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Turbo Charger!聊聊快充技術

說到快充技術的具體內容,就必須提及一些介面了。首先簡單科普一下目前手機和充電器上常用的幾種介面:USB type-A、USB Micro B、USB type-C、Apple-Lighting。

USB type-A是生活中最常見的介面,常見於電腦主板、手機充電器、U盤和一些小型電器上,傳輸協議最高可以做到USB 3.1 Gen2(10Gbps),但是需要增加針腳,最常見的是4Pin針腳的USB2.0。

USB Micro B曾今是安卓手機上使用最為廣泛的介面,Micro B設備保有量現在依舊有相當數量。由於設計落後,正在被市場慢慢淘汰,在最新的手機、移動電源、耳機等移動設備上,type-C正在逐漸取代Micro B。

USB type-C是現在移動設備的主流介面,也是未來的大一統介面,部分電腦主板也有,具有正反插、USB3.1 Gen2(10Gbps)、PD協議快充等新特性。不少筆記本也用USB type-C取代了USB type-A,在type-C的物理介面上實現了DP(DisplayProt)視頻輸出、雷電介面直連CPU的PCI-E通道用於外接顯卡等功能。其最大的亮點是多達24Pin的針腳數量,擴展性爆表!

Apple-Lighting是蘋果從iPhone5開始在自家全線移動設備上應用的介面,同樣可正反插,但是沒啥升級潛力:數據傳輸僅支持USB2.0,最大電流通過能力2.4A。隔壁的究極體type-C則有USB3.1和3A及以上的電流通過能力。官方數據線忒貴忒容易壞,第三方廠商生產還要給蘋果交錢,同樣不便宜。

目前的數據線有以下幾種:

一端為type-A頭,一端為Micro B頭

(A to Micro B)

曾今是保有量最大的手機數據線,相信大家都用過。

一端為type-A頭,一端為type-C頭

(A to C)

目前的主流手機數據線,現在多數新款安卓手機都會附送這個線,此處點名OPPO、VIVO在自家的旗艦手機上還在用老舊的Micro B,一心向錢恬不知恥。

一端為type-A頭,一端為Lighting頭

(A to L)

從iPhone5開始蘋果在自家全線移動設備上隨機附送的數據線,iPhone用戶都在用。

兩端均為type-C頭

(C to C)

我印象中是谷歌Nexus 6P和Nexus 5X率先使用。

官方附送這個線的手機大概率支持USB PD(USB Power Delivery)快充協議。因為PD協議的識別一般需要使用雙C口各自的CC信號端用於手機和充電頭通訊。

但PD協議識別不是非雙C口不可,CC信號端也可以經過魔改,用在其他介面上。比如蘋果就在Lighting介面上實現了PD協議識別。

一端為type-C頭,一端為Lighting頭(C to L)

這個線是用於iPhone8、iPhone8 plus、iPhone X上的,用於實現這三台蘋果設備的PD協議快充。但是蘋果卻沒有隨機附送,PD充電頭也沒有送,只給送了個5V=1A的廢物充電頭。在官方商城C to L線卻賣188。

這就是你果的吃相,嘖嘖。好在這個線已經被華強北的大神們破解,淘寶上有,僅需30多。

PD充電頭倒是能兼容別家的,只要是PD標準都能用。7、80元就可拿下,樂視的PD頭活動價甚至只需49,沒必要買蘋果這要價388的玩意。

接下來,聊聊現今主流的幾種快充技術。

OPPO VOOC

快充技術首秀

2014年春OPPO Find7發布,首次搭載了VOOC閃充。

快充」這一概念被人民群眾所熟知,很大程度上歸功於OPPO鋪天蓋地的廣告宣傳「充電五分鐘,通話兩小時。」其中所使用的快充技術,就是VOOC閃充。雖然我對OPPO常年高價低配的產品嗤之以鼻,不過推廣快充技術這點是無法抹滅的。

首先和各位明確一件事:使用同種快充技術的不同機型,其快充規格並不相同,哪怕是OPPO VOOC這個封閉體系。比如14年的Find7上初代VOOC快充規格為5V=4.5A,到了16年OPPO R9的VOOC快充規格降低為5V=4A,相比高壓快充陣營各路妖魔鬼怪,規格算得上是「統一」。

這個充電器的個頭也是碩大無比,後續產品逐漸控制了體積。

VOOC是一種低壓高電流快充方案,如前文所提到其充電電流最高達到4.5A,遠遠超出普通USB數據線的標準。為提高其數據線的電流通過能力,OPPO改造了硬體。

VCC和GND兩根線都非常粗壯;在typeA端增大了VCC和GND這兩個供電針腳的簧片面積,可以看到這兩個外側的針腳要比內側兩個數據針腳要大很多。

在MicroB端增加了兩個針腳達到了7Pin,普通USB2.0的MicroB僅有5Pin針腳,相應地VOOC手機的MicroB母口也是7Pin針腳。

OPPO為實現低壓高電流方案定製了特殊的充電器、特殊的數據線和特殊的介面,並且VOOC是封閉體系,玩家只有OPPO和一加,其充電配件並不和市面上其他手機通用,所以想要在這兩家的手機上實現快充只能買價格高昂的官方配件了。

這一套下來快100元了,隔壁QC快充套裝40元就能拿下。

VOOC作為定製方案其充電體驗還是挺不錯的,由於是低壓直充,手機發熱較小,大部分熱源集中在充電頭上,峰值充電功率接近20W,充電速率不賴。

配件貴、通用性差在14年不算什麼大問題,畢竟在那時充電體驗相比隔壁高壓快充陣營強太多了。雖然憑藉著定製的硬體一步登天,但是近年來基本是一直吃老本原地踏步,配件還貴,只有被錘的份了。

高通QC

2014年秋,初代QC2.0機型登場

QC2.0是移動晶元大廠高通的快充標準,屬於高壓低電流快充,全稱Quick Charge2.0。使用起來無需改造數據線,可以直接使用A to MicroB、A to C數據線。

第一批支持QC2.0的機型有小米4、New Moto X,這一批機型的SOC均使用了驍龍801。

高壓快充和低壓直充最大的區別在於從充電頭輸出的電壓。QC2.0協議的輸出電壓分為三檔5V、9V、12V,可以對應不同的充電階段調整輸出電壓。由於充電頭送至手機的電壓不是直接可以充入電池的「低壓」,所以降壓工作在手機內部完成,這就造成了手機的嚴重發熱和功率損失,當時充電體驗被低壓直充陣營吊打。我用了一年多New Moto X,快充時手機的高溫令人窒息,燙得我有種不安全感。後期有的機型大幅提高了在手機內部的降壓效率,發熱和功率損失得到控制,充電體驗也很棒。

由於QC協議玩家眾多,各家產品快充功率差別很大,有QC2.0協議12V=2A的王者,也有QC3.0協議9V=1.2A的鹹魚,所以判斷手機充電速率不能看快充協議,快充協議決定不了快充功率。

2015~2016年,快充技術開始在國產手機中迅速推廣

高通作為移動平台打包方案的提供商,在自家的中高端晶元組標配了快充IC,這大大降低了小廠做快充的難度,給高通交錢用QC協議就行了,於是支持QC協議的快充設備大爆發,一度佔領了絕大多數的市場份額。由於玩家的增加,QC協議快充頭變得比較廉價,選擇性也有很多,QC陣營一時風光無兩。

國產品牌中的少數派

那時國產手機中不都是用高通晶元組的,比如魅族、華為。

魅族15年的兩台快充機型MX5和Pro5——前者使用的SOC是MTK MT6595t,後者是三星Exynos 7420。魅族這兩兄弟用的快充協議是MTK PEP(Pump Express Plus),和QC類似同屬高壓快充,快充IC則來自德州儀器。但是這兩台手機附送的充電器卻是支持QC和PEP雙協議的,既可以給自家手機快充,也可對QC協議的手機快充。

華為15年的快充機型榮耀7和Mate8——前者使用的SOC是海思Krin 930/935,後者為海思Krin 950。使用的快充協議為海思自家的FCP(Fast Charging Protocol),和QC類似同屬高壓快充。巧合的是這兩台手機附送的充電器也支持雙協議的,QC和FCP。

這兩家是為了給自家手機快充的同時照顧到市面上保有量最大的QC協議設備,有種「向大佬低頭」的意思。但是自家充電頭能給QC設備隨便充,QC充電頭卻不能給自家的手機快充…

還是這倆少數派——華為和魅族除了類似QC的高壓低電流快充還搞出了自己的大功率快充:華為Super Charge和魅族Super mCharge。

華為Super Charge首次應用於2016年末的榮耀Magic,規格為5V=8A 40w。後續機型如P10、Mate9也有搭載Super Charge,但是規格縮減為4.5V=5A 22.5W。原因很簡單,40W全功率充電的發熱太可怕了,榮耀Magic只能全功率充電5分鐘,之後的供電過程會降低功率防止過熱。

這個規格就很接近OPPO VOOC了,也是低壓高電流方案,而且它倆的發展有一個共同點:充電功率都開倒車。但是VOOC的起點低,從5V=4.5A 22.5W砍到5V=4A 20W;華為起點高從5V=8A 40w砍到4.5V=5A 22.5W。

允許我不負責地揣測一下:14年OPPO想做快充,但是擁有足夠針腳數量的type-C尚未出世,只好魔改Micro B,強行加2根針腳達到了足夠的電流通過能力。時間到16年末,華為想做快充,24Pin的type-C早已普及,領導一拍腦袋:哇塞C口多出這麼多針腳,干!電流要秒天秒地!就放衛星強行上了5V=8A 40w,發布時搞個大新聞,然而發熱極為感人,只能全功率充電五分鐘,為防止重蹈三星Note7覆轍,後續產品功率砍半。

魅族Super mCharge和華為Super Charge不同,魅族Super mCharge尚未量產,僅在2017年春的世界移動通信大會上展示了實驗機,規格為11V=5A 55W,屬於高壓直衝,使用新型電荷泵完成手機內的降壓工作,效率極高,發熱量極低。但這次展示距現在已經過了近一年時間,恐怕遭遇了難產。

USB PD(USB Power Delivery)

前文提過,USB type-C是未來的大一統介面,是未來移動設備和電腦的統一介面。type-C的數據傳輸最高可做到USB 3.1 Gen2(10Gbps),當然這是選配,type-C物理介面也可以做USB2.0的,完美向下兼容。

type-C的CC端是專用於PD協議識別的,type-C在設計之初就考慮了快充這一點。現在安卓手機都開始使用type-C了,那自然不可能不普及PD協議。type-C物理介面和PD協議屬於硬體軟體完美配合,而QC等高壓快充更像是不改變物理介面的前提下用軟體打的補丁。

USB PD可實現最大可供給100W電力。目前,USB PD標準分10W、18W、36W、60W和100W五檔功率,電壓三個檔位5V、12V和20V,電流三個檔位1.5A、 2A、3A和5A。當然手機上也就用前幾個檔位,後面的大功率檔位是給筆記本電腦等大傢伙用的。

魅族Super mCharge可以確認識別協議是基於USB PD,華為Super Charge沒有明確消息是否和PD協議有關係,個人猜測也是基於USB PD。

國內率先用上PD的,似乎是已經凉了的樂視樂max2,樂視在這方面也算得上是國產快充先驅了,這沒得黑。早在15年就把12V=2A 24W 的QC2.0下放到千元機樂1S上了,那時快充連旗艦機都還沒標配,據說樂1S是虧著賣,此處為「盡責到底」的賈老闆上根香。

圖為快充功率逼近16W的iPhone8 plus,圖片來自充電頭網。

圖片中表顯電壓為14.6V,PD協議中沒這檔位啊。這就是蘋果在PD2.0協議制定時攪的渾水了,強行加入的電壓檔位...

目前數量最多的PD設備應該是iPhone8、iPhone8 plus、iPhone X,雖然是17年秋剛發布,但是這恐怖的銷量迅速成為了保有量最大的PD設備,在這之前則是任天堂Switch和蘋果那款只有type-C介面的Macbook。

現狀

2017年,高壓快充下放至千元機,各家紛紛向PD協議靠攏。

我手頭的360N5是1200元入手的,支持16W左右的QC3.0,充電時發熱控制得還可以,配合4000mAh的大電池,續航和充電體驗很不錯。千元機設計時,厚度控制得權重不高,往往能塞進一塊大電池,也是千元機典型做法。

這回輪到移動晶元業內一哥高通率先向巨佬USB-IF(USB標準化組織)低頭,高通的QC4協議(就是QC4,不是QC4.0)全面向PD協議靠攏,幾乎是PD協議的馬甲。業內一哥和下游廠商都跟著USB-IF站隊了,不知何時PD能一統天下。

等到type-C介面和PD協議未來一統天下,我扯的這些就都是老黃曆了,也許那時我還會翻出自己學生時代的文章,回顧這個時代。

最後

OK,拖了那麼久過完節才碼完字,和大家說一聲遲到的新年快樂。鄙人作為工科生了解這些內容純屬業餘愛好,並非從業人員,寫得不好,多多見諒。

圖片源自網路,保留水印,侵刪。


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