在鋰電池充電的過程中，其背后就是鋰離子從正極排出并快速的嵌入負極，不能造成鋰離子的沉積，這個過程越快就意味著充電時間越短。為了加速鋰離子的遷移速度，手機行業(yè)逐漸流行起了三種快充方案：

 

 

A：電壓不變，提高電流（低壓高電流）；

B：電流不變，提升電壓（高壓低電流）；

C：同步提高電流和電壓（高壓高電流）。

下面，我們就看看智能手機領(lǐng)域是如何在這三種快充方案間取舍沉浮的。

 

邁過10W的“快充”門檻

在《續(xù)航不夠？充電太久？先搞明白手機電池的原理吧！》一文中，小編介紹過智能手機電池充電需要經(jīng)歷的三個階段，恒定電流預(yù)充電、恒流調(diào)節(jié)模式和恒定電壓充電。而要想提升鋰電池的充電速度，就必須在“恒流調(diào)節(jié)模式”下加以改進。

以Android系統(tǒng)手機為例，早期產(chǎn)品的電池容量普遍在900mAh~1500mAh之間，而標配充電器的輸入?yún)?shù)也多以5V/1A為主，最高可以實現(xiàn)5W的充電功率，完全充滿電力需要2.5個小時到3個小時之間。

 

 

隨著大屏手機開始流行，電池容量也紛紛突破2000mAh大關(guān)，但隨之而來的則是充電耗時的延長。

以三星第一代Galaxy Note（i9220）為例，這款產(chǎn)品武裝了當(dāng)時最大的5.3英寸屏幕，電池容量也達到了2500mAh，但充電器規(guī)格依舊是5V/1A，所以其充電時間長達4.5小時左右。長此以往，當(dāng)手機電池容量達到3000mAh甚至4000mAh時，難道就必須整宿充電了嗎？

 

 

高通是最早認識到這個問題的芯片供應(yīng)商之一。

早在2013年高通就提出了“快充”的概念，Quick Charge 1.0（下文簡稱QC1.0）就此誕生。QC1.0通過提高輸入電流來提升充電效率，支持5V/2A即最大10W的充電功率，突破了USB-IF關(guān)于USB Battery Charge 1.2協(xié)議1.5A的電流上限，符合“低壓高電流”方案的定義。同一年，華為在第一代Mate手機身上也引入了“快充”概念，同樣支持5V/2A輸入，3.5小時以內(nèi)就可將4050mAh電池充滿。

 

 

可以說，5V/2A是智能手機快充道路上的一個關(guān)鍵節(jié)點，它讓手機在電池變大的同時充電等待時間也變得不再難以接受。然而，隨著智能手機紛紛以5V/2A充電納入最低標準時，10W充電功率就不再符合“快充”的定義了，并逐漸淪落為“普充”甚至“慢充”。

 

高壓低電流快充的崛起

2013年，高通在QC1.0的基礎(chǔ)上提出了QC2.0的概念，將“高壓低電流”方案進一步升華?？梢哉f，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。

 

 

QC2.0之所以影響深遠，是因為它無與倫比的兼容性。Micro USB是智能手機的標配，但它受制于物理接口的限制，一旦超過2.5A的電流就容易出現(xiàn)損毀。市面上隨便買一根廉價的Micro USB數(shù)據(jù)線，其安全電流耐受范圍也是不大于2.5A。

QC2.0聰明的地方就是繞過了Micro USB接口和數(shù)據(jù)線的制約，只是通過暴力地增加輸入電壓來提升充電速度。

簡單來說，QC2.0通過USB端口的D+和D-兩個信號實現(xiàn)通訊和調(diào)壓，新增對9V、12V和20V（用于平板電腦，非常罕見）電壓的支持，最大支持9V/2A和12V/1.5A即18W的充電功率（ 極少數(shù)設(shè)備可短時間實現(xiàn)12V/2A即24W的充電功率，但因發(fā)熱問題而無法持久），并向下兼容傳統(tǒng)的5V/2A輸出。這意味著QC2.0充電器可以適配更多老舊手機和數(shù)碼設(shè)備，也能抵消劣質(zhì)/較長的充電線帶來的電壓損耗，從而保證充電的效率。

 

 

出于安全和經(jīng)濟利益上的考慮，高通還為QC2.0制定了更為嚴苛的認證規(guī)則：

手機端內(nèi)集成的電源管理IC可以動態(tài)檢測電池電量，根據(jù)預(yù)置方案決定所需的充電電壓，并向充電器端發(fā)出升壓或降壓的信號；

充電器端也需要集成專用的識別IC，用于和手機內(nèi)電源管理IC相互認證。認證成功則“握手”，并按照手機端發(fā)出的升壓或降壓的信號實時調(diào)整電壓參數(shù)。如果認證失敗則“撒手”，保持默認的5V輸出。

 

 

高通的QC2.0快充技術(shù)給了同行們參考借鑒的思路，并展開了一輪轟轟烈烈的“圈地運動”。

 

快充方案的“圈地運動”

作為高通的最主要競爭對手，聯(lián)發(fā)科在高通提出QC快充技術(shù)不久，也推出了自家的Pump Express（下文簡稱PE）快充技術(shù)，而隨后的Pump Express Plus（PEP）則對應(yīng)QC2.0，至于PE和QC的最大差異是前者改用VBUS上的電流脈沖來進行通訊和調(diào)壓。除了聯(lián)發(fā)科，華為也拿出了Fast Charger Protocol（FCP），它們的共性是全部基于“高壓低電流”方案衍生而來，而三星Fast Charge、vivo的雙引擎閃充和魅族MCharge等品牌主打的快充技術(shù)，則大都是基于QC或PE方案的“馬甲”。

 

 

手機廠商對自家的快充技術(shù)起名字（如Fast Charge和MCharge）是為了便于宣傳，而芯片商推出各自的快充技術(shù)則是為了“圈地”，比如QC、PE和FCP等技術(shù)原理完全相同，硬件端理論上是可以相互兼容的，只是因為“握手協(xié)議”不同，需要和指定授權(quán)的充電器（包括充電寶）搭檔才能激活快充。

 

 

沒錯，快充方案的“圈地運動”本質(zhì)上就是用于提升影響力，并通過授權(quán)外設(shè)盈利的一種手段。

 

高壓低電流快充的困局

高壓低電流快充方案雖然兼容性出色，但它卻存在一個致命的問題，充電器端輸出的電壓再高，進入手機端后也需要轉(zhuǎn)換成與電池匹配的電壓（約4.0V）。這就導(dǎo)致輸入電壓越高，轉(zhuǎn)換效率越低，而損失的功率將會被轉(zhuǎn)換為熱量，從而影響到手機的安全和穩(wěn)定性。

因此，很多Android手機廠商雖然采用了QC2.0快充技術(shù)，但標配充電器卻僅支持9V/1.5A或12V/1.2A，遠遠低于QC2.0的理論最大值。同時，無論是QC2.0、PEP還是FCP，只有手機處于待機（黑屏）狀態(tài)時才能“滿血充電”，一旦手機亮屏后，充電功率就會下降到10W左右，其初衷就是降低發(fā)熱避免隱患。

 

 

 

與此同時，高通和聯(lián)發(fā)科在2015年還先后祭出了QC3.0和PE2.0快充技術(shù)，它們和上代QC2.0/PEP相比，輸入電壓不再是非A即B（暴力地在5V/9V/12V等整數(shù)間直接切換），而是允許輸入電壓在3.6V到12V之間，以200mV（QC3.0）或500mA（PE2.0）為步進單位進行微調(diào)，在充電速度和發(fā)熱對應(yīng)的曲線中找到最合理的那個節(jié)點，彌補高壓低電流快充方案轉(zhuǎn)換率偏低的耗損和發(fā)熱。

現(xiàn)實是很殘酷的。隨著消費者對快充體驗變得越加看重，高壓低電流快充方案已經(jīng)走到了盡頭，而另一種低壓高電流快充方案則逐漸被市場認可，走上了從小眾到普及的逆襲之路。

 

低壓高電流快充的逆襲

提到低壓高電流快充方案，OPPO算是扮演了開拓者的角色。早在2014年，OPPO就推出了“VOOC閃充”并將其應(yīng)用在旗艦Find7身上。VOOC閃充最大的特色就是支持5V/4.5A輸入，充電功率可達22W，30分鐘就可將電池從0恢復(fù)到75%，并造就了“充電5分鐘，通話2小時”的經(jīng)典廣告臺詞。

 

 

低壓高電流快充方案的優(yōu)勢還體現(xiàn)在可靠性上：由于輸入電壓和電池電壓相差不多，所以幾乎沒有電壓轉(zhuǎn)換的過程，快充時只有很少的功率被轉(zhuǎn)換為熱量，主要的發(fā)熱源也從手機端轉(zhuǎn)移到了充電器端。因此，哪怕手機處于亮屏狀態(tài)，依舊可以進行滿血快充（即所謂的“邊玩邊快充”），只有在玩游戲手機熱量上升時才會降低充電電流。

可惜正如前文所說，標準的Micro USB接口和數(shù)據(jù)線都無法安全承載超過2.5A以上的電流。所以，OPPO重新為VOOC閃充定制了與眾不同的硬件：7針Micro USB接口（標準Micro USB只有5針，多余針腳起到協(xié)議識別和大電流傳輸?shù)淖饔茫?金屬觸點的電池、相對應(yīng)的內(nèi)部MCU電路以及專用的充電器。

 

 

由于實現(xiàn)VOOC需要較高的物料成本，所以這種低壓高電流快充方案并不被業(yè)界看好，在未來的很長一個時期內(nèi)只有OPPO孤軍奮戰(zhàn)。

隨著USB Type-C接口標準的出現(xiàn)，低壓高電流快充方案普及的契機出現(xiàn)了。

USB Type-C接口內(nèi)部擁有24個針腳，可以識別更為復(fù)雜的認證協(xié)議，并支持最高100W的充電功率。同時，USB Type-C數(shù)據(jù)線普遍可以承載3A以上的電流，一些品質(zhì)較高的數(shù)據(jù)線甚至支持5A或更高，困擾VOOC閃充的接口線纜問題就這樣被解決了。

 

 

于是，一加帶來了Dash閃充（5V/4A，如一加5T）、華為實現(xiàn)了SuperCharge超級快充（5V/4.5A，如Mate 10），魅族也推出了mCharge4.0（5V/5A，如Pro7 Plus）。如果這些由手機廠商主導(dǎo)的快充技術(shù)還說明不了什么，那高通和聯(lián)發(fā)科的態(tài)度則可讓快充技術(shù)的未來更加明朗。

 

 

 

高通和聯(lián)發(fā)科在2016年分別發(fā)布了旗下最新的QC4.0和PE3.0技術(shù)，除了兼容USB PD（谷歌強制要求）以外，全部引入了低壓高電流快充技術(shù)。

其中，高通QC4.0取消了12V電壓檔，最大支持5V/5.6A和9V/3A輸出，電壓支持以20mV為單位進行微調(diào)。

 

 

隨后發(fā)布的QC4.0+則加入了雙充裝置（通過一個電源管理集成芯片可以將電流分成兩半，使芯片散熱速度加快從而減少充電所需時間）和智能熱平衡功能（自動讓電流選擇雙充中溫度較低的路徑，讓設(shè)備在快速充電的同時保持低溫）。

聯(lián)發(fā)科PE3.0支持的電壓范圍在3V到6V之間，同樣能以20mV為單位進行微調(diào)，而輸出電流最高可達5A，最高充電功率可達30W。

 

 

那么，低壓高電流的極限是多少？華為在2016年底推出的榮耀Magic可能就是正確答案。這款手機采用了名為“HUAWEI Magic Power”的快充技術(shù)，可以實現(xiàn)最大5V/8A即40W的充電功率！

 

 

小提示：能否讓快充以“滿血”狀態(tài)進行，對數(shù)據(jù)線的要求極高。像VOOC閃充只支持原裝數(shù)據(jù)線，而其他快充方案則兼容標準Micro USB（高壓低電流）或USB Type-C（低壓高電流）數(shù)據(jù)線，只是USB Type-C數(shù)據(jù)線的品質(zhì)會決定它能承載多大的電流，購買兼容USB Type-C線時要挑選支持5A輸入的。

總之，低壓高電流快充方案擁有更高的轉(zhuǎn)化率、發(fā)熱低、可邊充邊玩等優(yōu)勢，取代高壓低電流已經(jīng)成了大勢所趨，市面上很多高端旗艦已經(jīng)逐漸獵裝這一技術(shù)，而QC、PE、FCP等快充技術(shù)則逐漸下放到千元級別的入門產(chǎn)品身上，加速快充在整個智能手機領(lǐng)域的普及。

 

充電速度對比

對電池容量為3000mAh的手機而言，使用5V/2A、QC3.0、VOOC、和Magic Power充電速度對比如下（大概估值，僅供參考）：

5V/2A：10分鐘7%，60分鐘60%、100分鐘90%、110分鐘全部充滿；

QC3.0（9V/2A）：10分鐘15%、30分鐘50%、60分鐘90%，80分鐘充滿；

VOOC（5V/4A）：10分鐘20%、30分鐘60%，50分鐘90%，75分鐘充滿；

Magic Power（5V/8A）：10分鐘45%、30分鐘90%、50分鐘充滿。

從這個結(jié)果可見，在充電功率相近的前提下，低壓高電流和高壓低電流方案完全充滿電的時間相差無幾。實際上，各種快充技術(shù)比拼的也是前10分鐘和30分鐘內(nèi)可以充入電量的多少，從這個角度來看還是低壓高電流的效率更高。

 

高壓高電流代表未來

雖然低壓高電流是當(dāng)下高端Android手機最愛的快充方案，但本著“沒有最快，只有更快”的發(fā)展趨勢，它注定也是要被歷史淘汰的。而有望一統(tǒng)未來快充江湖的，就將是“高壓高電流”方案。

比如，魅族就曾在2017年的MWC大會上展示了旗下第三代快充技術(shù)——Super mCharge，它支持11V/5A高壓直充，最大充電功率可達55W！它的背后是電荷泵原理，內(nèi)部IC只有兩組電路，轉(zhuǎn)換效率高達98%，全新定制的安全電芯可以做到800次循環(huán)充放電后依然擁有 80%以上容量，足夠用戶正常使用兩年左右。

 

 

但是，Super mCharge需要重新定制數(shù)據(jù)線和USB端口，至今還停留在概念階段，并沒有實際產(chǎn)品將其獵裝。

 

 

另一方面，在谷歌的牽頭下，各大快充方案的最新版本都開始逐漸兼容USB Type-C接口和USB PD協(xié)議，這就為因“圈地運動”而導(dǎo)致隸屬不同快充陣營的手機/充電器之間無法握手的難題有了解決希望。比如，高通QC4.0+的充電器就能觸發(fā)iPhone X的快充，背后就是源于免費的USB PD協(xié)議。

USB PD最高支持100W的充電功率，從而為智能手機實現(xiàn)高壓高電流奠定了物理基礎(chǔ)。

還記得《石墨烯是個什么鬼？它能改善智能手機的續(xù)航嗎？》提到的石墨烯充電寶嗎？它們之所以可以實現(xiàn)12V/5A、20V/3A的60W充電功率，就是大都建立在支持USB PD 3.0協(xié)議的基礎(chǔ)上（還有部分產(chǎn)品采用筆記本AC電源充電，無特殊協(xié)議）。根據(jù)很多網(wǎng)友的反饋，稱任天堂Switch、MacBook、聯(lián)想筆記本、戴爾筆記本或惠普筆記本等自帶的USB-C電源適配器都能為此類石墨烯充電寶快速充電，足以印證USB PD協(xié)議在兼容性方面的潛力。

 

快充都是可選項

快充技術(shù)往往屬于可選項。比如，高通驍龍835支持QC4.0+，但市面上搭載驍龍835且唯一支持該快充技術(shù)的就只有雷蛇手機，其它品牌出于成本的顧慮大都選擇QC3.0或QC2.0與其搭配。USB PD協(xié)議也算是USB Type-C接口的特性之一，但它也是可選的充電標準，比如一加5T雖然采用USB Type-C接口卻僅支持DASH閃充，不兼容USB PD。

未來，當(dāng)石墨烯材料在智能手機領(lǐng)域普及后，借助USB PD協(xié)議實現(xiàn)超過40W的充電功率并非難事。一起期待吧！

 

如何選擇快充外設(shè)

考慮到很多家庭同時存在不同品牌不同快充協(xié)議的手機，所以在選擇第三方充電器/充電寶時總會很不甘心，有沒有一款外設(shè)就兼容全部快充協(xié)議的產(chǎn)品呢？很遺憾，至少目前還沒有全兼容的產(chǎn)品，充電器領(lǐng)域出現(xiàn)了兼容QC2.0、QC3.0、FCP、SFCP、MTK PE、MTK PE+、USB bc1.2七大主流快充協(xié)議的型號，而充電寶領(lǐng)域則有兼容VOOC、DASH、QC3.0、QC2.0和USB PD協(xié)議的產(chǎn)品，我們必須根據(jù)現(xiàn)有手機進行取舍。有關(guān)與快充相關(guān)外設(shè)的選購問題，智趣狗近期也會和大家分享。