快速充電主流技術(shù)及解決方案盤(pán)點(diǎn)

隨著科技不斷的發(fā)展，終端設(shè)備的不斷更新迭代，支持快速充電技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越多，現(xiàn)在無(wú)論是智能手機(jī)還是智能手表，還是平板電腦、電子書(shū)閱讀器等，如果不支持快速充電技術(shù)已經(jīng)不好意思說(shuō)自己屬于這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代了。

這不iPhone 7 據(jù)傳會(huì)或支持快速充電，用戶在Twitter上曝光了iPhone 7的電源管理芯片圖片，與iPhone 6s的電源管理新品對(duì)比，這個(gè)芯片多了一個(gè)部件，這說(shuō)明iPhone 7 可能有新的功能，有可能會(huì)支持快速充電。早前的傳言稱，iPhone 7會(huì)通過(guò)“Type-C 連接電腦，Ligntning 連接手機(jī)”的方式實(shí)現(xiàn)快速充電。新的傳言是，iPhone7可能支持5V/2A快速充電。

一、什么是快速充電

快速充電三要素是充電器、電池、charge IC， 是能在1～5h內(nèi)使蓄電池達(dá)到或接近完全充電狀態(tài)的一種充電方法。常用于牽引用蓄電池需要在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)完全充電狀態(tài)時(shí)的充電。

快速充電技術(shù)是有著不同分支的，目前的充電標(biāo)準(zhǔn)一共分為下面幾種：USB標(biāo)準(zhǔn)、蘋(píng)果標(biāo)準(zhǔn)、高通標(biāo)準(zhǔn)、MTK標(biāo)準(zhǔn)。

1、USB標(biāo)準(zhǔn)又分為：

USB 1.0、2.0：5V/500mA；

USB 3.0：5V/900mA；

USB Battery Charge 1.2（BC1.2）：5V/500mA、5V/1.5A；

USB Type-C：5V/500mA、5V/900mA、5V/1.5A、5V/3A；

USB Power Delivery 2 v1.1：5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、12V/5A、20V/3A、20V/5A；

USB Type-C接口的充電器可以為手機(jī)提供15W（5V/3A）的充電功率

2、蘋(píng)果標(biāo)準(zhǔn)

蘋(píng)果的iOS設(shè)備接口基于USB，接口電源的規(guī)格比較簡(jiǎn)單，分為5V/1A、5V/2.1A兩種，都是通過(guò)在充電器的D+和D-配置不同的識(shí)別電阻進(jìn)行識(shí)別。

5V/1A：iPhone、iPod Touch都使用5V/1A的充電規(guī)格，充電使用；

5V/2.1A，提供給iPad、iPhone帶Plus充電使用；

相對(duì)來(lái)說(shuō)蘋(píng)果iPhone的電池容量小，充電技術(shù)也比較單一，需求方面暫時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)什么問(wèn)題，iPad電池容量大，5V/2.1A的充電規(guī)格出現(xiàn)得比較早。

3、高通標(biāo)準(zhǔn)

高通在的Quick Charge 3.0（QC3.0），比起還沒(méi)全面普及的QC2.0技術(shù) 提升了27%的充電速度，減少功率損耗45%。高通快速充電使用的是提高電壓的方式來(lái)減少線損，高通到目前一共有三代快速充電技術(shù)，分別是：

高通QC1.0：輸出規(guī)格5V/2A，基本都是驍龍600平臺(tái)；

高通QC2.0：輸出規(guī)格5V/9V/12V三檔，最大電流3A，也就是目前使用最廣泛的一種快速充電技術(shù)；支持的平臺(tái)包括了驍龍200/400 /410/615/800/801/805/810，另外也授權(quán)給其他廠商使用，例如三星的快速充電技術(shù)、Intel的Boost Master快速充電技術(shù)其實(shí)也屬于高通QC2.0；；

高通QC3.0：使用了被稱為最佳電壓智能協(xié)商（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage，INOV）的算法，支持3.6V到20V的工作電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以200mV為步進(jìn)。兼容的平臺(tái)包括了高通驍龍820、620、618、 617和430，并且向下兼容QC2.0和QC1.0的設(shè)備，可以使用在USB Type-A接口、USB micro接口和USB Type-C接口上。

　4、MTK的Pump Express快充技術(shù)

MTK的MTP Pump Express快充技術(shù)分為兩種，一種帶Plus一種不帶Plus，帶Plus的可以支持到9V/12V，從規(guī)格來(lái)看，普通的Pump Express支持前者，充電電流不超過(guò)2A，而支持Pump Express Plus的產(chǎn)品則可以達(dá)到12V/3A，這一類(lèi)產(chǎn)品目前市面上比較少，魅族的移動(dòng)電源和魅族支持mCharge的手機(jī)屬于這一類(lèi)產(chǎn)品。

除了以上4種使用廣泛的快速充電技術(shù)，另外還有一種叫VOOC的閃充技術(shù)，來(lái)自于OPPO，就是經(jīng)常聽(tīng)到的“充電5分鐘，通話兩小時(shí)”這句廣告語(yǔ)所使用的充電技術(shù)。OPPO使用的做法是采用了高達(dá)4.5A的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，配合8觸點(diǎn)電池和7Pin的USB接口，增加傳輸?shù)挠|點(diǎn)數(shù)量有利于減少接觸損耗，本來(lái)Micro USB接口只有寥寥幾個(gè)Pin無(wú)法承受大電流也得到改善，這也屬于快速充電的一種，但不屬于平臺(tái)化的產(chǎn)品，并沒(méi)有普及。

以上介紹的都是市面上存在的快速充電技術(shù)，各家都基于USB接口，但兼容性上又有所差異，使用USB Type-C接口一類(lèi)的新手機(jī)幾乎都必須使用原配的充電器才能進(jìn)行快速充電，由于接口方面的因素，第三方適配的產(chǎn)品很少。

高通QC技術(shù)的手機(jī)必須使用支持高通QC技術(shù)的充電器才可以實(shí)現(xiàn)快充。

MTK的PE支持的產(chǎn)品則比較少，只有魅族和聯(lián)想的少量MTK機(jī)型支持，也必須搭配自家的充電器或者是移動(dòng)電源才能實(shí)現(xiàn)。

二、快速充電解決方案詳解

隨著手機(jī)的屏幕越來(lái)越大，處理器的性能越來(lái)越強(qiáng)并升級(jí)多核。為保證續(xù)航，手機(jī)的電池容量也變大，這樣造成充電時(shí)間不可避免的變長(zhǎng)。如何縮短充電時(shí)間已成為手機(jī)應(yīng)用及更多移動(dòng)終端設(shè)備的一大瓶頸。相繼出現(xiàn)基于不同廠商的快速充電解決方案，能夠短暫的時(shí)間內(nèi)有效提升充電效率。

1、安森美快速充電解決方案

（1）方案框圖

圖示 On Semi方案框圖

（2）方案特點(diǎn)

·通過(guò)頻率反走和跳周期模式，減少待機(jī)功耗

·可通過(guò)光耦觸發(fā)低功耗關(guān)閉模式

·無(wú)損過(guò)功率補(bǔ)償

·基于定時(shí)器的過(guò)功率保護(hù)

·輸出短路保護(hù)

·動(dòng)態(tài)自供電的高壓?jiǎn)?dòng)

·欠壓監(jiān)測(cè)功能

·有源 X2 電容放電

·嚴(yán)重故障時(shí)閂鎖

·自動(dòng)恢復(fù)或閂鎖選擇的過(guò)流保護(hù)

·空載待機(jī)能耗<30 mW

·可調(diào)功率過(guò)載保護(hù)

　2、基于FAN501的快速充電解決方案

（1）方案框圖

Fairchild方案框圖

（2）方案特點(diǎn)

·輸出短路保護(hù)

·毫瓦節(jié)省技術(shù)提供超低的待機(jī)功耗，很容易滿足“能源之星 V5.0”

·恒壓控制時(shí)，根據(jù)輸入電壓，有兩段固定的 PWM 工作頻率 140kHz/85kHz

·高壓?jiǎn)?dòng)

·斷續(xù)和連續(xù)工作模式實(shí)現(xiàn)恒流控制，無(wú)需次級(jí)反饋電路

·在連續(xù)工作模式有較高的功率密度和轉(zhuǎn)換效率

·調(diào)頻減少 EMI 噪聲

　3、基于TI控制器的快速充電解決方案

（1）方案框圖

TI方案框圖

（2）方案特點(diǎn)

·少于10mW 無(wú)負(fù)載功耗能力

·針對(duì)恒定電壓 （CV） 的光耦合反饋，和針對(duì)恒定電流 （CC） 的初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) （PSR）

·在線路和負(fù)載上實(shí)現(xiàn) ±1% 電壓調(diào)節(jié)和 ±5% 電流調(diào)節(jié)

·700V 啟動(dòng)開(kāi)關(guān)

·100kHz 最大開(kāi)關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)高功率密度充電器設(shè)計(jì)

·針對(duì)最高總體效率的諧振環(huán)谷值開(kāi)關(guān)運(yùn)行

·簡(jiǎn)化電磁干擾 （EMI） 兼容性的頻率抖動(dòng)

·針對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （MOSFET） 的已鉗制柵極驅(qū)動(dòng)輸出

·過(guò)壓、低線路和過(guò)流保護(hù)功能

4、基于Microchip產(chǎn)品的車(chē)載USB快速充電解決方案

2016年8月11日，大聯(lián)大控股宣布其旗下品佳推出基于Microchip的UCS100X的車(chē)載快速充電解決方案。

圖示1 基于Microchip的UCS100X的車(chē)載快速充電解決方案系統(tǒng)框架圖

雖然USB端口如今可用作充電電源，但許多便攜式設(shè)備因有著獨(dú)特的充電要求而達(dá)不到充電標(biāo)準(zhǔn)，甚至無(wú)法充電。Microchip的UCS100X具有充電仿真功能的USB端口電源控制器。當(dāng)便攜式設(shè)備插入U(xiǎn)SB端口時(shí)，UCS100X器件會(huì)自動(dòng)循環(huán)遍歷9個(gè)預(yù)裝載的充電仿真配置文件，直至充電開(kāi)始。這些內(nèi)嵌的配置文件與BC1.2 CDP、DCP、YD/T-1591以及大多數(shù)Apple®和RIM®便攜式設(shè)備、電子書(shū)閱讀器及許多平板電腦兼容。UCS1001/1002/1003器件不僅支持符合USB 2.0規(guī)范的數(shù)據(jù)交換，還提供一個(gè)USB端口電源開(kāi)關(guān)，能持續(xù)輸出最高2.5A的電流。

圖示2 基于Microchip的UCS100X的車(chē)載快速充電解決方案系統(tǒng)框架圖

圖示3基于Microchip的UCS100X的車(chē)載快速充電解決方案規(guī)格說(shuō)明

該方案除可應(yīng)用在車(chē)載USB充電之外，還可以應(yīng)用在平板電腦、電子書(shū)閱讀器、臺(tái)式機(jī)、移動(dòng)PC、打印機(jī)和數(shù)字TV等領(lǐng)域。