一：快充技术原理-快速充电原理

一：快充技术原理-快速充电原理

智能手机的兴起导致手机功耗快速增加，而成本和电池技术又限制了电池的续航时间。 在没有办法解决续航问题的情况下，为用户提供更快的充电速度似乎是解决手机待机问题的自然方案。 在此背景下，当前的手机快充技术越来越受到手机厂商的使用和青睐。

1：快充技术原理-快充原理

电池的核心仍然是锂离子，大部分厂商基本都在走“开源”和“节流”两条路——电池厂商努力提高能量密度、增加容量，而芯片厂商则寻求低功耗解决方案，但这两者都有上限：前者受到手机便携性的限制，后者则受到技术的限制。

由于增收节支效果并不明显，厂商们开始采取“曲线救国”计划：将手机的充电速度从常规的1-2小时提高到更短，以减少手机充电时间。充电的时间成本换取便利。

电池充电的基本条件是充电器电压高于电池电压，从而克服电池电压产生充电电流，完成电荷转移过程。

我们初中物理都学过，功率（P）=电压（U）x电流（I）。 当电池有一定电量时，电量表示充电速度。 可以通过以下三种方式缩短充电时间：

1、电流不变，电压增加。

2、保持电压恒定，增大电流。

3.电压和电流均增加

相比于水池里的储水充电，提高电压会给池壁带来更大的压力，带来安全隐患。 因此，单纯采用提高电压的方法的人并不多。

从物理计算公式来看，功率（P）=电压（U）×电流（I）。 当电池电量一定时，电量表示充电速度。 我们可以通过以下三种方式来缩短充电时间。

1、高压恒流模式：手机一般的充电过程是先将220V电压降低到5V充电器电压，然后将5V充电器电压降低到4.2V电池电压。 在整个充电过程中，如果电压升高，就会产生热能，所以在充电过程中，充电器会发热，手机也会发热。 而且耗电量越大，对电池的损害也越大。

2、低电压大电流模式：当电压恒定时，要增大电流，可以采用并联电路进行分流。 恒压情况下，并联分流后，各路分担的压力更小。 这也在手机中完成。 如果同样处理，各回路的压力会更小。

3.高电压高电流模式：该方法同时增加电流和电压。 从前面的公式P=UI我们可以知道，这种方法是提高功率的最好方法，但是提高电压的同时，会产生更多的热能，所以会消耗更多的能量，电压和电流不会无限制地任意增加。

这三种方式有一个共同的问题，就是对充电器、手机、充电数据线的电子元件有较高的要求。 高通想利用自己的技术优势采用第三种方法，而OPPO却选择退而求其次，采用了第二种方法来提高充电效率。

更常见的是采用恒压来增大电流。 目前，手机标准适配器通常为5V/1A输出。 有的厂家将充电电流提高到2A，一定程度上缩短了手机的充电时间。 这确实是一个解决方案，但问题是，首先2A需要充电器和手机都支持。 还有手机上的控制器，不能支持大电流。 如果用2A充电器给只支持1A的手机充电，输出实际上只有1A。

另外，电流不能无限增大。 大电流充电会产生更多热量。 如果加热速度超过散热速度且没有保护机制，电池温度将持续升高，寿命降低，甚至引起爆炸。 所有电子产品、充电器以及产品本身都会限制最大电流。

目前提高充电功率的方法有两种：提高电压、提高电流、或者同时提高电压和电流。 并且只有经过认证的手机和适配器才能实现高效充电。

首先，充电器将家用电的220V降压至5V，输出到手机的Micro USB接口。 然后手机内部电路进一步将电压降压至4.3V左右给电池充电。 减压过程有两个。

接下来我们来看看锂电池的充电时间和充电过程。

上图中，横坐标为时间，纵坐标为锂电池电压。 由于锂电池的特殊性，过压或欠压都会导致电池报废。 因此，目前的锂电池充放电保护电路原理是测量锂电池电压，然后根据电压判断锂电池是否处于正常状态（不过压、不欠压）。 压力）。

锂电池的充电电流如上图中粉红线所示。 锂电池的充电分为三个阶段，即恒流预充电、大电流恒流充电和恒压充电。

当电压低于3.0V时，充电器会使用100mA电流对锂电池进行预充电，即上图中的CC Pre-stage。 中文名称是恒流预充电阶段。 目的是让过度放电的锂电池慢慢恢复。 这是一种保护措施。 合格的充电器都会有这个充电阶段。

那么与之相关的问题就来了。 当锂电池电压高于3.0V时，进入第二阶段，大电流恒流充电阶段（CC Fast）。 由于锂电池经历了预充电的第一阶段，其状态已经变得相对稳定（预充电阶段的作用可以这样理解~但并不严谨）。 因此，在第二阶段，可以适当增大充电电流。 根据不同的电池，这个电流的大小可以从0.1C到几个C不等，其中C指的是电池容量，如锂电池，0.1C指的是260mA电流。

在这个充电阶段，国家推荐的标准充电是用0.1C的电流充电。 这是标准充电。 不过标准收费标准提出得很早，十几年前就提出来了。 当时因为锂电池技术远不如现在稳定（不允许大电流充电），所以就有了这样一个标准~~~采用标准充电的唯一好处就是充电过程稳定，而且发生爆炸等情况的几率很小； 缺点就是需要时间！ ！ ！

快充是指现阶段以大于0.1C的电流进行充电。 如果锂电池容量为 ，则标准充电电流为260mA。 只要充电电流大于260mA，就可以定义为快充。 但以目前锂电池和充放电管理芯片的水平来看，1C的电流充电是没有问题的。 所以快速充电并没有想象中的那么危险。 一般快充的充电电流为0.2~0.8C，所以快充还是安全的。 由于近年来的改进，现在的充电器基本都是快充类型。

锂电池充电的最后一个阶段是恒压充电阶段。 此阶段，当检测到锂电池电压等于4.2V时，充电器进入恒压充电模式。 此阶段充电电压恒定在4.2V，充电电流增大。 越小（慢慢充满，电流肯定会变小~）。 当充电电流小于100mA时，判断电池已充满，并切断充电电路。

这个阶段的特点也可以解释为什么手机显示充满电后，如果拔掉USB线再插上，手机还会继续充电。

另外，需要说的是，上述充电是单节锂电池最理想的充电流程。 目前合格的锂电池充放电保护板都是这样工作的。

目前手机使用的电池都是锂离子电池。 手机工作时，电池不断放电，电池电压不断下降。 电池放电电流不同，电压下降曲线速率也不同。 一般来说，当电池电压为3.5V~4.2时，90%的电池能量集中在V之间。电池能量分布如下图所示。

电池能量分布概览

基于锂电池的实际情况，手机一般的工作设置是，当锂离子电池放电到一定程度时，会通过软件设置为无法拨打电话或强制关机。 深度放电会对锂离子电池的寿命造成不可逆的损害，因此关断电压一般设置在3.5V左右。 从电池的能量分布和手机的实际使用情况来看，对充电时间影响最大​​的是恒流充电阶段的充电电流。 目前主流手机设定的充电电流约为450mA。 如果想要实现快速充电，最实用的办法就是增加恒流充电时间。 锂电池的最佳充电倍率是1C，这意味着的电池组需要以1C的电流快速充电。 以这种速率充电可以实现最短的充电时间，而不会降低电池组的性能并缩短其使用时间。 生活。 对于容量越来越大的电池来说，为了达到这个令人满意的充电倍率，就不可避免地要提高充电电流值。

2：快充技术原理-快充方案典型应用电路图

快充解决方案由两部分组成，充电器部分和电源管理部分。 电源管理部分的芯片放置在移动智能终端中。 有独立的电源管理芯片，有的直接集成到手机封装中。 电源管理芯片对于锂电池来说非常重要。 电池的整个充电过程受到管理和监控，包括复杂的处理算法。 锂电池充电包括几个阶段：预充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段、涓流充电阶段。 充电管理芯片根据锂电池充电过程各阶段的电气特性向充电器发送指令，通知充电器改变充电电压和电流。 充电机接收充电管理系统的需求，实时调整充电机的输出参数，配合充电管理系统实现快速充电。

下图是匹配的典型应用电路图

针对/36平台推出，不仅增加了OVP功能，还提供智能充电功能，满足快充功能。 如图2所示，内置专有的K-技术可以根据芯片温度智能调节输出电流，保证整个充电系统在充电时的安全。 这样可以让手机实现快速充电，而不会因为环境温度高或充电电流过大而导致芯片进入过温保护，导致无法充电。 上图是一个典型的应用图。

下图是高通QC2.0的典型应用电路图

3：快充技术原理——四种主流快充技术对比分析

事实上，总体来说，目前市面上手机常见的快充技术基本来自高通、联发科和OPPO这三个公司。 例如小米5就采用了QC3.0快充技术。

1. 高通快速

我们先来说说高通。 现在高通QC4.0已经发布，但是市面上常见的 Quick快充标准大多是QC2.0和QC3.0。 与第一代固定的5V/2A相比，QC2.0在电流电压技术方面，提供了5V、9V、12V三种电压等级，以及最大3A电流（一般手机适配器达不到）这么多）。 与QC1.0相比，充电速率提升了不少。

我们以QC2.0为例。 Quick 2.0要求手机和充电器都满足这个标准才可以使用。 为了防止老版本的手机在充电时被电流过大烧毁，充电器中还加入了IC控制器来判断是否可以。当然，也有不符合Quick标准的5V低电压和1A电流服务。 。

Quick 2.0已集成到高通 801处理器芯片中。 目前支持该技术的手机可以与相应的充电器配对，例如小米4、三星S5或HTC One M8。 理论上，Quick 2.0 比传统 USB 充电方式快 75%。 ，30分钟即可为电池充电60%。

这项技术的局限性在于芯片，这是高通的技术壁垒。 虽然骁龙210等入门级产品也支持，但非高通芯片，如魅族的三星、华为的海思等则别无选择。

事实上，QC2.0已经基本解决了充电功率的问题。 如果进一步加大充电功率，可能会导致手机严重发热问题。 因此，QC3.0的出发点是解决手机端的接收效率。

与QC2.0相比，高通QC3.0主要增加了“智能调整最佳电压”（INOV）算法，可以以200mV为步长进行智能调整，提供从5V到20V的电压灵活选择（原QC2.0）。 0仅支持三个档位：9V、12V、20V）。 这样，手机就能在不同的充电阶段获得恰到好处的电压并达到预期的充电电流，最大限度地减少电量损失。

高通官方宣称QC3.0的充电效率是QC1.0的两倍，比QC2.0高38%，是普通充电技术的四倍。 它可以在大约 35 分钟内将普通手机从零充电到零。 充电到80%！

2.OPPO VOOC闪充

国内厂商OPPO开发了VOOC闪充解决方案。 原理是利用恒压来增加电流，但他们对这种方法进行了改进。 他们的方法是采用恒压大电流的方式，将电流提高到4.5A。 促进。

传统手机的充电过程是适配器将220V交流电降压为5V直流电。 手机采用充电控制电路将电压调节至4.2V左右对电池进行充电。 在电压调节过程中，会因功率损耗而产生热量（这也是我们常说的这是因为手机充电时发热）。 VOOC闪充技术将充电控制电路移植到充电器上，将发热源移植到适配器上，从而解决了手机发热的问题。

VOOC闪充充电器还有一个专门的芯片，称为MCU芯片，它取代了传统充电中的充电控制电路。 该芯片可以自动识别当前充电设备是否支持VOOC闪充。 另外，虽然它的充电口也是7针，但电池也特意做了8个触点。

闪充需要特殊的适配器、电池、数据线、电路和接口才能实现4.5A大电流输出和输入。 如果检测到不支持，会自动使用稳定的充电电流实现慢充。

OPPO VOOC闪充对比1A和2A电流充电速度

3.联发科快充技术——Pump

联发科也推出了自己的快充技术——Pump，与OPPO展开竞争。 Pump 3.0快充技术仅需20分钟即可将手机从0充到70%。 预计今年年底正式上线。 OPPO声称可以充电5分钟通话4小时，但实际上只充电5分钟通话2小时。

Pump 特性：允许充电器根据电流确定充电所需的初始电压。 PMIC发送脉冲电流命令并通过USB Vbus传输到充电器。 充电器根据该命令调制输出电压，电压逐渐升高至5V，达到最大充电电流。

联发科目前有两种快充规格：

（1）Pump为快速直流充电器提供的输出功率小于10W（5V），受控输出电压：5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V，主流输出功率：5V/1A & 5V/1.5A

(2) Pump Plus为充电器提供大于15W的输出功率。 不同的是，受控输出电压额外增加了12V、9V、7V三个电平，分别是12V/9V/7V/5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V。

MTP Pump Plus 的原理与 Quick 类似。 在保证2A充电电流的基础上，通过提高充电器到手机USB口的电压，实现更大的充电功率。

4.

TI的快速充电技术集成了5A单节锂离子电池充电器电路，在电流高达5A时支持高达14V的输入电压。 向下兼容高通Quick 2.0的9V和12V电压等级，并支持 Pump Plus的7V、9V和12V。 与现有的电池充电器相比，该设备的充电时间减少了一半以上，最多可减少60%的充电时间。