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移動應用遍及生活方方麵麵,我們越來越離不開手機。伴隨著性能和功能的暴漲,手機卻在慢慢變輕變薄,而且不再支持換電池的設計了,用戶對續航的憂慮,從未像現在這麼嚴重……
電池化學技術早在幾十年前已經基本成型,容量與電池的重量和體積成正比,麵臨"要容量就隻能變厚變重"的矛盾,曆史毫不猶豫地選擇了看起來是曲線救國,但實質上是最簡單粗暴的解決方案——快充。
讓人眼花繚亂的快充分支與曆史
在功能機時代,手機的電池容量一般都在1000mAh以下,充電功率停留在3-5W,當年5V 0.5A的輸出規格,現在看起來簡直就是上古畫風。伴隨著性能的暴漲,隨後安卓智能機的電池容量也增長到了2000mAh,USB協議的製定者USB-IF協會定義了USB Battery Charge 1.2(BC 1.2)充電標準,把充電電流擴大到1.5A。至今很多智能硬件用的,依舊是這個充電標準。
2013年,初代的高通快充QC1.0麵世,高通通過引入自己的電源管理集成電路PMIC,讓充電輸出躍升到5V 2A,而且任何移動設備都可以用這個獨立於USB連接器的方案。
因為繼續提高電流會對數據線和其他部件帶來技術和成本壓力,高通QC2.0采用9-12V的高壓低方案規避2A電流的紅線,大幅提高功率並降低充電損耗,同樣隻需要高通的電源管理IC即可支持。因為成本低而且兼容性好,QC2.0幾乎統一了快充市場,後來的三星AFC、Moto渦輪快充、vivo雙引擎閃充等都算是QC2.0的衍生方案。
再往下,聯發科的PEP快充麵世,用的是和高通類似的高電壓方案,根據電流來判斷輸出,隨後的魅族mCharge、金立閃電快充都是聯發科PEP快充的衍生產品。而OPPO的VOOC閃充則使用5V 4-5A的超高電流,從充電器、數據線,到電池和接口,全都需要定製,充電速度上去了,但卻是兼容性問題最嚴重的。
因為USB-IF的不作為,芯片和手機廠商都圍繞自己的產品和商業利益定義自己的快充,紛爭和戰火從此點燃。在群雄並起的2015年,高通發布了QC3.0快充,加入了INOV(最佳電壓智能協商)算法和200mV的電壓梯度調節,大幅提升充電效率並降低發熱,提高安全性。隨著Type-C接口的換代浪潮襲來,USB協會終於搞出了自己的快充方案USB PD(USB Power Delivery Specification)。
高通QC4:次世代快充
因為各種快充都無法兼容競爭對手的方案,讓現在成為快充標準最混亂的時代,手機無法使用其他品牌手機的充電頭,甚至自家前後兩代產品用的快充技術都不同。當中的很多快充都需要特製的充電頭和數據線支持,缺少任意一個都也無法快充。各種兼容性問題,最後還是算在了消費者的頭上。狂野生長過後,業界仿佛都在等待著下一代的快充來重整市場。
在mirco-USB統一移動產品充電和數據接口之前,也曾經曆類似的野蠻生長過程,而快充領域也已經到了大浪淘沙的臨界點上。2016年底,高通最新一代移動計算平台驍龍835發布,除了CPU、GPU、ISP/DSP、基帶等大幅度的提升外,高通QC4快充標準也一同發布了。
QC4全稱Quick Charge 4,不再依照原來2.0/3.0的命名方式,宣稱比前代溫度更低(-5℃),速度更快(+20%),效率更高(+30%)。QC4采用5V/4.7A~5.6A和9V/3A規格,同時INOV技術的步進電壓精度提升到10mV,進一步提升充電效率並減輕發熱,支持Dual Charge++技術,其具體改進點包括:
支持USB Type-C、USB PD,具備更強的兼容性;
在節電器中增加了更先進的技術,延長電池使用壽命,提升充電的安全性;
通過INOV算法最大化提升充電效率,優化充電過程,減少發熱;
使用第二個電源管理芯片以提供雙重快充,結合智能熱平衡設計,優化充電效率。
配套使用的最新電源管理芯片SMB1380和SMB1381,阻抗更低,峰值效率提升至96%,可在厚度不到0.8mm的電池內使用,為輕薄型快充設備提供了完美的支持(當然,現在還沒有這麼薄的電池量產)。
速度之外被掩蓋的眾多要點
如無意外,高通QC4快充依舊會是同代最快的快充方案之一,其最高輸出高達28W,宣稱可以充電5分鍾,使用5個小時,可以在15分鍾內能為2750mAh電池的手機充50%電量。但在充電速度之外,有太多的東西是普通用戶之前完全沒有發現的。
對於手機,充電除了速度,充電時的充電效率、發熱控製、安全性和電池壽命等都非常重要,並會直接影響使用體驗,這些是之前的快充故意忽略或無法兼顧的痛點。
充電效率方麵,高通QC4快充采用了高通第三代INOV(Intelligent Negotiation for Optimum Voltage 最佳電壓智能協商)電源管理算法,提供了行業首創的實時散熱管理能力。這個智能熱平衡管理功能,在既定的散熱條件下,自主確定並選擇最佳的電力傳輸水平,從而優化充電效率並控製溫度。
充電過程中,電池的電壓會隨著電量增長而變化,INOV正是通過實時調節輸入電壓,讓原來的恒壓輸入,變成階梯式的斜線。理論上梯度越多越密集,越接近最高效率的電壓斜線。而QC4的步進電壓精度,從QC3.0的200mV一口氣提升到10mV,比後來PPS設定的20mV電壓階梯還要精確,其密度和控製精度,直到現在依舊是最高的。
充電功率的上漲必定會對發熱控製提出更高要求,為了解決這個問題,高通早在QC2的時代就引入了雙路充電(Dual Charge)技術,每一次迭代都會增加一個"+"號,在QC4上雙路充電已經進化到Dual Charge++了。
該技術的核心部分,由新的電源管理芯片SMB1380和SMB1381完成。它們具備如電池差分感知等的先進快充特性,最高電流值可以達到6A和5A,它們之間可平分電流,讓電流值在最佳效率範圍內(3A電流時達到效率峰值,轉化率為95%),同時讓發熱源分散,提高散熱效率,從而達到比前代低5℃的效果。
在安全方麵,QC4更加"喪心病狂"。其支持麵向適配器和移動設備的眾多先進安全特性,通過在多個層麵和整個充電過程中加入保護措施,以保護電池、手機、充電線纜和適配器。
充電過程中手機、電池和電源適配器的電壓、電流和溫度都在到檢測範圍內,有助於防過熱和短路。因為采用的是高電流方案,所以QC4引入了對充電線的質量檢測功能,需要3A/5A或以上規格的線材。
除了新加入的電池防過充和防過熱功能,QC4能在每個充電周期調節電流,配合台階充電特性,可以有效延長電池使用壽命(需要電源適配器支持)。
恒流機製在某些情況下,可能會導致輸出電壓的劇烈波動,對手機內部的Bypass路徑管理和基帶模塊的供電安全造成威脅,所以高通沒有像部分廠商那樣通過適配器完成恒流直充,依舊把控製模塊放在手機上,以提升安全性。
王的資質:兼容性與驍龍計算平台的支持
如果僅僅隻有上麵提到的速度、效率、安全性,那高通OC4或許也隻能算是"又一個"快充技術而已。讓它和同代技術與眾不同的,是它的兼容性以及高通自身驍龍移動計算平台的支持。
兼容性是現在這一代快充的最大短板,而高通QC4引入了USB PD標準的支持,是首個打破這個僵局的快充標準。其後,在2017年農曆新年期間,USB-FI組織發布了USB PD 3.0的重要更新,宣布了對QC4、QC3、SCP、FCP、PE3.0、VOOC多種快充標準的支持。雖然各家的跟進速度各有不同,但高通QC4快充本質上成為了USB PD的一個超集,而且QC4跨越的電壓更大、充電速度更快。
QC4除了可以向下兼容自家的QC3.0/QC2.0外,也能支持USB PD標準,大大減輕了用戶和廠商後期維護、升級成本。此外,早在QC2.0時代,高通就為QC留下了A、B兩類方案,A類對應手機等小型設備,B類則是為平板和筆記本準備的,這個傳統一直延續到QC4。
讓高通QC4可以在移動電源、充電器、車充等使用場景都能發揮作用,小至攝像機、燈泡,大至平板、筆記本和最近火熱的VR頭顯,甚至連無人機和汽車都能兼容和受益。
回到大家最關心的手機領域,高通在SoC平台上的原生支持和體量優勢,是其他手機和芯片廠商,甚至是USB-IF協會都無法撼動的。高通QC4和其他快充標準,從起點上就已經不一樣了。同樣在做手機SoC的大廠,現在隻剩下聯發科了。
但聯發科近年在中高端產品線連番受挫,中高端產品線都早已是高通驍龍移動計算平台的天下了。最新的驍龍835平台上,本身就內嵌了對高通QC4的支持,高效雙路充電和智能熱平衡管理這兩個重點功能,甚至不需要OC4充電頭就能做到了。
大一統的曙光
對於手機、平板、電腦、VR/AR,甚至無人機等移動設備來說,電池續航都是最基本的要求。在電池技術不太可能出現大幅躍進的情況下,降低功耗和引入快充是最實際可行的解決方案。
快充最核心的改進不是總體充電時長下降,而是更快的充電速度,可以適應用戶越來越碎片化的充電時間,出門前的10幾分鍾準備時間就能充上出門所需的電量,讓用戶從"充電時長"的束縛中解脫出來。
高通QC4快充作為下一個世代最快的充電技術之一,15分鍾內將2750mAh電池充至50%電量的速度,已經足夠讓用戶很大程度上擺脫為電量擔心的麻煩了。第三代INOV電源管理算法和雙路充電(Dual Charge)技術則通過精細化管理和雙流分擔的方式,提升充電效率和安全性。
覆蓋適配器、線材和電池的精細監控和調節,則提供了同代快充無法比擬的安全性和電池壽命保護能力。而對前代技術和USB PD標準的兼容性,以及高通835移動計算平台的支持則變成了它封皇的基石。雖然當下快充標準依舊混亂無比,但已經能看到"快充大一統"的曙光了。
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