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骁龙 820 来了,它有一项 iPhone 用户无比羡慕的功能

摘要

iPhone 6s 的电池容量又变小了,iPhone 用户表示 iOS 省电不需要大电池,Android 拿着半小时充满的 3000mAh 大电池手机笑而不语,那么这项唯一没有被 iPhone 借鉴过去的「快充 」到底怎么发展起来的?

近日,高通在 MWC(Mobile World Congress,世界通讯大会)上展示了自主设计架构的微处理器骁龙 820 信息。它拥有 14nm 的制程工艺,支持 LTE Cat.10 标准与三载波聚合,下载峰值速度高达 450Mbps,支持双通道 LPDDR4-1866 内存,GPU 则为全新的 Adreno 530,据称相比过去性能提高 40%,而功耗则降低 30%。

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然而这些都不是我们今天关注的重点:今天我们的重点是,从 3.0 版本的「快速充电」技术看看,「快充」一步一步是怎么走过来的。

前快充时代:快充诞生

早在 Nexus 4 的时代,就已经有了高通给出的 快充(Quick Charge)1.0 方案,对于这个快充 1.0 方案,大家其实非常地熟悉,运用得很广泛,只是听上去很玄乎。说到快充 1.0,就不免提到一些「古老的事实」——众所周知的是,手机电池的输出电压是 3.7 V 到 4.0 V 之间,充电器的输出电压大都是在 5V 左右,功率是等于电压乘以电流的,充电器输入的功率是一定的。那时受到电池的输出电压限制,充电器输入的电压在 4V 上下,手机能够承受的输入电流也是一定,所以必定有一部分的功率是要损耗在充电器上的。这样你会发现,充电时,充电器是会比较烫手的。

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而快充 1.0 的出现,就是为了解决这个问题——将手机电池可以承受的输入电流调高,使得,这样,损耗在充电器的功率得以利用,充入到手机之中去。另外,快充 1.0 的作用并不止于次。当时能够给手机充电电源输出电流的范围很广,从几百 mA 到 1800mA 都有。比如,电脑的 USB 口最大输出电流为 500mA 左右,如果手机拉取的电流超过这个数值,那么电脑则进入电流输出保护状态,停止输出电流。所以快充 1.0 还需要做的是识别电源的输出电流。

总的来说,快充 1.0 完成的工作一共就两项:1、调高了手机对于高电流的承受能力,使得它能够接受充电器高电流的输入,缩短充电时间。2、识别不同的电源输入类型。

快充时代:高通的答卷

为了解决手机续航的问题,各大手机厂商都纷纷采用了大电池的策略。大电池虽然便捷,但要命的是充电时间过长。以 快充 1.0 为基础的快充 2.0 的技术也应运而生。

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在解释快充 2.0 原理之前,让我们先复习下,高中物理知识,以便于大家更好地理解。手机电池的容量即为储存的能量 W,根据 W=P(功率)· T(时间),我们可以知道,如果要缩短手机充电的时间 S,只能提高输入的功率。P(功率)=U(电压)· I(电流),但是由于手机电池的电压是稳定在 4V 左右的,所以实际输入进手机的充电打压是基本固定不变的。所以想要缩短手机充电时间,只能在输入电池的电流 I 上下功夫。

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给手机充电的设备是由 USB 线和电源适配器,也是就是我们常说的「充电器」。由于市面上的 USB 线品质良莠不齐,未必能够输出高电流,而且高强度的电流输出对于线材的损耗较大,加上需要兼容前代产品的充电技术,所以快充 2.0 并没有选择直接增加充电器输出电流的方式,来缩短充电速度,反而是在外部设备上,保证输出电流不变,通过增加充电器的输出电压,来增加充电器的输出功率。

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看到这里,笔者相信一定会有好奇的读者,会拿出自己的快速充电器看看上面印的小字,所以这里需要说明一点:电流不变,指的并不是充电器电流维持在前几代的 1A 的输入电流,而是得益于快充 1.0 的广泛运用,几乎所有的手机电池都能够承受 2A 左右的输入电流。而在手机端,搭载了快速充电 2.0 的手机设备通过内部芯片的调解,将高电压低电流,转换为低电压(4V 左右),高电流。这个调整的过程,是在手机内部完成的。所以整个快充 2.0 技术的实现,是需要高电压电源适配器,以及手机芯片的支持。不过,由于快速充电的模组内置,所以快充时,手机的发热量将会十分可观。

简而言之,快充 2.0 大幅度加快了手机充电的速度,并且给予了其他厂家实现快速充电的两条思路。

后快充时代:群雄逐鹿

当然说到高通的快充方案,我们一定避开不了 OPPO 这家手机厂商。「充电五分钟,通话两小时」各位读者的疑惑也随着电视广告语铺天盖地而来,为何这个国产厂家如此自信?在补完高中物理知识之后,笔者相信,你们也一定能够理解 OPPO 的「VOOC 闪充技术」背后的原理吧?

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VOOC 闪充技术采用的是与高通快充 2.0 相反的思路,它采取的是,充电电压 5V 不变,直接提高输入电流的方式,提高充电效率。所以,OPPO 快充手机需要专用的充电线,专用的充电线(如图)将快速充电的模组外置,从而降低了手机在快速充电时候的发热。

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一旦涉及到快速充电,手机厂商的设计思路大致都是基于上述两种解决方案。除了高通的快充 2.0,OPPP 的闪充,当然少不了另一大芯片厂商联发科,它们拿出了快充方案是 Pump Express Plus,与两家厂商不同的是,它采用的快充技术原理较为复杂,简而言之,充电的时候,输入的电压和电流都会随着电池内部电阻温度等等状态而变化,从而实现充电方案的「最优解」。关于更加详细的分析,请点这里。(P.S. 说明涉及到许多电器知识,慎点)

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坐不住的老牌劲旅德州仪器,它们拿出的快充解决思路「MaxCharge」,则是通过单独分离快充处理器,而不是被绑定处理器上,从而使得手机在充电的过程中,毋须调动处理器。同时,由于充电是在单独的处理芯片上,德州仪器可以在处理器上增添更多的管理模块,优化手机快速充电的过程,均衡手机充电速度和发热的问题。不过,德州仪器拿出的这套方案,更加「疯狂」——最大支持 14V 和 5 A 电流的输入。

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这回轮到高通紧张了,因为早在 快充 2.0 版本的时候,由于其可观的发热量,造成了负面影响,似乎一直萦绕不去。所以,骁龙 820 搭配了新的「快速充电 3.0」,也加入了电压调控技术,被称之为「最佳电压调控技术」——Negotiation for Optimum Voltage(INOV),它能够根据手机的状态,随时调解充电电压,这与联发科的快充技术有些许类似。这次 3.0 版本的快充,支持以 200mV 增量为一档,提供从 3.6V 到 20V 电压的灵活选择,一招一式都旨在提高充电效率,减少功耗损失,以期减少为大家所诟病的发热问题。

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各大厂商的快速充电技术,如雨后春笋,迸发出来。不过,快速充电虽好,但发热量可观——无论是过热问题是在手机上,还是充电器上,当用户摸到那滚烫的设备之时,总会惴惴不安。目前各个厂家开发的快速充电协议,都在优化发热这个问题。笔者相信,不少读者心理还会有这样的一个疑问——iPhone 什么时候会搭载快速充电呢?


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