快速充电成智能手机刚需 2016年能否突破障碍得以爆发？
在手机市场几近饱和之际，各大手机品牌的竞争也更加细化，一些微创新技术的应用，为智能手机市场增添了新的活力，快速充电正是众多微创新中的一项。更为重要的是，在智能手机“机不离手”时代，智能手机电能的消耗速度极快，致使移动电源几乎成为出门的必备品，因此，提高智能手机的续航能力迫不及待。要提高智能手机的续航能力，从目前来看，有以下几种方式可解决：一是提供容量更大的电池，不过，对于当前智能手机而言，电池容量能够达到4000mA以上很少;二是依据快速充电技术提高智能手机充电的效率;三是在大容量电池与快速充电技术强强联手;四是柔性电池(从长远角度来看)。
当然，仅从当前来看，大容量电池与快速充电技术两者结合的方案无疑是最佳选择。毫无疑问，快速充电的诞生，已经成为市场的刚需。但是，虽然在2015年中，快速充电在智能手机市场已经得到了一定的应用，不少的手机已经支持了快速充电方案，然而，从整个手机市场来看，支持快速充电的手机还是只在少数，并未得到广泛的应用，那么，快速充电发展至2016年，其又能否有望爆发呢?
近来，EEVIA在深圳举办“2016中国ICT媒体论坛和产业和技术展望研讨会”，在此次会上，电源转换IC领域的全球领导者Power Integrations高级应用工程师、实验室经理Jason Yan对快速充电在2016年的发展趋势提出了他的看法，此外，其还介绍了Power Integrations最新一代恒功率、高效率InnoSwitch-CP系列恒压/恒流离线反激式开关IC产品。
Power Integrations 电源IC产品线
据Jason Yan介绍，电源自线性降压式发展至今，在体积方面做的越来越小，快速充电已经成为当前的先锋。他表示：“快速充电发展十分迅速，主要体现在三个方面，一是充电器与所连接的负载进行通讯，调整充电器输出以达到对电池快速充电的目的，此时电源必须能够做出反应来动态改变输出电压/电流限值，其次充电器输出电压的升高允许通过电缆输出更多的电能，同时还不增加电缆上的电能损耗，此外，充电速度将变得更快、损耗将降低。”
Power Integrations高级应用工程师、实验室经理Jason Yan
在快速充电过程中，充电器同样十分重要，只有充电器与智能手机终端均支持快速充电的情况下，快速充电才能得以应用。对于充电器的重要性，Jason Yan强调：“充电器在以前的充电过程当中只需人为的提供一个电压、电流就好了，充电器提供多少功率就实现多少消耗，然后对电池充电。现在随着快速充电的要求，现在要做到一个目的，实现手机跟充电器的双向通讯，这种通讯的目的是为了能够尽快增加电池充电的效果。我们看到电源必须对来的指令有一个反应，改变它的输出电压、输出电流。这种电压、电流的改变能够对手机电池实现快速充电。”
据了解，对于快速充电而言，目前达到这种目的的方式主要三种，众所周知，功率等于电压乘以电流，因此，第一种方式是在电流不变的情况下提高电压，首先通过充电器会将220V的电压降到5V，因为USB充电器的输出电压标准就是5V，然后再降到4.2V或其他档位，而此时如果继续加大电压的话，则会导致充电器和智能手机发热，同时功耗越大还将对电池造成损害。第二种方式是电压不变的情况下提高电流，然后通过并联电路进行分流，此时每个电路所承受的电压将降低。第三种方式则同时提高电压与电流，此时由于电压提高，势必将产生更多的电能，在此过程中所消耗的能量也将增大，当然，电压与电流的提高并非无限制的，USB充电器接口、数据线及电源必须相互匹配才能达到快速充电的效果。
在此值得一提的是支持高通最新快速充电协议QC3.0的Verus Peripheral WC20Q3 WWBLK充电器，其输出电压范围的一个档位为3.6V~6.5V，此时电流为3A，另外两个档位分别为6.5V~9V/2A、9V~12V/1.5A，该充电器就是采用了Power Integrations的方案。而QC 3.0快速充电协议允许充电器200mV阶跃电压增量，而不是QC 2.0的5/9/12V的阶跃，更为重要的是，QC 3.0的主要是可以优化手机内部的DC/CD效率，不但消除了QC2.0中固有的会在电压切换时造成的手机发热问题，此外，QC 3.0还通过移除手机DC/CD转换器可以简化无线充电器的架构，这对于快速充电器的设计研发而言其意义不言而喻。
Verus Peripheral WC20Q3 WWBLK充电器
此外，快速充电器端和智能手机端进行通讯是实现快速充电的基本因素，即上文中提到的双向通讯。在此过程中必不可少的是通讯协议，协议不同接口会有所差异，针对不同的协议接口，Power Integrations有不同的解决方法。那么，怎样的通讯协议才能实现双向通讯呢?
对此，Jason Yan给出的答案是交流变直流的充电器电源，他表示：“这个电源输出，我们在旧有的的充电器当中，以前的旧充电器电压永远是5伏，经过这个负载线、USB线连接到手机当中去。这边有不同的连接接口，所以我们有不同的方法，在USB的电缆当中，我们的指令是通过数据线传输的。这根数据线有一个通讯协议，通过D+、D-的方式传送信号，这种方式我们最早见到的是QC 2.0，还可以从9伏跳到后面这种，还有可能跳到20伏。”
“D+、D-之外还有V+、V-，还有输出电压和电流的变化，我们可以发出指令，电流可以发几个脉冲，可以看到输出电压是抬高还是降低，这也可以实现输出电压的控制，只不过这个控制不是QC 2.0的D+、D-，而是母线的控制，包括之前我们看到PD+(音)的协议，现在看来这种协议不能再扩散了。现在协议市场，各家都在做自己的协议，三星有自己的，华为也在出自己的通讯标准，现在还没有完全统一下来，因此比较混乱。最后PD协议将引入，因为这是相对更完善的协议，但是有一些厂家为了保护自己的知识产权可能会开自己的通讯协议。”Jason Yan解释道。
对于上文提到的QC 3.0，Jason Yan表示，现在最新出的通信协议叫做QC3.0，这并不是一个5、9、12三个台阶的电压，它是可以连续变化的电压，从6V-12V是连续变化的电压。QC2.0的时候，手机充电真正变化并不是利用充电器的横流进行控制，手机内部有DC电源，把你输入的电压变成可充电电压，随着慢慢充饱，数字电压慢慢升高，最后会百分之百的充满。手机内部的DC/CD的效率跟手机发热是相关的，如果效率不高，充电时候则会导致手机发热。9V和12V输出的电压可能效率不高，随着能量慢慢充饱，电压慢慢往上走，这样DC/DC永远维持比较小的压差，这个对手机发热有很大的帮助作用。在无线充电方案当中，如果DC/DC用这种方案来做，可以用QC 3.0的方式。
他还强调：“功率方面，如果是QC 2.0，输出充电的时候可以看到12V功率比较大，12V/1.5可以充到18瓦，随着电压慢慢走，功率不到18瓦。而QC3.0是连续变化的，从这条线走到这边，电压下降的情况电流在增大，电压改变的时候这个电流在减少，所以我们始终保证输出电流18瓦，相对QC2.0，QC3.0可以输出更大的功率。所以从快充效果来看，用3.0比2.0充的速度更快。相对QC2.0来说，QC3.0会使手机充电的时候发热降低。我们从6V可以两个档位的逐档跳到12V，我们的InnoSwitch可以满足这样的特性要求。”
最后，Jason Yan还讲述了快速充电器在设计过程中面临的挑战，首先，设计通常需要非常高的功劳密度，大多数设计需要能放入现有外壳(旧的单路输出设计)中，且元件数目少，需要达到高效率以满足温升需求;其次，变压器必须经过优化以满足各输出电压的效率规范，输出电压可根据不同的通信协议进行调整;其三，兼容不同的协议，QC 2.0、QC 3.0以及许多其他客户自定义的协议需要能够兼容;其四，可靠的控制机制，要求具备全面的保护功能，此外输出电压还需要能够平滑切换。
整体而言，快速充电相关技术已经得到了成熟的发展，且在商用过程中也得到了不错的口碑，遗憾的是，目前快速充电的普及率尚且还不乐观。不过，随着智能手机市场竞争日趋白热化，快速充电无疑已经成为市场竞争点，与此同时，推出快速充电方案的企业也逐渐增多，如iPhone也正在研发该技术，并有望在下一代iPhone手机中商用。当然，也有一些企业持“先观察一下”的保守态度，在此次会议上，一家方案公司负责人就曾称，对于快速充电，其还将观察一段时间，有可能也将进军该领域。毫无疑问的是，在2016年中，将会有更多支持快速充电的智能手机面市，至于快速充电能否在2016年爆发，个人觉得应持保守态度!(责编：王琼芳)
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