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手机快充是如何实现的?

手机快充是如何实现的?

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乔军

2021-9-26 15:22:47
3月25日,小米联合创始人林斌在微博上公布了一段视频,视频显示,一部4000mAh的小米手机,仅需17分钟便可完全充满!而这项新技术的功率高达100W!远远超过目前主流手机所使用的功率。

  年纪稍大的机友看到这不知作何感想,回想功能机时代,那时候的手机电池一般只有500mAh,充电器也只有5V0.5A,和今天对比,简直不值一提。
  那么手机快充是如何实现的?为什么在长期停滞不前之后又突然迎来跃升呢?在此之前,我们先来谈谈手机是如何充电的。
  众所周知,手机充电依赖4个环节:充电器、数据线、电池以及电源管理芯片(IC),电流电压需要经过充电器和手机端的把控,再通过数据线的传输和电源管理芯片的控制,才能给手机充电。这4个环节决定着手机充电的安全和速度。
  ❶充电器也叫电源适配器,它的作用是把220V的居民用电电压转换为手机能够承受的电压,比如支持高通QC2.0协议的充电器,能将电压降到12V/9V/5V再传给手机。
  ❷数据线承担着运输电流电压的作用,过程中会损耗一些能量,所以数据线也影响着手机的充电效率。
  ❸电池相当于储水池,把数据线运输过来的电量保存起来,再供给手机去运行功能。
  现在手机电池一般都是锂电池,它具有能量密度高、使用寿命长的优点,同时也大大减少了手机、笔记本等便携式电子设备的重量和体积。不过锂电池也有毛病,它的充放电电压最好在2.4V~4.2V之间,否则就有可能燃烧爆炸!这就是为什么坐飞机安检时,电池容量大的电子设备不给带的原因。
  ❹电源管理芯片,顾名思义是用来管理从充电器传输过来的电流电压,相当于***机构,保证充电过程的稳定和调控,它的出现也降低了锂电池“发脾气”的风险。
  比如手机电量快充满时,电源管理芯片就会开始发挥作用,自动减少充电电流、降低充电速度,保护电池寿命,这就是为什么手机充电至80%以上时速度会变慢的原因。
  以上就是充电的过程,接下来再说说快充。
  前面说过,功能机时代,手机功能少,耗费的电量也少,即便一周充一次也能用。但智能手机的横空出世改变了这一切,大屏幕、多功能,高耗能模式让电量一下子紧张起来。但手机电池容量一共就这么多,怎么办呢?只有往提高充电速度去想办法了。
  学过初中物理知识的机友都知道,想要提高功率,就得提高电流或者电压。厂商们也是这么做的。如今快充方案有三种:高电压低电流、大电流低电压、高电压大电流。具体如何提高呢?这就离不开手机充电的4个环节了。
  前面也说过,充电器能够转换电压,但真正起决定作用的是处理器里的电源管理芯片,所以高通等芯片厂商才能制定充电标准,这也是高通QC协议的来源,手机厂商最多只能在充电器和数据线上做文章。
  再来解释这三大快充方案是如何实现的。
  高电压低电流的原理是充电器先把220V的市电转换成12V/9V/5V这些低压,通过数据线传给手机,然后电源管理芯片再把电压进一步转化成4.4V以下的低电压大电流,这样手机电池才可以承受。
  不过在早期,由于数据线只能承受2A以下的电流,传输过程也容易发热,导致损耗非常大,实际功率并不高。直到后来数据线质量提升,有些数据线也能承受5A电流,这一局面才改善了。
  除了数据线,电源管理芯片在转化电压时也会产生损耗,转化率只有90%,而且亮屏时发热也会产生损耗,所以为了安全和充电速度,采用这一快充方案的手机,一般亮屏时会变成慢充。
  目前采用高压快充方案的,有联发科PEP、三星AFC、华为FCP、高通QC。
  另一种快充方案是大电流低电压,原理就是直接把电充给电池而不经过降压IC,只经过充电器的一次降压,这样损耗减少了还能降低发热,实现了功率的提升,也能实现亮屏快充。
  不过这种方案需要特定的数据线和充电器、甚至充电口来实现兼容。比如OPPO就对充电器、接口、数据线等进行了全方位的改造,才实现了22.5V的快充。
  采用这一方案的,有OPPO的VOOC闪充、一加的DASH、华为的SCP和荣耀的MagicPower等。
  但这两种快充方案都具有局限性,想要实现更大功率的提升,难上加上。直到2017年,魅族创造性地将电荷泵技术加入到快充,实现了55W的快充!
  电荷泵是一种直流-直流转换器,利用电容器为储能元件,用来进行电压转换,直接提高了电压和电流,它的出现彻底改变了手机的充电速度。相比传统IC只有90%的转化率,电荷泵能带来98%的转化!而且还能降低发热。
  在此之后,手机厂商纷纷跟进这项技术。华为Mate20Pro的40W快充、iQOO的44W快充等,都采用了该技术。而OPPOFindX更是将这项技术改造了一下,采用双电芯串联结构,充电时两块电池一起充,电压就能降一半,然后利用电荷泵技术再降低一半,从而将充电功率提升到50W。
  不过遗憾的是,在电荷泵技术风靡行业的同时,它的创造者魅族却没能及时量产,导致对手捷足先登……
  至此,手机快充迎来了光速般的提升,我们再也不用担心手机充电需要等待漫长的时间了。看到这里,不知道各位机友有什么感想呢?
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