快充协议互博 低压高电流模式或性能居上

来源:华强电子网 作者:邓文标 时间:2016-04-01 09:37

快充 Oppo MTK 高通

  要实现快充,就要实现充电器端和手机进行双向通讯,这就涉及到通讯协议,什么样的协议来沟通这些信息?Power Integration高级应用工程师阎金光告诉记者,这就是交流变直流的过程,经过负载线、USB线连接到手机,其中涉及到不同的连接接口,所以有不同的方法,在USB的电缆当中,指令是通过数据线传输。这根数据线有一个通讯协议,通过D+、D-的方式传送信号,这种方式在市场最早见到的是QC 2.0。

  阎金光进一步称,D+、D-之外还有V+、V-,还有输出电压和电流的变化,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。

Power Integration高级应用工程师阎金光

  德州仪器(TI)电池管理产品大中国区市场和应用部门经理文司华告诉记者,TI的快充bq2589x系列产品中,bq25890可以支持微型USB接口D+/D-通讯信号,而bq25890和bq25892则可支持VBUS。

德州仪器(TI)电池管理产品大中国区市场和应用部门经理文司华

  而以高通为主导推出最新QC 3.0协议的电压是可以连续变化,从6V-12V是连续变化的电压区间。根据QC2.0协议,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,通过协议的数字转换,把输入的电压变成可充电电压。

  基于快充的通讯协议,具体效能就体现在适配器中。Qualcomm Technologies资深产品市场经理钟建鹏告诉记者,一般的适配器会先将220V电压降至低压的直流电压,这个低压可以是5V,也可以是9V或12V。快速充电技术的一个基本要素,就是要求电压的范围会更宽一些;以往适配器通常是5V输出,即220V降到5V,现在的适配器能力更加强大,可以支持电压在一定范围内输出。支持Qualcomm Quich Charge技术的适配器一般都具备在5V、9V和12V三个电压值上输出电流的能力,Quich Charge 3.0技术进一步发展,要求适配器的输出电压从5V到12V之间每隔200mV为一个台阶,能够灵活设定。也就说,支持Quick Charge 3.0的适配器在输出电压上的可控性更强,从而实现对手机和适配器充电效率的提升。

  联发科告诉记者,MTK Pump Express Plus 2.0 的适配器可以把 220V 可以降到 5V-20V, 每 0.5V / step,中间可以多档设计,根据锂电池的容量在不同的时间段设置不同的电压来达到快速充电的目的;Pump Express Plus 2.0 由独特的 cable 阻抗测量功能, 能有效保护 cable 过热的状况,而发热问题可以透过dynamically调整 VBUS 来改善,但是真正要完全解决发热则要透过低压高电流模式。

Qualcomm Technologies资深产品市场经理钟建鹏

  而以低压高电流技术模式的OPPO,根据自主研发推出协议性能明显。OPPO高级工程师告诉记者,VOOC闪充采用了5V的“低压快充”解决方案,其它快充技术使用的是9-12V的“高压快充”解决方案,而锂电池工作时的典型电压电压为3.7V,充满电时电压约为4.2V。VOOC闪充使用的5V充电电压,更接近锂离子电池的耐受电压。

  普通充电方式以及高压快充方式,在整个充电环节中都存在两次降压环节。一次是适配器端,220V降压到5V(高压快充为9V或者12V),另一次是在手机端,手机内降压电路将5V降压到4.2V(根据电池情况动态降压)。降压过程就是一次能量转换过程,每次转换都不可能百分之百完成,所以造成了充电器端和手机端的发热现象。该工程师表示,VOOC闪充充电时,手机端温升控制非常好,这个是低压VOOC闪充的天生优势,并且随着后续把充电功率做的越大,这种优势会越发明显。通过VOOC闪充,在适配器端直接将充电电流转换成可以给电池充电的电流,整个充电过程只进行了一次电压的转换,所以使用VOOC闪充给手机充电时,手机端温升控制非常好,可以长时间处于闪充状态给手机充电。

  “适配器内部的DC/DC的效率跟手机发热是相关的,如果效率不高,充电的手机温度比较高。以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,这会使手机充电的时候发热降低。”阎金光如是说。

  钟建鹏告诉记者,快充技术本身实际上就是要把一个更高的功率从适配器传送到电池里面去,当功率提高了,那充电的速度就变快了,然而功率所过之处就会产生热,因为每一个环节都会有效率的损失,效率的损失就转变成了热,所以任何一种快充技术都会面对发热的挑战,这并不是因为适配器输出电压过高而导致的,这是功率传送所产生的必然问题。

  Qualcomm Quick Charge3.0解决这一问题的方式有两点,一点是提升主板侧的充电电路的运行效率,从以前的80%多提升到现在的90%多;另外是我们提供一个叫做并行充电的技术,将以前的单个充电电路一分为二,让它们并行工作,这样的好处就是能把发热点在平面上分开开,它们之间有一个空间上的距离,不会导致一个单一发热点过热,并且每一路的充电电流,因为不是最高峰值,它们的效率也会保持在一个比较好的状况下。总结来讲,我们解决发热问题主要就是这两个方案,一个是提高电路的工作效率,另一个是引入并行充电的一套电路机制。

  钟建鹏进一步称,现在市面上USB线和连接器的限值都不足以支撑更高的电流,所以高通选择通过提高电压的方式提升整体功率,由于低电压高电流的快充方案需要配备专门的连接线,并且需要对手机的连接器做相应增强。

  阎金光表示认同,称低电压高电流的方式,可以快速达到较大的充电功率,但这种方式带来一些问题,接头要特殊定制,包括线质量非常好,不然损耗非常大,手机端的接头都是特别定制的,同时成本比较高。

  OPPO工程师告诉记者,VOOC闪充技术确实需要在定制的适配器和电池搭配下使用,虽然目前OPPO是独家,但VOOC闪充带来的充电效果却是显而易见的。OPPO定制了专门的适配器、电池、数据线、电路、接口,并首次在适配器中加入MCU智能芯片,这也就让VOOC闪充使用的适配器成为首个可以升级的智能充电器。因为是全端定制,所以成本会比普通充电方案要高,目前VOOC闪充仅搭载在售价超过2000元的手机上。

表1:OPPO VOOC闪充与普通充电对比

  “充电5分钟,通话两小时”应该是在当前手机快充市场影响最深的广告语,不单是让OPPO VOOC闪充技术大放异彩,更是带动了快充手机的市场。而除OPPO外,金立发布M5时,对外宣称“充电5分钟,最长可通话2.5小时;乐视乐1s发布时,号称“充电5分钟,通话3.5小时”;360奇酷手机发布时,对外声称“充电10分钟可以实现通话4小时”。OPPO高级工程师告诉记者,目前市场化应用的VOOC闪充,充电速度比普通充电器快4倍;以3000mAh电池为例,充电30分钟可以充满75%的电量,在实验条件下,充电5分钟,可以支持通话2小时。

  “Quick Charge 3.0跟Quick Charge 2.0相比,功耗降低了高达38%,因为Quick Charge 3.0可以降低芯片和手机整体在快速充电时的发热程度,我认为更好的说明方式是,分别比较使用了Quick Charge 3.0、2.0和1.0技术的同一OEM厂商的手机产品的实际参数和充电速度,这可能更能说明问题”钟建鹏表示,30分钟可以充满电池的多少电量,这与电池容量本身有极其密切关系,充电5分钟的理想通话时间与手机采用的芯片和整体设计都有密切关系,每款手机芯片的功耗不一样,设计也不一样,得到的结果也就不同;宽泛地来说,Quick Charge 3.0能在大约35分钟内将一部典型的手机从零电量充电至80%。(责编:水一)



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