小米与OPPO,谁能终结手机充电大战?
2022-03-08
来源:我的极刻
快充、闪充、超级闪充,眼花缭乱的名词,一次又一次突破极限的充电速度,这几年手机厂家在快充领域的进步令人欣喜。
事实上,最近几年安卓手机配置竞赛一直在持续,从摄像头、屏幕刷新率、电池容量到手机充电功率,手机厂家们想方设法在配置参数上“高人一等”。在快充领域,小米、OPPO、vivo、华为、一加,主流安卓厂商几乎悉数到场。
45W、60W、120W、200W、240W,充电功率不断被刷新纪录。以前需要一两个小时才能充满电的手机,现在只需不到 10 分钟就能充满。面对不断攀升的充电功率,不禁让人发出疑问:“这场充电功率大战的尽头究竟在哪”?
充电技术哪家强?
手机充电功率的历史,避不开功能机。在那个数据线与充电线尚未合二为一的年代,USB 数据线还在采用 USB 2.0 协议,默认电流为 100mA,最大能提供 500mA 电流。那时候比较流行的诺基亚充电器,输出电压为 3.7V,最大电流 355mA,输出功率仅为 1.3W。不过当时人们也不关心充电功率,毕竟功能机性能单一,充一次电可以用好几天。
等到乔布斯携 iPhone 而来,随着屏幕增大、电池容量增多,电池充电功率也随之提升到 5W,也就是很多小伙伴熟悉的“五福一安”。
别看后来“五福一安”充电功率饱受嘲讽,刚推出之时也是妥妥的前沿技术。自 5W 充电功率出现以后,很长一段时间都没有新的技术出现,除了电流从 1 安上升到 1.5A 、2A,充电技术几乎停滞不前。
直到 OPPO VOOC 闪充技术的出现,一下子将闪充功率提高到 20W。与当时主流高压快充方案不同,OPPO 采用的是低压快充方式,将电流直接提高到 4.5A,重新设计电池系统、线材、接口与 MCU 智能芯片。从技术难度上看,OPPO 第一代闪充并不难,关键在于此前从未有一家手机厂商如此重视充电功率。不得不说,是 OPPO 拉开了这场“功率大战”序幕。
2014 年,OPPO Find 7 发布,20W 快充正式与手机用户见面。之后,研发实力强大的华为迅速跟进,在 2016 年完成 22.5W 充电器设计。2017 年,魅族 55 W快充技术,2018 年,OPPO 快充达到了 50W;2019 年,小米无线快充来到当年最快的 30W。
经历了长达五六年的停滞之后,为何快充在短短几年之内飞速发展。其实,这不得不提快充的基本原理。智能手机全都使用锂离子电池,普通 5V/1A 充电器充满需要 2 小时左右。从物理学上提高充电功率有三种方式:第一种电流恒定、增大电压,这种方式会导致充电器与手机发热,从而损害电池。多年来,人们认为快充伤电池,主要由高压低电流方式造成的固有印象。
第二种方式为电压恒定、增大电流,通过增加多条并联电路,提高电流总和值。OPPO 初代快充技术就采用这种方式,通过设计电路分流,每个模块承担的功率并不大,可以很好地避免手机发热发烫。
第三种方式为同时增大电压与电流,将前两种技术结合,进一步提升电池充电功率。以 OPPO 刚刚在 MWC 上发布的 240W 快充技术为例,最高支持 24V/10A 充电,电压与电流都非常高。
无论是小米还是 OPPO,乃至华为、vivo,其快充核心方向都离不开以上三种思路。在功率竞赛中,最终纷纷选择第三种思路。那么,如何在保持大电压、大电流同时,充电器与手机可以保持稳定工作呢?这就涉及到充电协议、电荷泵、接口和线缆等等。
谁在决定快充上限?
在快充技术发展过程中,快充协议一直是灵魂。手机平台有高通的 QC 协议,联发科的 PE 协议,协议联盟有 PD 协议,ufcs 协议。甚至手机品牌也有自己的协议,比如小米的 CC 协议,华为的 SCP 协议,以及 OPPO 的 VOOC 协议。
这些五花八门的快充协议,大多需要厂家专门配备专属充电器材,别家的充电器无法快速充电。唯一的例外是USB-PD 快充协议,它兼容了其他快充标准,高通QC3.0 与4.0 ,华为的 SCP 与 FCP , MTK 的 PE3.0 与 PE2.0 ,还有 OPPO 的 VOOC 都可以使用 USB-PD。
同时,USB-PD 协议支持高压低电流与低压高电流两种模式。加上 Android P 中已经将 USB-PD 协议划为手机必须要支持的一项充电标准, USB-PD 协议一统天下的格局已经形成。
未来,无论哪家安卓手机品牌,都需要支持 USB-PD 协议。作为目前的主流协议,USB-PD 协议规定最高支持 240W 充电功率,超过就无法支持。可以说,USB-PD 协议决定了充电功率的上限。接下来,如果有厂商想要突破 240W,必须先等充电协议更新到新一代版本。
充电协议决定了功率的上限,而影响充电速度的因素还有很多。大功率充电,通常指的是峰值功率,并不能代表充电过程中可以一直以该功率充电。
以小米去年发布的 200W 快充为例,采用了 3 颗并联式电荷泵,减低热量;软件上采用多级递变的电流算法,随温度控制电流大小,以保证温度不会过高,做到速率、安全两不误;此外,手机还有专门散热的石墨片,接口与线缆也做了特别处理,以便降低阻抗和发热。综合一套下来,才有了今天的 200W 充电功率。
快充竞争,不只是高功率
从快充原理、快充协议到各品牌的研发思路可以看出,单纯研发快充方案并不难,除了小米、OPPO 等手机厂商,市场上存在无数种快充方案。
以苏州的英诺赛科为例,这家公司知名度不高,可它在去年 11 月展示了 All GaN 解决方案,拥有 65W 到 240W 全系列充电功率。其中140W 方案可支持 28V/5A 输出,采用无桥 PFC+ACF 架构,大小与传统 65W 快充尺寸相当;240W方案采用 Totem pole 无桥 PFC+LLC 设计,尺寸仅为一张银行卡大小。
由此可见,所谓的快充高功率,其实并没有太大设计难度,240W 快充可以轻松实现。之所以没有大批厂商跟进,关键在于散热与手机电池寿命。快充技术的发展方向并不只有高功率,高寿命也是方向之一。
小米在设计 200W 快充的时候已经在考虑循环次数,通过工程师的不懈努力,最终实现 800 次循环电池容量不低于 80%。如此数据,比国家标准整整高出一倍。与此同时,OPPO 也看到电池循环次数的重要性。在刚刚闭幕的 MWC 大会上,OPPO 还推出了 150W 长寿命快充方案,可实现 1600 次循环电池容量不低于 80%。
在保证超高充电功率同时,电池寿命达到行业最高标准,OPPO 150W 长寿命快充方案彻底解决了手机用户的焦虑。在快充协议没有继续进步的时代,150W 充电功率与 1600 次充电循环就是最好的解决方案。当然,我们还可以期盼一下 240W 充电功率搭配更高的充电循环次数。这,或许就得看小米、OPPO 等手机厂商的发挥了。