快充技術

　　悉數市面上的產品，快充技術大致有四種，即高通的QuickCharge版（如QC2.0、QC3.0），聯發科版（Pump Express和Pump Express plus）、OPPO 的VOOC技術以及兼容QC2.0協議和海思快充協議華為快充技術。也有人說快充技術是5種、6種、甚至7種，但在目前也就上面這四種，是在原有USB 5V充電技術上有所突破的技術。

　　常規USB 5V充電技術的瓶頸，充電環路示意圖如圖-1，充電環路阻抗約0.32Ω，那對于4.2V和4.35V電池最大充電電流有以下公式：(5-4.2)/0.32=2.5A (5V input source, Battery CV=4.2V)(5-4.35)/0.32=2.03A. (5V input source,Battery CV=4.35V）

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　　因此，手機的常規充電方式，無法再提高充電電流，不能滿足現在手機電池越來越大后，對大充電電流的要求。

　　一、高通QC版快充技術這是一個市面上采用較多的快充技術，小米4C，小米note，三星等主流品牌均在采用此充電技術。這與目前高端智能手機所采用的平臺有相當關系。另外，這種技術相對簡單，實現起來相對容易，成本提升不明顯，市場較容易接受。高通QC充電技術有兩個版本，分別是QC2.0和QC3.0，現在QC3.0的手機還很少，普遍還是QC2.0。

　　快充技術的原理，通過USB端口的D+與D-的不同電壓給合，來向充電器申請相應的輸出電壓供手機充電。QC2.0并不是簡單的D+與D-的組合就可以讓充電器輸出所需的電壓，而是還有一些協議在里面，需要先發送握手信號，比如1.5s的握手電壓組合，才能進行下一步的輸出，否則，直接按圖-4將D+與D-電平設置好是不會改變充電器的輸出電壓的，這也是為了更好的保護非QC2.0技術的手機，不會因為誤觸發了充電器的升壓機制而燒毀手機，圖3是QC2.0充電器原理圖的調壓部分。

　　高通QC2.0 握手協議：

　　快充的充電器與手機通過micro USB接口中間兩線（D+D-）上加載電壓來進行通訊，調節QC2.0的輸出電壓。握手過程如下：當將充電器端通過數據線連到手機上時，充電器默認通過 MOS讓D+D-短接，手機端探測到充電器類型為DCP（專用充電端口模式）。此時輸出電壓為5v，手機正常充電。 若手機支持QC2.0快速充電協議，則Android用戶空間的HVDCP進程將會啟動，開始在D+上加載0.325V的電壓。當這個電壓維持1.5s 后，充電器將斷開D+和D-的短接， D-上的電壓將會下降；手機端檢測到D-上的電壓下降后，HVDCP獲取手機預設的充電器電壓值，比如 9V，則設置D+上的電壓為3.3V，D-上 的電壓為0.6V，充電器輸出9v電壓。

　　快充技術的優點是，很好地解決常規手機充電電流的限制，由于充電器輸出電壓的提高，手機充電環路的阻抗限制的充電電流的問題得到了很好地解決，缺點是，效率仍不是很高，在手機端發熱量還比較大。

　　隨著高通QC3.0的發布，很好的彌補了QC2.0效率偏低的問題。

　　充電速度是傳統充電方式的四倍，是Quick Charge 1.0的兩倍，比Quick Charge 2.0充電效率高38%。Quick Charge 3.0采用最佳電壓智能協商（INOV）算法，可以根據掌上終端確定需要的功率，在任意時刻實現最佳功率傳輸，同時實現效率最大化。另外，其電壓選項范圍更寬，移動終端可動態調整到其支持的最佳電壓水平。具體來說，Quick Charge 3.0支持更細化的電壓選擇：以200mV增量為一檔，提供從3.6V到20V電壓的靈活選擇。這樣，你的手機可以從數十種功率水平中選擇最適合的一檔。

　　二、聯發科Pump Express快充技術與高通QC2.0雖在實現方式上有所不同，卻有異曲同工之妙。高通QC2.0是通過USB端口的D+和D-來個信號實現調壓，而聯發科的Pump Express快充技術，是通過USB端口的VBUS來向充電器通訊并申請相應的輸出電壓的。QC2.0是通過配置D+和D-電壓的方式來通訊，Pump Express是通過VBUS上的電流脈沖來通訊，但最終的目的是提升充電器的電壓到5V，7V，9V。

　　快充技術的VBUS電流與VBUS電壓波形如圖-5：

　　快充技術充電器原理圖，及原理簡介

　　快充技術的優點，與QC2.0相似，由于提高了充電器的輸出電壓，解決了充電電流的限制。同時缺點也與QC2.0類似，由于充電器的調壓檔跨度比較大，帶來手機端充電路效率偏低。于是，MTK Pump Express Plus快充技術隨之誕生，Pump Express Plus技術與高通QC3.0類似，增加了調壓檔數，每檔200mV。手機可以根據電池當前電壓以及充電環路衰減，向充電器申請合適的電壓，以達到以電效率的最大化，以進一步降低手機在充電過程中的發熱量。

　　三、OPPO VOOC閃充技術

　　稱自己研發的快充技術為“ VOOC閃充技術“，也是最神秘的快充技術，目前只有OPPO的幾款產品在用，即Find 7和N3等，由于OPPO對此技術有專利限制，其它手機廠商只能嘆為觀止，且成本相對較高，充電器體積較大，便攜方面沒有其它快充技術的好。

　　OPPO的VOOC閃充技術與傳統充電最大的區別在于，創新性的將充電控制電路移植到了適配器端，也就是將最大的發熱源 移植到了適配器。這樣控制電路在適配器，而被充電的電池在手機端，充電時手機發熱得以很好的解決。為了更好的對充電流程進行控制 (比如控制電路需要實時監測電池電壓、溫度等)，OPPO特別在適配器端加入了智能控制芯片MCU，適配器端實現了充電控制電路，智能控制充電的整個流程。

　　閃充技術的官方宣傳圖片：

　　四、兼容QC2.0協議和海思快充協議華為快充技術

　　最近，榮耀發布了10000mAh快充移動電源。這款電源可以在3.5小時內完成100%的充電量，半小時內即可給榮耀7充電50%。大體配置如下：高密度 聚合物電芯、支持18W(MAX)雙向快充、兼容海思FCP及其他主流快充協議、支持Type-C或USB輸出。相關評測證明，該款電源可以為華為P9充 電2.3次、為榮耀V8充電1.9次，為三星S7充電2.3次，可為iPhone6S充電4次。從雙向充電性能及相關數據來看，這款產品應該算是國內移動 電源市場的旗艦級產品了。

　　華為實驗室數據現實，華為快充移動電源充滿時間為3.5小時，比普通的5V2A快充電源節約2.5小時。之所以能夠達到整個數據，是因為該電源支持 9V2A高達18W的快充功率，同時支持Type C輸入，使得其充電速度比普通快充電源提供將近1倍。這就有效化解工作生活中頻頻遇到的充電速度過慢、充電速度趕不上手機用電速度、長時間充電電流不夠用 等尷尬問題。

　　總體而言，榮耀這款快充移動電源在實現9V2A雙向快充的同時，更支持海思、高通QC2.0、MTK多種快充協議。在獨家支持榮耀7、榮耀V8、華為 Mate8、P9等支持海思快充協議的華為/榮耀手機摯愛，還兼容高通QC2.0、MTK等快充協議，幾乎可以滿足市面上所有主流快充手機要求。

　　快充芯片

　　現市面上使用的電池管理芯片，主要是TI（德州儀器）和Fairchild（仙童半導體）的產品。另外還有 Dialog 半導體公司 Qualcomm Quick Charge 3.0（QC3.0）芯片組、PI高通QC3.0識別協議芯片CHY103D，漢能也推出一款適用于智能手機的快充芯片HE41201。

　　一、TI（德州儀器）BQ25895TI比較有代表性的方案有BQ25895，它的maxcharge技術是將高通QC2.0和聯發科的Pump Express，以及TI自身的高性能充電管理做了一次整合，其最大充電電流可達5A，最大輸入電壓14V，可以很好地支持QC2.0和Pump Express標準的充電器。我們對TI提供的BQ25890 demo板實測，在4A充電時，芯片溫度達55度左右（在環境溫度25度下測試），差不多有30度的溫升，這如果放在手機內部，將會是一個重要的熱源。

　　TI的maxcharge充電芯片的簡易原理圖，

　　TI的maxcharge充電技術的優點，由于同時兼容高通QC2.0和聯發科Pump Express技術，因此也就同時具備了QC2.0和聯發科Pump Express的優化點。它缺點也和高通與聯發科一樣，整體的效率還不是很高，因此發熱量較大。

　　鑒于手機充電部分的發熱問題，短時間QC3.0和Pump Express plus還未普及，那么我們是否還有其它方案來減小手機充電發熱量呢？答案是肯定的。我們用兩顆充電芯片同時對一顆電池進行充電，可以減少單獨充電芯片的發熱量。圖-12是雙充電芯片原理圖，圖-13是BQ25890+BQ25896雙Demo實測，設置兩顆充電芯片的充電電流都為2A，總共4A對電池充電，充電30分鐘后，測到兩個芯片的溫度分別為42度和40度，室溫為25度，芯片溫升分別為17度和15度，比單芯片充電方案的溫升降低了一半。因此，雙充電芯片方案對提高充電效率，減少手機充電發熱方面具有很大的優勢。

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　　二、Fairchild FAN501A與FAN6100Q

　　伴隨業界充電通訊協議QC2.0問世, Fairchild 也提供了最新的FAN501A與FAN6100Q,快充配套方案,符合Qualcomm制定的QC2.0充電標準 ,以搭配高階手機運用。該方案適用平板計算機與智能手機，符合QC2.0快充標準, 提升40%充電速度，具有高效率, 平均效率>85%。而且具有高功率密度, 變壓器小型化。

　　其線路圖及方案方塊圖如下：

　　三、Dialog 半導體公司 QC3.0 芯片組Dialog半導體公司近期宣布，其Qualcomm Quick Charge 3.0（QC3.0）芯片組現已開始量產。該芯片組的獨特之處在于提供恒定的功率分布圖（power profile），以便于配置。該芯片組與QC2.0芯片組引腳兼容，有助于簡化升級，并將繼續擴大Dialog在快速充電市場上的領先地位，目前Dialog在該市場占據的份額據估計為70%。

　　圖-16該芯片組結合了iW1782一次側AC/DC控制器與iW636二次側控制器，為3A USB-C充電提供恒定的功率分布圖，這優化了變壓器設計，并將充電時間降到最低。用于AC/DC移動電源適配器的Dialog iW1782 PrimAccurate?一次側數字脈沖寬度調制（PWM）控制器，通過數字通信鏈路耦合至二次側iW636 Rapid Charge?接口芯片。它通過光耦接受來自iW636的所有命令，而且芯片組具有快速、動態的負載響應。根據移動設備需要的電壓，適配器可配置為從3.6V至12V（200mV增量）的多級輸出，且該解決方案可與QC2.0和USB BC1.2充電要求反向兼容。

　　新芯片組提供雙層線纜保護，無需額外元件。在一次側，iW1782采用Dialog的SmartDefender?先進打嗝技術，可防止由于臟污或受損充電端口、磨損的USB線和連接器造成短路而導致移動設備受到熱損害。這是通過將輸出給短路電路的平均功率減少多達75%（無閉鎖）而實現的。在二次側，Dialog的D+/D-過壓保護可應對總線電壓軟短路。這些保護功能帶來更安全、更可靠快速充電，并可避免過熱。空載功耗在5V/2A輸出條件下小于10mW。

　　iW673是用于反激式轉換器的同步整流器控制器，可模擬轉換器二次側上的二極管整流器，以降低導通損耗。iW673采用小尺寸6引腳SOT23封裝，有助于實現更小的印刷電路板（PCB）適配器設計。Dialog的專有數字式自適應關斷控制器技術還可將死區時間降到最低，并消除了傳統同步整流器需要的并聯肖特基二極管。該控制器的空載電流消耗僅4mW。

　　四、Power Integrations CHY103DPower Integrations宣布推出的ChiPhy充電器接口IC產品系列的最新器件CHY103D，是首款兼容Qualcomm Inc.旗下子公司Qualcomm Technologies，Inc.所開發的QuickCharge(QC)3.0協議的離線式AC-DC充電器IC。

　　與Power Integrations的InnoSwitch AC-DC開關IC一起使用，CHY103D器件可提供支持QC3.0所需的所有功能。QC3.0協議與CHY103D器件的完美結合可極大降低智能移動 設備在快速充電過程中所產生的損耗。這一特點允許系統設計師選擇提高手機的充電速度或是降低手機在充電過程中的觸摸溫度，并且提高充電過程的效率。

　　該IC能夠使電壓以200mV的增量發生變化，而不是當前許多快速充電設計中所采用的更大階躍（例如，從5V到9或12V），因此可提高充電效率并降低熱耗散。此項技術能夠讓移動設備優化離線式充電器的供電電壓，從而最大程度地降低手機內部充電管理系統中的功耗。

　　CHY103D具有豐富的保護功能，包括可防止輸出超過設定輸出電壓的120%的自適應輸出過壓保護(AOVP)、可檢測局部短路并停止功率輸出以防止 電纜和連接器過熱的輸出軟短路保護(OSSP)以及可在檢測到故障的情況下使受電設備遠程關斷適配器的遠程關斷保護(RESP)。

　　CHY103D器件自身在5V輸出時的功耗還不到1mW；當與高效率的Inno Switch器件結合使用時，這種低功耗可幫助設計師滿足嚴格的充電器效率要求，例如，即將實施的美國外部電源聯邦標準的修訂版。

　　CHY103D器件適用于平板電腦、智能手機、Bluetooth 附件以及USB功率輸出端口等移動設備的電池充電器。同時，它還與Quick Charge 2.0產品兼容。

　　五、漢能HE41201

　　漢能科技股份有限公司推出的一款適用于智能手機的快充芯片，其性能比TI（德州儀器）、Fairchild（仙童半導體）的產品更具優勢和性價比。那么這款芯片究竟有何過人之處呢？我們通過比較來看看這款芯片的特點：

　　從上圖我們可以得之，漢能科技主推的這款快充芯片的型號叫HE41201，采用WCSP20的封裝格式，與TI 主推的BQ24157/8是PIN對PIN的產品。且該款電池管理芯片也是開關式的電源方案。與線性的電源方案比，開關式的電源方案轉換效率更高，發熱更小。

　　我們將這款快充芯片與同類產品TI的BQ24157/8、Fairchild的5401X進行了對比，列表如下：

　　從這個對比表，我們可以看出這款IC的充電電流可達2A，比TI的最大充電電流1.5A超出33%,比Fairchild的最大充電流1.4A超出42.8%。因電池一般是恒壓充電，所以對同等容量的電池充電，這款快充IC分別要快33%和42.8%。

　　同樣，在涓流充電階段，漢能的HE41201是0.5A，而TI的則只有0.2A。而漢能還有款升級的HE41203，其最大的充電電流更是可達2.5A。

　　評價一款電源的好壞的一個重要指標就是轉換率，漢能的HE41201轉換率達93%，而TI的BQ24157只是89.7%，Fairchild的5401X則只有88.8%。有圖有真相，以下是這幾款IC轉換率的曲線圖：

　　除了這些快充技術和芯片之外，還包括Apple 20V 快充技術、USB3.1 PD 充電規范等。快充已經完全適應現在人們的需求，相信在以后快充技術會越來越成熟，給我們帶來極大的便利。