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续航时间一直是智能手机之痛.受体积限制,电池容量也不能无限增加,导致手机屁股上那根数据线,几乎成为低头族的氧气管,走哪儿都得插着.充一次电用半年的核能电池我们这辈子应该是用不上了,既然续航时间无法解决,似乎可以考虑“曲线救国”的方式：如果让充电时间缩短,不也算是另一个角度的续航时间延长吗?是的,这就是高通QuickCharge技术的思路.
文/图张明芮
QuickCharge的地基QuickCharge技术（后文简称QC）是建立在USBBC充电规范上的.
功能机时代,一般采用线性充电方式,它的输入电流与输出电流相等,当两端电压差较大的时候,就会出现功率损耗.例如充电器额定输出5V/500mA,其功率为2.5W.如果电池电压比较低,例如只有3V,由于电流恒定,则电池得到的功率只有1.5W,意味着40%的功率被损耗,还带来了发热过量的问题.高功率的线性电源成本较高,没有厂商愿意做.当然了,那个时候的手机电池容量都很低,也没人会整天玩手机,充一次电足够用三两天,所以群众没什么怨言.
早期的充电器也是专机专用,线缆和充电头一体化的设计,每个品牌的充电器接口都不一样,给用户带来很论文范文烦.2006年,全球曾大规模推动手机充电器接口标准统一,当时业界的充电模式已经开始转为成本低、效率高、宽电压、大电流的开关充电模式,综合考虑供电和数据通信功能,于是USB最终成为了标准接口.我国也力推“USB连接线与充电插头分离”,由于能够节约成本,因此得到了手机厂商的积极响应.所以,我们今天拿着手机在任何地方都能充电的美好生活,并不是一开始就有的.
USB规范规定了两种输出电流规格,分别是500mA和100mA,但初衷并非是为了给电池充电,而是给论文范文、麦克风之类的外设供电.
这并不妨碍理工男们折腾出USB充电装置,只是通用性和充电结果无法保证.例如,如果用笔记本电脑的USB接口充电,如果电池过度拉电流,超过500mA,主板就可能进入保护状态,限制电源输出.就算电池只吸收容许的电流,但如果总线检测到USB设备一段时间没有数据活动,就会将设备挂起,这时候USB提供的电流可低至2.5mA.总之,后果就是大家都没得玩.这些限制促成了USBBC规范的出台,在充电电路里加入一个识别机制,利用USB引脚确定电源类型并最大限度利用该电源的输出电流能力.USBBC还定义了DCP专用充电端口,不需要进行枚举就能充电,这就让墙上插座或汽车点烟器也能成为供电来源.DCP可提供1.5A电流,并搭配多数USB电缆进行充电.
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这个标准已经相当普遍,目前几乎所有的智能手机都采用了这个标准.QC1.0也是采用了这个思路.现在充电头的电压都是统一的5V,但电流输出能力各不相同.QC1.0让设备的充电电路能够识别不同的电源,然后尽力吸收允许范围内的电流.
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高通QC技术实际上来自2012年6月收购的加州科技公司SummitMicroelectronics,这家公司主要生产用于各类移动终端的电源管理芯片.QC1.0最高支持2A电流,意味着能提供10W的功率,更大的功率能带来更快的充电速度.并且,由于采用开关充电模式,输入输出端的电流大小可以不同.万一电池电压较低,可让电池充电电流高于输入电流,这样就使得两端功率几乎相当,降低了功率损耗.此外,QC1.0还有个优点就是用户不需要更换现有的USB线缆和充电头,堪称业界良心.
但是,10W的功率也难以满足低头族的用电需求,3000mAh的电池也要大概两小时才能充满.另一方面,人们正在拼命给除了屏幕以外的所有手机硬件瘦身,像充电口这样的部件必须是越小越好.但接口越小,会带来接触电阻的增加和散热能力的下降,除非采用超导材料,否则必然导致端口能够通过的电流降低,使得功率下降.MicroUSB最大承受功率只有10W,已经不能再提高电流.另外用户使用的线缆质量也良莠不齐,即使设备内部的充电管理IC十分出色,但一根劣质线缆可能就彻底抹杀了这种优势.
为了解决这个矛盾,可以考虑提高端口电压,这就是高通QC2.0HVDCP（高电压专用充电端口）的思路.QC2.0将最大充电电流提高到了3A,并支持5V、9V、12V以及规划中的20V四档电压,最高功率达到60W,意味着一台高电压充电器可以适配更多设备,同时可以抵消不同线缆带来的电压损耗,从而保证充电的效率.
至于实际效果,高通论文范文对3300mAh的电池进行30分钟充电实验,最终结果是：QC2.0可从0%充到60%（9V/1.67A）,QC1.0可从0%充到30%（5V/2A）,传统充电只能充到12%.QC技术的优势一目了然.
今年9月,高通发布了QC3.0技术.最大的改进就是采用了动态电压,在QC2.0四档电压的基础上以0.2V为增量,提供从3.6V~20V的灵活选择,让手机获得最佳电压,达到预期的充电电流,从而最小化电量损失、提高充电效率并改善热表现.也正因为电压的动态调整,所以QC3.0后期涓流充电要比之前慢20%,但减少了能量和电池损耗.
有搭载高通骁龙
430/617/618/620/820处理器的手机可支持QC3.0,但要等到2016年才能在市场上见到它们.
QC技术可向前兼容低版本,并且高通提供了完整的兼容性测试.这个测试是第三方权威机构进行评测的,测试通过的产品会得到高通的认证logo.关键是,这些技术对于所有的OEM厂商来说都是免费的.
QC技术里的黑科技
前面反复提到QC技术主要是提高了电压和电流,因为功率等于电压×电流,但实现起来并不那么简单.
QC1.0还好,只提供5V电压,手机主板上的电源管理IC得到该电压就会对电池充电.而QC2.0支持更高的电压,正常情况下,高电压可能会导致手机过压保护.所以QC2.0提供了一个握手协议,让手机能够识别充电头是标准5V输出还是有更高的供电能力,之后再对自身做一个动态调整,以便能够承受这种高电压和电流.这便是QC技术中最基础的AICL（自动电流限制）和APSD（自动电源侦测）特性.
QC2.0完全兼容1.0,没有更多的接口和引脚,所以还是只能在USB的D+、D-两根信号线上做文章,当然它必须手机端和充电端都支持才行.当手机充电时,充电头默认将D+和D-短路,手机端会识别成DCP模式,以默认的5V电压充电.接着双方开始握手：安卓系统的HVDCP（HighVoltageDedicatedChargerPort）进程启动,并且在D+上加载0.325V的电压维持1.25秒以上.这个电压和时间被充电头检测到之后,就断开D+和D-的连接,D-的电压随之下降.当手机端检测到D-电压下降并维持1ms以上时,HVDCP进程读取安卓系统文件Voltage_max的值,根据不同的数值在D+和D-上加载不同的电压.充电头根据这些电压调整输出电压,从而完成握手识别过程.
QC2.0除了HVDCP之外,还增加了一个平行充电机制（ParallelCharging）.虽然充电电路也具有保护措施,但为了进一步减少大电流对电池的冲击,所以让电池采用两块容量大小一致的电芯并联使用.当手机检测到充电电压为5V时进行并联充电,提供安全充电电流1C；当检测到充电电压为9V时,内部控制电路将两个并联电芯改为串联,同时切断电池对手机的供电,由充电头降压稳压后给手机供电.这样两个串联电芯的满电压为8.7V,充电功率提高了一倍,效率也提高了,但电流却保持1C不变,对电池循环次数也没有损害.
QC3.0中,除了进一步改进、强化前面版本的功能,提升电压电流外,最重要的升级就是加入了INOV最佳电压智能协商算法,能帮助待充电设备选定最佳充电电压,以便在任意时刻实现最佳功率传输.高通表示QC3.0能在35分钟内将手机电量从0充到80%.当然,这么激进的充电方式,现有的USB接口是无法承受的.下一代的USBType-C将挑起这个大梁.新接口具有更苗条的身段、最高10Gb/s的传输速度和最大100W的电力传输能力.此外还能支持双向传输、双面插入,就像雷电接口那样不分正反,彻底解决“USB永远不能一次插入”的世界性难题.
高压充电的安全性
对于用户而言,关注的焦点恐怕在于QC技术是否对电池有损害.毕竟大家都听说过,慢速充电对电池最好（甚至到现在还有人认为手机电池应该先充12小时）,快充则有损伤.但其实那是镍镉电池时代留下的误区,那时候的充电头都是恒流直充,输出电流简单粗暴,所谓的快速充电确实对电池有损害,甚至可能造成爆炸.能自动检测电压并调整为涓流充电的都算高端大气上档次了.
而目前手机电池的安全充电电流是1C,新型的电池已经能支持到1.5C、1.6C.一块3000mAh的电池,1.5C的电相当于充电电流不超过4500mA,这已经超过了QC技术支持的3A电流.
此外,由于手机充电端口输入的电压有5V、9V等,与电池电压（3.0v~4.35v,随电量和充电电流发生变化）并不匹配,因此需要进行变换.这个过程由手机内部的充电电路完成.正是有了这个变换过程,所以高电压完全不会影响到电池寿命.因为决定手机电池充电电压、电流的是预先设定好的充电程序.输入电压高一点或者低一点,只要还在电压电流变换部分允许的范围内,最后都会变换成程序预设的值.因此,QC技术并没有对手机和电池造成不安全因素.
写在最后
快速充电技术并非只有高通一家,还有OPPOVOOC、MTKPumpExpressPlus、德州仪器MaxCharge、苹果20V高压充电、USB3.1PD等快充规范.各种快充技术减少了充电等待时间.但不论有多快,都只是治标不治本,毕竟那根“氧气管”还在持续,万一遇到找不到电源的时候,无疑会让人抓狂.改进电池材料,提升续航时间才是最彻底的方法.物理论文范文的手机一去不复返,但充一次电能用好几天的手机,也许未来还会出现.
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电压引用文献:
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