快速手機(jī)充電器的原理是什么 |
充電器廠家曾做過一個(gè)調(diào)查報(bào)告,稱有 90% 以上的人會(huì)因?yàn)槭謾C(jī)沒電感到焦慮,有 41% 的人會(huì)在手機(jī)低電量時(shí)錯(cuò)過重要電話,而 17% 的男性則很容易因?yàn)槭謾C(jī)沒電而失約——這種現(xiàn)象被稱為‘低電量焦慮癥’。 (充電器廠家關(guān)于‘低電量焦慮癥’報(bào)告,圖片???源:Dailymail) 隨著手機(jī)搭載越來越多的重要功能,手機(jī)斷電也成了一件******煩。在兼顧手機(jī)輕薄的同時(shí),要減緩現(xiàn)代人的‘低電量焦慮癥’,那就只能盡量提高手機(jī)的充電速度了——‘快速充電器’(簡(jiǎn)稱‘快充’)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 包括 2017 年的三款新 iPhone 在內(nèi),主流智能手機(jī)充電器或多或少都兼具了‘快充’功能。‘快充’到底是怎么一回事,怎樣才能讓手機(jī)充電充得更快呢? 手機(jī)充電器的原理是什么? 1991 年,索尼和旭化成公司聯(lián)合發(fā)布了首款商用鋰電池,從此,鋰電池開始被廣泛用于數(shù)碼 3C 產(chǎn)品當(dāng)中,手機(jī)自然也不例外。愛范兒(微信號(hào):ifanr)曾在之前的文章中提及過鋰電池的工作原理: 鋰電池分為正極和負(fù)極,正極是鋰化合物,負(fù)極主要采用石墨材料,均浸泡在電解液當(dāng)中。 無論是放電還是充電,其實(shí)都是鋰離子在電池的正極與負(fù)極之間移動(dòng)、電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的過程。充電時(shí),由于電場(chǎng)的作用,鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極,并存儲(chǔ)能量;放電時(shí),鋰離子在化學(xué)反應(yīng)的作用下從負(fù)極又移動(dòng)到正極,此時(shí)形成電流供電。 鋰電池充電器的速度,實(shí)際上就是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的速率,也就是所謂‘功率’(P)。簡(jiǎn)單回顧一下中學(xué)物理,眾所周知: P=IU 功率=電流*電壓 電流或電壓越大,功率也就越大,鋰電池充電器速度理應(yīng)更快。但受到鋰電池本身的限制,在欠壓或過壓的情況下充電器,都會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生損傷,因此鋰電池的充電器方式比較特殊,通常分為三個(gè)階段: 恒定電流預(yù)充電(Constant Current Pre-charge Mode) 大電流恒定電流充電(Constant Current Regulation Mode) 恒定電壓充電(Constant Voltage Regulation Mode) 在手機(jī)完全沒電時(shí),充電器先通過電流較小的恒定電流對(duì)鋰電池進(jìn)行充電,使其慢慢恢復(fù)活性;一段時(shí)間后,充電器會(huì)加大恒定電流,并逐步提高電壓,這是鋰電池充電的主要階段;電池電量在 80% 左右時(shí),充電器會(huì)在恒定電壓下慢慢減小電流的輸入,直到電流低于某個(gè)臨界值,此時(shí)手機(jī)顯示充滿電。 這樣的充電流程,一般都是由手機(jī)內(nèi)置的電源管理芯片進(jìn)行控制的,而充電器大部分情況下僅僅是根據(jù)電源芯片的指令進(jìn)行調(diào)控而已。 因此,如果要提升手機(jī)鋰電池的充電速度,必須在‘大電流恒定電流充電’階段下功夫。 在功能機(jī)時(shí)代,手機(jī)對(duì)電池容量的要求不高,鋰電池技術(shù)也不那么成熟,為了使鋰電池充電趨于穩(wěn)定,當(dāng)時(shí)大部分廠商都遵循國家建議的低倍率充電標(biāo)準(zhǔn)‘5V 0.2C’——即充電電壓為 5V,充電電流為 0.2C(C 代表代表電池充放電的速率,當(dāng)電池以 1C 的電流充電時(shí),1 小時(shí)即可完全充滿電。如果是 1000mAh 容量的電池,1C 就是指充電電流為 1A;2000mAh 容量的電池,1C 就是指充電電流為 2A,以此類推)。 但隨著智能手機(jī)時(shí)代的到來,手機(jī)對(duì)電量的需求大增,低倍率充電標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很難滿足充電的需求。而此時(shí)鋰電池技術(shù)也有了較大的發(fā)展,穩(wěn)定性更好,充放電的耐受性也有所提升,‘快充’開始登上舞臺(tái)。 什么是‘快充’? 本質(zhì)上,‘快充’就是一種在合理范圍內(nèi)提高手機(jī)充電功率的技術(shù),旨在為手機(jī)迅速補(bǔ)充大部分的電量。由于功率與電壓和電流的大小有關(guān),目前‘快充’主要分為以下兩種方案: 高壓小電流 低壓大電流 ‘快充’是一整套的充電解決方案,需要手機(jī)內(nèi)置的電源管理芯片、充電線、充電器三部分共同協(xié)調(diào),缺一不可。 iPhone 就是一個(gè)典型的反例。盡管 iPhone 8、iPhone X 都已經(jīng)支持快充,但配套的充電頭卻是‘5V 1A’的規(guī)格,滿負(fù)荷時(shí)功率也僅僅只有 5W,充電效率極低。 早在 2013 年,高通就意識(shí)到了‘快充’對(duì)智能手機(jī)的重要性,當(dāng)時(shí)就推出了 Quick Charge 1.0 標(biāo)準(zhǔn),通過提高輸入電流來提高充電效率,讓搭載驍龍 600 處理器的手機(jī)支持‘5V 2A’充電。 但由于 micro USB 接口的限制,超過 2A 的電流很可能會(huì)造成損毀的情況,于是高通又想到了另一套解決方案——提高接口的電壓。在把輸入電流限制在 2A 以內(nèi)的情況下,通過提高供電電壓,同樣可以達(dá)到提升功率的效果。 經(jīng)過不斷地改進(jìn),高通的 Quick Charge 2.0/3.0 可以實(shí)現(xiàn)‘9V 2A’,也就是以最高 18W 的功率進(jìn)行充電。 (高通 Quick Charge 的演進(jìn),圖片來源:Anand Tech) ‘高壓小電流’快充方案啟發(fā)了不少同行,聯(lián)發(fā)科的 Pump Express Plus 1.0/2.0、三星的 Fast Charge、魅族的 mCharge 3.0 都是類似的解決方案。 不過,在高電壓輸入手機(jī)之后會(huì)有一個(gè)降壓過程,此時(shí)手機(jī)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱損耗,導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。因此,不少采用這套方案的手機(jī)在亮屏?xí)r都不會(huì)激活快充,以防機(jī)身過熱。 此外,由于廠商之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,因此盡管快充實(shí)現(xiàn)原理相似,但彼此之間存在兼容性問題,因此要提升充電效率,首要的是選擇兼容性好的充電器。 2014 年,搭載 VOOC 閃充的 OPPO Find 7 橫空出世,充電功率達(dá)到驚人的 22W。隨著 OPPO 手機(jī)的熱賣,‘充電五分鐘,通話兩小時(shí)’的廣告詞也深入人心,消費(fèi)者開始認(rèn)識(shí)到‘快充’的意義。 VOOC 閃充的快充原理就是‘低壓大電流’策略。 由于 micro USB 接口限制了輸入電流的大小,因此 OPPO 干脆將整套充電系統(tǒng)進(jìn)行定制——充電器、充電線、手機(jī)內(nèi)部電路都進(jìn)行改造,并采用電池多線路充電的方法,使得 VOOC 閃存能夠以‘5V 4A’進(jìn)行充電。 (VOOC 閃充充電器) VOOC 閃存的好處在于,把充電過程中的發(fā)熱組件基本都設(shè)置在充電器里,在實(shí)現(xiàn)快充的同時(shí)手機(jī)不至于過熱。但缺點(diǎn)也比較明顯,一是得配合 VOOC 閃充充電器、充電線才能使用, 二是整套解決方案成本較高,搭載 VOOC 閃充的手機(jī)價(jià)格都不會(huì)太便宜。 歸根結(jié)底,手機(jī)快充的癥結(jié)所在,就是那個(gè)小小的 micro USB 接口——你可能也注意到了,近年來搭載 USB-C 接口(全稱 USB Type-C)的手機(jī)越來越多,實(shí)際上這就是手機(jī)接口革命的前兆。USB- C 可以說是未來接口標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)交點(diǎn),有以下幾個(gè)重要特性: 支持正反插拔 兼容 USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn),最快支持 10Gbit/s 傳輸 支持 USB Power Delivery 充電協(xié)議,最大可以提供 100W 的電力,并且可雙向供電 支持 DisplayPort,可以輸出音頻與視頻 (USB-C 接口的好處,圖片來源:LinkedIn) 目前 USB-C 最典型的應(yīng)用,其實(shí)就在任天堂年初發(fā)售的新主機(jī) Switch 上。僅靠 USB-C 接口,Switch 就實(shí)現(xiàn)了正反插拔、主機(jī)供電、游戲輸出等功能,讓 Switch 能在掌機(jī)和主機(jī)之間自由切換。這也是為什么新 MacBook、MacBook Pro 都只采用 Thunderbolt 3 接口的原因(外觀與 USB-C 相同,功能上兼容 USB 3.1)。 USB-C 支持 USB Power Delivery 充電協(xié)議(簡(jiǎn)稱為 PD 充電協(xié)議),得以讓手機(jī)充電的輸入電流、電壓都有所突破,最高可達(dá)‘20V 5A’。 (新 MacBook Pro 搭載了四個(gè) USB-C 接口) 現(xiàn)階段,USB-C 還處在一個(gè)過渡期,并不是所有采用 USB-C 接口的手機(jī)充電器功能都兼容 USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn)、采用 PD 充電協(xié)議,但根據(jù)充電頭網(wǎng)的消息,新標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⒂?12 月份公布,屆時(shí),手機(jī)市場(chǎng)也許會(huì)迎來快充新秩序。 此外,2017 年發(fā)布的三款新 iPhone 也都支持 PD 充電協(xié)議,采用‘高壓小電流’的快充方案,輸入功率可達(dá) 15W,不過電量達(dá)到 75% 之后功率會(huì)降低到 7.5W 左右。 (iPhone 8 Plus 快充實(shí)測(cè),圖片來源:@李小白nemo) 小技巧:怎樣讓手機(jī)充電變得更快? 弄清楚手機(jī)快充的原理和類型之后,提高手機(jī)充電速度的辦法也就一目了然: 充電時(shí)少玩手機(jī) 開啟‘省電模式’進(jìn)行充電 選用合適的快充充電器 前兩點(diǎn)很好理解,屬于能夠小幅提升充電速度的技巧。 對(duì)于采用‘高壓小電流’快充方案的手機(jī),由于在手機(jī)內(nèi)部存在降壓過程,會(huì)產(chǎn)生熱損耗,因此亮屏?xí)r通常都不會(huì)激活快充,以防機(jī)身過熱。 而開啟‘省電模式’(iOS 稱為‘低電量模式’)后,手機(jī)系統(tǒng)的各項(xiàng)功耗都會(huì)有所減少,因此充電速度也就更快。目前,F(xiàn)ast Charging 等號(hào)稱能夠讓充電速度變快的 App,也都是采用類似的原理——通過嚴(yán)格地控制手機(jī)的功耗,來提升手機(jī)充電速度。 (iPhone 的‘低電量模式’開關(guān)) 事實(shí)上,選用合適的充電器,看似微不足道,卻是最影響手機(jī)充電效率的部分。 支持快充的 Android 手機(jī),原裝充電器的充電速度通常都是最快的(不過也有反例存在,華為 P10 就沒有標(biāo)配快充頭)。 如華為 Mate 10 使用標(biāo)配的 HUAWEI SuperCharge 充電器,就能以‘5V 4A’的低壓大電流進(jìn)行充電,但如果使用其他的充電器,則無法保證快充效果。 如果你不確定自己手頭的充電器是否支持快充,也可以簡(jiǎn)單地通過充電頭上標(biāo)識(shí)的參數(shù)進(jìn)行判斷: ‘圓圈閃電’標(biāo)識(shí)表示支持高通 Quick Charge 技術(shù),只要你的手機(jī)搭載了高通處理器,基本上都可以用這種充電頭實(shí)現(xiàn)快充。 ‘輸出功率’則決定了充電速度的快慢,功率在 15W 以上的充電頭都屬于快充頭。一般來說功率較大的充電頭,充電速度會(huì)相對(duì)更快一些,但具體還要視機(jī)型的支持情況。 比如用小米 6 標(biāo)配的充電頭,給小米 6 充電能夠以 15W 的功率進(jìn)行充電,但給紅米 Note 4X(驍龍 625 版)就只能以 10W 的功率充電,雖然都屬于 Quick Charge 的范疇,但充電速度差距明顯。 至于 OPPO 采用的 VOOC 閃充方案,由于定制化程度更高,因此只有使用標(biāo)配的 VOOC 充電器以及充電線才能實(shí)現(xiàn) 20W 功率的快充。 值得一提的是,手機(jī)充電的功率是由手機(jī)進(jìn)行控制的,不同標(biāo)準(zhǔn)之間存在‘握手協(xié)議’。充電器會(huì)自動(dòng)根據(jù)手機(jī)的指令對(duì)輸入功率進(jìn)行調(diào)控,因此不必?fù)?dān)心大功率充電器把燒毀手機(jī)的問題。反倒是大功率充電器不容易滿負(fù)載運(yùn)行,因此發(fā)熱量會(huì)比小功率的充電器更小一點(diǎn)。 至于萬年標(biāo)配 5W 慢充頭的 iPhone,建議購入蘋果官方的 12W 充電器,這也是性價(jià)比較高的 iOS 設(shè)備快充解決方案。 iPhone 8 / iPhone X 雖然支持快充,但需要額外購買蘋果官方的 29W 充電器以及 Lighting 轉(zhuǎn) USB-C 的數(shù)據(jù)線,二者分別為 388 元和 188 元,也就是你要多花 576 元才能使用 29W 的充電頭。 如果選購 149 元的 12W 的手機(jī)充電器,雖然輸入功率上不如 29W,但已經(jīng)比 5W 的慢充頭快得多了。根據(jù) AppleInsider 的測(cè)試,給 iPhone 8 Plus 充滿電,12W 充電器雖然比 29W 的慢了約 20 分鐘,卻足足比 5W 慢充頭快了一個(gè)小時(shí)。 (iPhone 8 Plus 充電測(cè)試,圖片來源:AppleInsider) 此外,12W 充電器還能給舊款的 iPhone 6s、iPhone 7 充電,可以實(shí)現(xiàn)最高 10W 的充電功率,這也比原裝的 5W 慢充頭快多了。 在電池技術(shù)沒有大步闊進(jìn)的情況下,‘快充’對(duì)用戶體驗(yàn)的確有顯著的提升。但混亂的快充標(biāo)準(zhǔn)、配件的兼容性問題,又成為制約‘快充’的短板。 得等到什么時(shí)候,Android 才能統(tǒng)一快充標(biāo)準(zhǔn),iPhone 才會(huì)標(biāo)配快充頭呢? 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| 發(fā)布時(shí)間:2017.11.28 來源:充電器廠家 |
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