快充進入「讀秒時代」,誰拯救了續航焦慮?

太平洋電腦網 發佈 2024-02-26T21:02:47.678632+00:00

充電,這個為電子設備補能的行為已經成為了人類文明中不可缺少的一個環節,如同「衣食住行」一樣,成為人們的生活、工作的一個下意識動作。

充電,這個為電子設備補能的行為已經成為了人類文明中不可缺少的一個環節,如同「衣食住行」一樣,成為人們的生活、工作的一個下意識動作。從智慧型手機誕生之初的5V 1A充電器到如今的200W超級閃充,充電的魔法到底實現了怎麼樣的飛躍式進化,本期的硬體編年史將為大家帶來關於快速充電的那些事

圖片來源:Ai繪畫 Midjourney

提到充電,就不得不提及充電協議,如果將電池比作一個普通的水杯,而電能就像是水,充電的過程就像是往水杯里倒水。在這個過程中,充電器就像是水龍頭,負責把水(電能)從水管(電源)引入水杯(電池)。而充電協議就像是水龍頭上的旋鈕,可以調整水流大小,控制倒水的速度。不同的充電協議就像是不同性能的水龍頭,可以提供不同速度的充電效果。

圖片來源:Ai繪畫 Midjourney

快速充電技術的基本原理是通過提高充電電壓和電流,以實現較高的充電功率。在保證電池安全的前提下,快充協議通過與設備進行握手,智能調節充電參數。此外,快速充電技術還採用了先進的充電算法,確保在整個充電過程中,充電功率能夠根據電池狀態自適應調整

當前主流的快充協議所使用的充電策略;圖片來源:網絡

當前主流的快速充電協議包括了高通的Quick Charge(QC快充)、USB陣營的Power Delivery(PD快充)、OPPO系的VOOC閃充、華為系的Super Charge Protocol(超級快充)、三星的Adaptive Fast Charging(自適應快充)、小米的ChargeTurbo,與未來的無線快充大趨勢的「Qi」充電。

那麼今天我們主要圍繞高通的QC快充與USB陣營的PD快充為主要介紹對象,原因是其二者具有廣泛的適用性,同時也能兼顧反映了快充的進化史。

QC:Qualcomm Quick Charge技術

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QC快充是由高通所研發,就是我們熟知驍龍處理器的母公司,QC快充通過提高充電電壓和電流,實現更高的充電效率。自發布以來,QC技術已經經歷了多個版本的疊代升級,如QC 1.0、2.0、3.0、4.0和5.0。

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QC 1.0 - 2013年

在2013年左右,智慧型手機市場迅速發展,手機功能和性能不斷提升,導致設備的能耗增加。傳統的充電方式已無法滿足用戶對於充電速度和便利性的需求。為解決這一問題,高通推出了Quick Charge 1.0(QC 1.0)技術。

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該技術可以實現最高5V 2A最高10W的充電功率,採用常見的micro USB接口,同時兼顧了自動限制輸入電流與自動電源檢測的功能,首次搭載在高通600 Soc上,相較於傳統充電技術(當時普及較多的為5V 0.75A或者1A),QC 1.0 實現了近乎翻倍的充電速度提升,但由於剛剛起步,普及程度尚不高。

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QC 2.0 - 2014年11月

在智慧型手機風起雲湧的2014年,快充市場競爭逐漸加劇。除了高通,其他廠商如OPPO、華為等也相繼推出了自家的快充技術。這些技術在市場上形成了競爭格局,這也迫使高通也對QC快充進行了升級更新,在2014年11月推出了QC 2.0。

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QC 2.0相較於QC 1.0,充電效率得到了顯著提升。QC 2.0支持最高18W的充電功率,充電速度比QC 1.0快約75%。QC2.0可以實現5V、9V、12V的可變直流電壓,最大電流也提升至1.67A/2A/3A,為適配更多設備留下了基礎,仍然使用micro USB接口。

支持QC2.0的一款車載充電器;圖片來源

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初代的QC2.0最高可實現18W的充電功率,在後續的更新中也逐漸放開了36W的最高充電功率(12V 3A),同時加入了雙通道充電、HVDCP(High Voltage Dedicated Charging Port)技術,並將適配範圍擴展到高通200/400/600/800系Soc。

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QC3.0 - 2015年

QC 3.0於2015年發布,是高通Quick Charge系列的第三代產品。在此之前,QC 2.0得益於更高的兼容性與實用性已經在市場上取得了一定的成功。然而面對逐漸競爭白熱化的手機快充市場,尤其是面對三星Soc對於快充的猛烈發力,為了進一步滿足市場需求,高通推出了更加先進的QC 3.0技術

QC 3.0首次加入了INOV技術;圖片來源:網絡

QC 3.0相較於QC 2.0, 最大的創新之處在於其電壓調整精度。QC 3.0採用了Intelligent Negotiation for Optimum Voltage(INOV)技術,使得充電電壓能夠實現200mV的動態調整,以實現更高的充電效率。據高通官方數據,QC 3.0比QC 2.0充電速度快約38%,效率提高了14%

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QC 3.0動態支持3.6V—12V(200mV步進)的充電電壓與2A或3A的最大充電電流,最高可實現36W的充電功率,實現了對Type-C接口的支持、兼容micro USB接口時搭載HVDCP+與雙通道充電+技術,國內搭載驍龍820/821 Soc(如小米5)就支持該項技術。

支持QC3.0的一款車載充電器;圖片來源:網絡

QC4.0 - 2016年11月

QC 4.0在充電速度和效率方面相較於QC 3.0有顯著提升,支持最高27W的充電功率,充電時間比QC 3.0縮短約20%。此外,QC 4.0還強化了充電安全性,引入了雙並發獨立電壓和電流調整機制,以及電池溫度監測等安全措施。

支持QC4.0 Type-C的一款充電器;圖片來源:網絡

在規格方面,QC4.0支持的電壓、電流規格為5V/4.7A~5.6A和9V/3A,且升級了INOV技術,將步進電壓調整為20mV,讓充電電壓變動更加絲滑、安全。QC 4.0完全兼容USB Type-C接口,並支持USB Power Delivery(USB PD)標準,進一步拓寬了充電協議的適用範圍,為用戶提供了更加便捷和高效的充電體驗。

知名的高通835 Soc就是內置了QC 4.0;

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QC4.0+ - 2017年12月

在2017高通驍龍技術峰會上,高通發布了QC4+充電器和高通QC4+車充,QC 4.0+在規格上與QC 4.0相似,支持最高27W的充電功率。然而,QC 4.0+在充電過程中進行了更多的優化,包括更智能的熱管理和充電效率調整

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與QC 4.0相同,QC 4.0+也完全兼容USB Type-C接口,並支持USB Power Delivery(USB PD)標準。支持的電壓、電流規格依然為5V/4.7A~5.6A和9V/3A,與QC4.0不同的是,其增加了對QC2.0、QC3.0的支持,提高了該充電協議的兼容性。

知名的高通驍龍855 Soc就使用了

QC4.0+協議;圖片來源:網絡

QC 5.0 - 2020年7月

QC 5.0是一種支持100W+充電功率的快充協議,相較於前代QC4+的28W功率有著顯著提升。QC 5.0的主要優勢包括:充電效率提高70%,5分鐘內能將電池從0%充至50%;安全性提升,可延長電池壽命;溫度較QC4.0降低10度。

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QC 5.0技術原理充分利用了USB PD協議,向下兼容QC2.0至QC4+。相較於前代協議,QC 5.0支持20V以上輸入電壓工作模式、雙充/三充技術(串聯雙/三電芯)、自適應輸入電壓、第四代INOV4算法、Qualcomm Battery Saver電池健康管理以及全新的Qualcomm適配器功率智能識別技術。

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與其他百瓦快充技術(如OPPO/realme的125W、vivo/iQOO的120W和小米的120W)相比,QC 5.0的原理類似,但它是一種通用型的超級閃充方案,理論上可適用於搭載驍龍Soc的手機,並共享充電頭和充電線。

一款使用QC5.0協議的充電器,標註了不同接口的單獨/共享功率;圖片來源:網絡

如今的高通旗艦So

c 8Gen2依然使用QC 5.0

PD:USB Power Delivery協議

在早期的USB 2.0時代,USB充電協議BC1.0允許最大提供5Vx500mA=2.5W的電源輸出。隨著USB 3.0的推出,電流上限增至900mA,從而將最大功率提升到4.5W。到了USB BC1.2協議,最大電流進一步提高至1.5A,使最大功率達到7.5W然而,隨著Type-C接口的普及,7.5W的功率已無法滿足日益增長的需求。因此,USB-IF組織將USB快速充電供電提高到了100W(20V, 5A),催生了USB PD技術。

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USB PD技術的優勢不僅僅體現在更高的充電功率上,還包括更先進的充電技術方向,即可以實現不同設備之間的供電方向切換,如平板電腦與手機之間互相地充電。為更加便捷地充電留下基礎。

PD1.0 - 2012年7月

實際上,PD1.0就是完成了USB BC技術的整合與升級,讓其USB傳輸功率從原有的7.5W提升至100W,輸出電壓最高達到20V,最大電流達到5A。擁有5V/12V/20V的電壓規格可選、1.5A/2A/3A/5A的電流規格可選。在USB用電設備與USB主機連接後,其初始功率為10W,但是通過功率規格選定之後,可以進行傳輸功率轉換,可選的傳輸功率有18W,36W,60W或者100W。

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PD1.0雖然大大提升了USB設備之間的充電速度,但其想要實現真·100W的充電速度還是非常困難的,需要多種條件的組合,實現條件較為苛刻。

PD1.0 - 2012年7月

隨著Type-C接口的推出,USB-IF協會為了能讓這一接口成為未來電子設備的通用主流接口,發布了具有跨越意義的PD2.0,確定了USB Type-C接口作為唯一的標準接口,並為其增添了諸多功能,例如充電、數據傳輸和音頻傳輸等。在充電方面,USB PD 2.0規定支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A和20V5A輸出,最大充電功率可達100W。

圖片來源:網絡

由於Type-C接口帶有天然的專用的通信線(CC(channel configure)線),使其在USB PD協議下,可以電源和負載之間進行角色轉換,進而支持功率雙向傳輸。解決了PD1.0時代USB-A/B接口複雜傳輸的窘境。

Type-C Pin 分布;圖片來源:網絡

同年,QC2.0發布,雖然在充電功率上大不如PD2.0來得迅猛,但當年尚未普及的Type-C接口與沒有那麼大的充電功率需求,讓PD2.0在2014年並未大放異彩,直到2015年蘋果發布了使用PD2.0充電協議的MacBook Pro時才讓世人了解這個基於Type-C所打造的充電協議。

圖片來源:網絡

PD3.0 - 2015年11月

PD3.0相對於PD2.0來說,只是增加了內置的更多安全性協議,在充電功率與核心功能上並沒有實質性的改進,增加了對設備內置電池特性更為詳細的描述;增加了通過PD通信進行設備軟硬體版本識別和軟體更新的功能,以及增加了數字證書及數字簽名功能。但充電規格依然保持了5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A的輸出,向下兼容PD1.0/2.0。

圖片來源:充電頭網

PD3.0 PPS版本 - 2017年2月

QC4.0的發布與各大手機品牌閃充技術的突飛猛進,讓USB-IF嗅到了壓力,同時為了能夠更好地推行PD協議,也為了能讓充電品類早日結束「春秋戰國」的情況,USB-IF對PD3.0進行了不改變名稱的「重大更新」。

圖片來源:充電頭網

在原有的充電規格(最高100W)基礎上加入了PPS(可編程電源功能),PPS規範整合了目前高壓低電流、低壓大電流兩種充電模式,設備可根據電力需求對電源輸出電壓進行精細調節,調幅為 20mV 一檔,它允許設備之間進行更加靈活、高效的快速充電。想像一下,PPS技術就像一位懂得溝通的水龍頭,它可以根據水桶的大小和需求來調整流量,從而使得水桶能夠以最合適的速度填滿;目前其已經實現對高通QC4.0/4.0+、聯發科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、華為SuperCharge等協議進行適配收錄。

PPS所收錄兼容的其他快充協議,圖片來源:網絡

PD3.1 - 2021年6月

USB PD3.1快充協議支持最高48V的電壓輸出,充電功率同步提升至240W。USB PD3.1 規範將原來的 USB PD3.0 內容歸到標準功率範圍(Standard Power Range,簡稱 SPR)裡面,最大功率保持 100W 不變;同時增加了擴展功率範圍(Extended Power Range,簡稱 EPR),最大功率由 100W 擴展到 240W。在 EPR 中,新增了 28V、36V 和 48V 三種固定電壓擋和三種可調電壓擋(Adjustable Voltage Supply,簡稱 AVS)。

PD3.1可以為大功率電動設備進行供電;圖片來源:網絡

在 USB PD3.1 標準下,USB Type-C 線纜分 20V 等級的普通線纜和 50V 等級的 EPR 線纜兩種規格。值得注意的是,USB PD3.1 規範的制定中,華為、小米、立訊精密、慧能泰等多家國內公司都積極參與其中,為新標準做出了重要貢獻,被寫入標準起草企業目錄。

某品牌的240W Type-C PD3.1協議快充線,比100W版本貴40%左右

一款支持PD3.1協議,最高單接口140W功率的充電器;圖片來源:網絡

• 總結

在過去的十年裡,我們見證了智能設備的飛速發展。令人驚嘆的是,這十年間,充電功率從最初的5W迅速提升至今天驚人的200W。這一巨大飛躍使得手機從過去需要幾個小時才能充滿電,到現在僅需15分鐘即可達到滿電狀態

Ai筆下未來炫酷的無線充電

隨著歐洲立法對Type-C接口的有力支持,在未來蘋果設備也將全面轉向Type-C接口,在一個完全Type-C時代下,我們可以期待設備間的充電過程變得更加便捷,無論是手機、平板還是筆記本電腦,都將得到更為簡化和高效的充電體驗。

END

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