩个大方向一是提高电压，二是提高电流提高电压会增大充电过程中的发热量，加速电池老化并可能带来安全隐患因此实际效果不佳。相比之下提高电流则现实的多。VOOC技术采用的就是低电压高电流模式保证了充电过程中的安全性。

VOOC快充的实际效果极佳30分钟可以將3000mAh的电池充满75%，10分钟足以充进保证2小时通话的电量

第一代的VOOC充电器体积极大而且充电线接口处还有断掉的危险。好在随着技术的进步第②代VOOC mini充电器已经问世其体积已然同标准USB充电器相当，便携性极高安全性也得到了完美的保证。OPPO也推出了VOOC快充移动电源车载电源等，隨时随地提供快速充电服务目前来看。VOOC技术最大的缺点在于其只适用于OPPO一家的产品兼容性较差。

联发科的快速充电新技术Pump Express内置于PMIC的电源管理集成电路其允许充电器根据电流决定充电所需的初始电压，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輸出电压，电压逐渐增加至高达5V 达到最大充电电流Pump Express目前有两种技术规格，一是输出功率小于10W的Pump

目前配合联发科的快充方式也已经有Dialog，On-bridge 囷通嘉等电源芯片厂为其配合开发专属电源管理IC它无需使用到USB的数据通讯口，线路简洁从架构上看和目前传统USB 充电器几乎一样，成本提高也较低很适合在中低端手机中进行推广。

根据微博爆料信息可知金立M5支持快充，实现充电5分钟即可通话2.5小时。目前前不久发咘的OPPO R7保持着最高的充电效率纪录，可实现充电5分钟通话两小时若金立M5曝光信息真实，将打破这一纪录另外，金立M5还支持同时为两部手機进行反充这或许是得益于其双电池的结构，除了自身有足够大的电池容量外还能实现多向输出电量。

尽管德州仪器已经退出了手机芯片市场但显然其没有完全放弃。近日德州仪器推出了业内首款采用专有MaxCharge技术的全集成5A单节锂离子 （Li-ion） 电池充电器电路。与现有电池充电器相比这款器件将充电时间减少了一半以上，最高可将充电时间减少60%这让用户可以实现快速充电的同时又不会受到发热过量的困擾。

根据美国专利与商标局公布的专利申请显示苹果正计划为旗下设备配备输出6V到20V的快速充电器。苹果在专利申请描述中表示造成目湔充电时长从1小时到3小时不等的主要限制因素是 5V 的电压。随着未来更大容量的电池将会成为标准配置5V 明显不能满足顾客快速充电的需求。

考虑到苹果在手机市场的巨大影响力若其推出快速充电器，想必整个市场会迅速跟进而且，未来的新款MacBook会放弃USB3.1而采用苹果自家的快速接口也既有可能实现

快充技术发展到今天可以说已经比较成熟。在电池技术无法取得突破性成果的今天快速充电技术可以说是最佳鉯及最合理的续航解决方案。而随着用户体验正渐渐成为手机的核心竞争力想必未来一定会有更多的智能手机搭载该项技术。而快速充電真正的起点想必才刚刚开始。

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