什么是快充?这个问题放在四五年前,答案可能还是18W的充电功率,再早一点,10W功率都是一个不错的充电速度了。
但放到今天,在众多安卓手机中,没过30W都不好意思自称快充,到了50W才算勉勉强强及格,双电芯与电荷泵齐飞,氮化镓共多协议一色,只要电池技术没有取得突破性进展,那么快充军备竞赛还要持续相当长一段时间。
只有苹果还在包装里附赠着5V 1A充电器,如果按照最新爆料来看,下一代iPhone 12可能连这个祖传的充电器都不给,留一根C to L线,让你自掏腰包再买个PD充电器,在安卓旗舰把快充作为主打卖点的2020年,真的是让人迷醉的一股清流。
回归正题,在智能手机发展的最初几年,苹果和安卓在充电这码事上,还站在同一起跑线上,苹果甚至领先了一个身位:由功能机过渡而来的安卓手机用的还是可拆卸电池,一个万能充的功率的功率不过1W-2W左右,跟苹果的30针接口带来的5W充电完全没办法比。
但是从2007年的iPhone 2G到2020年的iPhone SE,它们在包装盒里附赠的充电器,虽然外形变了,接口变了,但5V 1A的充电功率却未曾改变,这种顽固态度直接导致如今的iPhone在充电技术上落后于安卓太多太多。
苹果被偷走的这13年,是安卓在充电规格上从零开始的历史。
USB BC 1.2
(USB BATTERY CHARGING REVISION 1.2)
1995年,由Intel(英特尔)、NEC(日本电气株式会社)、Compaq(康柏)、DEC(美国数字设备公司)、IBM(国际商业机器公司)、Microsoft(微软)、Northern Telecom(北方电信公司)等七家公司建立起了最初的USB-IF(USB Implement Forum),这是由一群开发通用串行总规范的公司创立的非营利性组织,主旨是推广通用串行技术并提供相应的规范,除了上述的几家公司,像苹果、惠普、戴尔和联想这些主要PC厂商也陆续成为了其会员,截至2020年,USB-IF已经拥有1000多家会员公司,在USB充电规范上拥有绝对的话语权。
2011年,USB-IF推出了全新的充电标准——USB BC 1.2(USB BATTERY CHARGING REVISION 1.2),任何使用USB端口的厂商都可以免费使用这个标准,USB 2.0在5V电压下最大电流是0.5A,USB 3.0在5V电压下最大电流是0.9A,至于支持这个标准的USB端口,能在5V电压的情况下把电流提升至1.5A,最大功率能到7.5W,比起当时普遍使用的5V 1A快上了不少。
但问题是支持USB BC 1.2的端口非常罕见,只有顶级的主板和笔记本电脑才会配备上这么一个USB端口,并且给它标上红色或者闪电标记。
这是一次推行快充的尝试,但出于成本考虑,很少会有手机厂商选择支持,为了达到7.5W的充电功率,消费者必须自行购买支持它的充电线,真正使用者寥寥,但USB BC 1.2标准确实成为了手机快充的开端。
高通QC 1.0
(Quick Charge 1.0)
当我们手机的电池容量还在2000mAh以下徘徊时,5V 1A看起来确实够用了,而且大部分手机采用的都还是可拆卸电池式设计,但随着越来越多的智能手机的电池用上2000mAh乃至更大电池容量并且手机使用一体化设计时,一个快充标准就变得越来越有必要了,毕竟,谁都不能忍受动辄充电几小时,整体挂着充电宝的手机吧……
这个时候,做手机处理器的高通琢磨起了快充,在2013年推出QC 1.0这一快充标准,只要是搭载高通解决方案的手机都可以使用它来快速充电。
QC 1.0把电流从USB BC 1.2的1.5A提升至了2A,充电功率达到了10W,在高通的宣传中,搭载QC 1.0的手机充电速度比以往的手机的快了40%,同一部手机的充电时间可以缩短至三个小时甚至更短,让移动设备真正摆脱频繁充电的烦恼。
其中支持QC 1.0的手机包括HTC Droid DNA、三星Galaxy S3、诺基亚Lumia 920和LG Nexus 4等,它们都使用了高通的电源管理集成电路(PMIC),因而得以实现比5V 1A快得多的充电速度。
虽然QC 1.0并未真正推广开来,但由它开始,高通奠定了自己在手机快充市场中的统治性地位。
高通QC 2.0
(Quick Charge 2.0)
曾经被众多设备普遍使用的micro USB接口,虽然统一了自功能机时代以来手机接口的乱象,既支持充电又支持传输数据的它却一直有个致命的缺陷,那就是所承载的电流一般不能超过2.4A,一旦超过这个数字,轻则发热严重,重则烧毁充电口。
如果一直使用5V的电压,那就很难继续发展手机快充了,但高通采取了一种曲线救国的方式,通过提高电压,电流保持不变来增加充电功率,从而让手机能够更快地充电。
于是2014年,高通正式推出了QC 2.0,其原理是在充电器中加入特殊的电压控制器,利用USB端口中的D + / D -触点“通信”,而智能手机会自动选取所需的电压和电流,当充电器未响应D + / D -触点上的特殊电压时,充电功率会回到5V 1A的状态。
QC 2.0共有两个功率,一个是18W(12V 1.67A),一个是10W(5V 2A),两种功率在充电过程中会进行切换,以满足不同电量时的充电需求。
虽然智能手机依靠这种高压低电流的方案成功实现了大功率的快充,在一小时内就能为手机充电80%,但随之而来的问题就是电池过热和寿命缩短,尤其是在高通骁龙810发布之后,由于很多人边充电边玩手机,导致主板因过热而损坏,这个问题甚至引起了一场针对LG手机的集体诉讼。
不过尽管存在着种种问题,但高通QC 2.0依旧带来了革命性的意义,在小Z看来,大规模使用的QC 2.0让安卓阵营第一次和苹果拉开了差距,同时也是快充技术快速发展的起点。
OPPO VOOC闪充
对于第三方厂商来讲,由于使用高通的处理器,打包买一份高通的充电方案成了理所当然的事情,但是也有部分有志厂商开始寻找其他的解决方案,这个有志厂商,就是大家熟悉的OPPO。
前面提到了,普通micro USB是无法承载2.4A以上大电流的,但这是建立在不更换标准前提下的,而OPPO的VOOC,就对线材接口乃至充电器进行了一番魔改。
2014年,OPPO发布了自己的最新旗舰机Find 7,在这部手机上面,除却一众令人瞩目的新技术,最让人关心的还是它上面搭载的第一代VOOC闪充。
通过魔改原有的接口和充电器,Find 7能做到5V 4.5A最高22.5W的充电功率,在30分钟内就可以把手机的电量从0%充至75%,这个成绩轻松打败了同期的QC 2.0。并且由于低压大电流的方案外加部分充电电路转移至充电器,VOOC的发热比QC 2.0小得多,成为了当时效果最好的快充方案。
但是VOOC闪充也存在着自身的问题,由于一切都是基于OPPO的方案魔改而成,所以只能用原装充电器和数据线来进行快充,当你更换了第三方数据线或者充电器时,手机充电又会回落到5V 1A的普通功率上。
后来OPPO对初代的VOOC进行了一些改动,将充电器体积缩小,功率调整至20W的5V 4A,整体适用性更高,一加Dash同样使用了该方案。
华为FCP、三星自适应快充
摩托罗拉 Turbo Power
这几家的快充技术常常被一同提起,因为它们的原理十分相近,类似于高通QC 2.0的高压方案,同时也能兼容QC 2.0的充电器。
当然各家是出于不同的原因,华为有自己的麒麟处理器,三星有自己的猎户座处理器,由于它们采用了和高通完全不同的处理器,为了更好地跟上快充的步伐,就依照QC 2.0的方案来实现快充,而摩托罗拉,可能更多地是为了品牌塑造。
它们的充电功率不尽相同,例如摩托罗拉的Turbo Power能达到25W的充电功率,在45分钟内为Moto X Force(3760mAh)充电80%,充电速度也非常快了。
QC 3.0和4.0
对于高通来讲,QC 2.0的发热问题引起了诸多差评,它必须着手解决这个问题,不能通过盲目提高电压来提升充电功率,否则发热问题还会进一步严重,在这样的背景下,高通于2016年先后推出了QC 3.0和QC 4.0,其中最重要的变化是灵活的电压设置。
在QC 2.0中,电压被严格设定为5V、9V和12V,在高电压的情况下,发热尤为严重,所以在QC 3.0中,以0.2V为一档,电压可以在3.6V和20V之间灵活变化,并且因为Type-C全面取代micro USB,电流也终于突破了2.4A的限制,最大可以升至3A,给快充留下了足够的空间,与QC 2.0相比,充电效率提升最高达38%,充电速度提升27%,发热降低45%,高通总算找回了一次场子。
QC 4.0紧接着3.0发布,在原有规格上进一步加强,同时加入了对USB PD的支持,5V电压下最大输出5.6A,9V电压下最大输出3A电流,最大充电功率能到28W.
至于之后出现的QC4+,则是在细节上更加完善,例如兼容之前的QC 3.0和QC 2.0协议,取代了比较封闭的QC 4.0。
联发科PE+(Pump Express +)
魅族mCharge
联发科身为和高通一样的处理器生产商,势必也要快速推出自家的快充方案,毕竟总不能让用了联发科芯片的厂商对着QC快充干瞪眼吧。
于是联发科抬出了自家的PE+(Pump Express +),一共分为三个版本,前两个版本是基于QC 2.0和QC 3.0的延续,由于区别并不是很大,很多充电器还能够同时兼容PE+和QC。
而到了QC 4.0之时,联发科终于坐不住了,毕竟高压小电流的方式充电效率实在太低了,同时发热问题一直存在着,所以联发科就拿出了自己的低压大电流方案——PE+ 3.0。
PE+ 3.0的电压范围是3V至6V,电流最大超过5A,有点类似于OPPO的VOOC闪充,使用了该协议的魅族Pro 6可以在一个小时内充满电,但它的缺点也很明显,必须使用专用的充电线和充电器,否则又会用最小的功率来进行充电。
魅族的mCharge大致是基于PE+的快充协议,最早在Pro 5上就能实现24W的快充,不过可惜的是在之后的时间里毫无寸进,虽然展示过Super mCharge的55W快充,但随着它在手机市场中的快速败落,这个超越时代的快充也没有了下文。
华为的SuperCharge
先前提到了华为的FCP快充,但是由于也使用了QC 2.0的高压小电流方案,发热一样严重,为了解决这些问题,华为在之后推出了SuperCharge这个全新的快充方案。
跟OPPO的VOOC一样,它也使用了低压大电流方案,通过22.5W的快充功率,能够为荣耀10(3400mAh)在73分钟内充满电,效果非常不错。
当然问题还是那个问题,专用充电器,专用充电线,支持的华为与荣耀手机,这三者一个都不能少,导致它的使用范围也很有限。
USB PD(Power Delivery)
PPS(Programmable Power Supply)
还记得前文提到过的USB-IF组织吗?它们在2015年底推出了PD 3.0的规范,这个协议最初是使用在一些轻薄笔记本上,随着智能手机的快速发展,这个协议也逐渐扩展到了支持QC快充的手机上。
PD 3.0跟前面的比起来就生猛多了,由于要给笔记本充电,所以它的电压范围从5V到20V不等,电流大小从1.8A到5A,最高能支持100W的充电,当然这个百瓦功率是专门给笔记本用的,智能手机是完全承受不住的。
但越来越多的智能手机开始支持PD充电,这能最大程度兼容其他的电源适配器,激进一点的如谷歌Pixel手机,包装内附赠的就是18W PD充电器和C to C的充电线。
但是彼时各家混乱的充电协议充斥着市场,一大堆标准搞得人头晕脑胀,因此USB-IF组织在2017年发布了一次针对PD 3.0的重要更新,在其基础上增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply),为快充解决方案提供一个统一的解决方案,同时兼容了高通的QC、联发科的PE、OPPO的VOOC和华为的Super Charge等标准,意味着支持了PD 3.0就能完美支持它们。
快充时代的来临
本以为手机充电功率也就在18W至24W之间徘徊了,但出乎人意料的是手机厂商没有停下自己的脚步,不断地用魔改方案冲击着人们的固有观念,从2018年底开始,华为的Mate 20 Pro用上了40W充电、vivo的iQOO用上了44W充电、OPPO Find X超级闪充版用上了50W充电……
为什么它们能够做到如此夸张的充电功率呢?原因是电荷泵和双电芯技术的发展,一些原本成本颇高的技术如今可以轻轻松松放进手机里,让用户们能体验到半小时充满手机的满足感,也在一定程度上弥补了手机电量捉襟见肘的尴尬局面。
而在5G时代来临后,大家又冲击起了百瓦充电的大门,像是小米、OPPO、Realme和vivo这几个厂商在这几天纷纷推出了自己的120W或者125W充电技术,只需十几分钟就能充满一部手机,去洗漱功夫就充满了,充电速度快得吓人。
但在百瓦快充发展的背后,是越来越高的技术壁垒,如果没有自家的技术,小厂商只能辗转求生,就像一加和魅族,30W的充电功率在今年的旗舰机中格格不入。
至于苹果,虽然在两三年前支持了PD快充,今年也会推出20W的充电头,但在百瓦来临的大潮中确实显得过于落后,它那被偷走的13年里,顽固不化地用着5V 1A,等到醒悟时为时已晚,逆水行舟不进则退,各家安卓厂商努力钻研,早非昔日吴下之阿蒙。
而OPPO、小米抑或是vivo,谁又会是最先商用百瓦快充技术的国产厂商呢?
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