图南指北 篇四十五:谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

2019-11-20 11:46:51 25点赞 142收藏 28评论


写在前面


手机快充技术,大概在 2014 年左右就已经出现在大众视野当中。从最开始5V1A的 5W充电功率,到现在出现在安卓手机上的 44W快充,手机充电发展史也是一部浓缩的科学史书。

虽然快充对于人们的生活带来了很大便利,但平日里人们讨论的并不多,仿佛支持快充是一件理所当然的事情。而因为苹果公司最新发布的iPhone 11依然标配万年不变的 5V1A 充电套装(pro 及 pro max 标配 18W 充电套装),快充真正成为大街小巷人们喜闻乐道的一件事情。今天这篇文章,就和大家一起探讨一下关于手机快充的那些事情。


充电原理那些事儿


正所谓万变不离其宗,要像讲清楚手机快充的那些事儿,首先要了解充电的原理:也就是电是如何被充进手机的。

用通俗的比方来说,如果把给电池充电当做给水池盛水。那么水池的容量就相当于电池的容量,提升续航最直观有效的一个方法就是增加电池容量,所以手机电池从 1000mAh 到现在动辄 4000mAh,就是这个原因。

而往水池里防水的水管,就相当于我们的充电线。我们不能小瞧了这根水管,在水的流速不变的情况下,水罐越粗,单位时间流入水池的水就越多,装满水池的时间也就越快。回到充电上来说,就是在电压不变的情况下,电流越大,电池充满的时间也就越快。       

图片来自网络图片来自网络

我们再回到盛水上来,如果管子的粗细已经固定下来,那么想要尽快把水池装满,就需要提升流速,也就是要增加水管源头的压力。在充电上来说,就是要加大电压。

图片来自网络图片来自网络

由此我们可以得出如下结论:要想充电时间变快,要么增大电流,要么增大电压,当然,同时增大也是完全可以的。

但如果我们以为快充就这么轻轻松松的实现了,那就 tooyoungtoosimple了。手机电池比起水池来说,可是要敏感和脆弱的多,增大电压和增大电流提升充电速度,都有他们的弊端。这部分内容,我们就需要结合下面一节来进行阐述了。


充电设备的那些事儿


上一节我们提到,要阐述高压快充和高电流快充两种方案的缺点,需要结合充电设备来讨论。你可以随手拿起一个手边的充电头,看一看上面的参数,然后继续来看我的文章。

虽然市面上有很多手机快充技术,但其原理不外乎两种:

高压配低电流。

这个方案的典型代表当属高通Quick Charge快充技术,比如我们经常听到的QC3.0快充的9V/2A就是典型的高电压低电流达到18瓦的充电功率。       

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

低压配高电流。

高电流快充以OPPO的VOOC闪充和华为Super Charge为代表。此类快充通过加粗USB接口触点和输电线芯的做法,增加电流,降低电压,达到同样的充电功率,典型的就是5V/4A的VOOC闪充。       

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这两种方案到底孰优孰劣呢?首先我们要明确一个概念,手机端锂电池充电截止电压为 4.2V。

我们先看 9V2A 的高电压低电流方案,电源适配器要将 220V 的交流电压降低为 9V 直流电,然后在手机端再降为 4.2V;由于手机端进行了较大幅度的二次降压,额外的转换电路工作就导致充电时手机容易发热,尤其是在边充边玩的时候。

我们再来看低电压高电流,在充电头端就已经将 220V 交流电降为 5V 直流电,基本不需要手机端进行额外的处理,也就没有了严重的发热现象。要知道,发热现象是影响手机电子元器件老化和使用安全的因素之一。所以像一加手机这种采用低压大电流的厂商会宣传手机可以边充电边玩。

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

但这种方案也有一个问题,要承担高电流,从充电头、数据线再到手机,都必须要有能够承担大电流的能力,也就是说,在制造时,就要为了大电流进行特殊的处理,这也带来了更高的造价。


快充到底是如何工作的

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

这是 Anker 出品的某一款快充头。我们可以看到其输出电压与电流有多种组合:5V2.4A、9V3A、15V2A、20V1.5A。相信很多朋友看到这些参数会有一个疑问?我的手机充电时到底是选择组合中的哪个参数呢?为什么给 iPhone 充电监测到的数据都是 9V2A 而不是其他的呢?要解答这个问题,我们需要先来了解一点:手机与充电设备之间,是有暗号的。

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

我们日常使用的USB接口一共有4个弹片,最外面两侧是用来传输电力的正极VCC、地线GND,中间两片弹片是数据正D+与数据负D-。在USB-A输出的快充充电器中,D+、D-信号线负责询问充电器支持的充电协议,也可以理解为暗号。如果暗号对不上,那对不起,只能进行 5V1A 充电。如果对上了,那就按照暗号规定的电压与电流组合来进行充电。       

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而对于 USB-C 的充电器而言,接口的针数更多更智能,手机通过 CC 线芯与充电器进行喊话,充电器告知手机它支持哪些电压电流档位,手机给出自己的需求。如果需求和供给能够匹配的上,那就使用这个档位进行充电,如果匹配不上,就会选择默认的 5V1A 进行充电或者不充电。

这就解释了为什么这么多档位 iPhone 只选择 9V2A 进行快充,因为这个档位是手机端已经设置好的,会优先选择。

我们来做一下实验:分别使用 Anker 30W 快充头和 Macbook Pro 87W 快充头来给 iPhone X进行充电,看看他们之间区别是什么。

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

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两者档位不同,但都有 9V 电压档位,87W 充电头最高支持 20.2V4.3A。

测试结果如下所示:  

谈“充”色变:一文彻底读懂手机快充那些事儿

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使用两款不同的充电头都可以自动识别 9V 的档位进行充电。只不过由于手机电池有了两年的损耗,现在充电的功率已经达不到 18W 了。

总而言之,无论是低压快充还是高压快充,都需要协议握手,不是充电器支持20V输出就会向手机输出20V,还需要要手机端是否支持。

写到这里我想起一个笑话:如果你用的是苹果全家桶,那么用 Macbook pro 的充电器充 iPad,用 iPad 充电器充 iPhone,把 iPhone 自带的 5V1A 扔掉,会让你进入另一个人生巅峰。

写在最后

写到这里已经是夜里 1 点了。但其实我还有啰啰嗦嗦很多话没有说完,关于如何选购快充,就放到下一篇文章里吧。

希望这篇文章能够对大家有所帮助,我们下期再见,拜拜。

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