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淺談USB快充技術(shù)的現(xiàn)狀

電子工程師 ? 作者:工程師之余 ? 2018-11-24 11:00 ? 次閱讀

從2015年開始智能手機就開始掀起一波快充的浪潮,隨后更是得到了快速的發(fā)展,從剛開始“無快充不旗艦”到今天的“快充是手機的標配”,就可以看出快充技術(shù)的普及有多快了。

蘋果2016年發(fā)布的全新MacBook獲得了極大的關(guān)注,其中,僅內(nèi)置一個USB Type C接口的設(shè)計引發(fā)了很多討論。評論界、分析師普遍認為,單一接口設(shè)計將是未來便攜式筆記本電腦的設(shè)計趨勢,而USB Type C則是技術(shù)關(guān)鍵。事實上,USB Type C是USB 3.1的一種接口形式,那么,新的連接標準會對設(shè)備使用體驗帶來什么積極的影響呢?

什么是USB 3.1?

作為下一代傳輸標準,USB 3.1被稱為“SuperSpeed+”,擁有10Gbps的傳輸速率,擁有Type-A(Standard-A)、Type-B(Micro-B)以及Type-C三種連接介面,并提供了20V/5A的供電標準,傳輸和供電性能更為強大。

讓手機更快充電

由于供電標準提升至20V/5A、100W功率,USB 3.1能夠極大提升設(shè)備的充電速度,同時還能為筆記本、投影儀甚至是電視等更高功率的設(shè)備供電,這也是為什么蘋果的全新MacBook只需要內(nèi)置一個USB Type C,便可實現(xiàn)供電、傳輸需求。

更高的數(shù)據(jù)傳輸速度

由于USB 3.1支持高達10Gbps的傳輸速率,將極大提升手機的傳輸速度,這對于手機發(fā)展是十分有利的。比如,越來越多的手機開始支持4K視頻拍攝,視頻文件更加龐大,更快的數(shù)據(jù)傳輸速度是必要的。

支持顯示輸出

目前,HDMI是電視、顯示器產(chǎn)品所普遍采用的接口標準,雖然擁有迷你版本,但并沒有手機專門內(nèi)置該接口,因為會導(dǎo)致成本上升、體積增加。而由于USB 3.1支持顯示輸出,所以更適合作為移動設(shè)備的輸出接口,尤其是可逆的Type-C。

通用性

顯然,一個萬能的通用接口,是手機、平板等小型設(shè)備所需要的,能夠極大提升設(shè)備的連接性。而從目前來看,USB 3.1中的Type-C最有可能成為未來的連接標準,提供數(shù)據(jù)傳輸、外設(shè)連接、顯示輸出等一體化的連接方案。

時至今日,很多手機快充技術(shù)相比普及之初都有了很大的變化,今天我們就一起來整理一下,目前手機上應(yīng)用的快充技術(shù)都有哪些。目前手機上應(yīng)用的快充技術(shù)大體上可以分為“高壓電流”以及“低壓高電流”兩種,前者的代表是高通的QuickCharge以及聯(lián)發(fā)科的PumpExpress,后者則是OPPO VOOC、一加DASH以及華為SuperCharge。

不過這幾家的快充技術(shù)基本上都是自家的平臺或者是自家產(chǎn)品才可以使用,想要和別家的快充技術(shù)通用,目前來說還是難以實現(xiàn)的。

蘋果則到iPhone 8和iPhone X開始才在移動平臺上應(yīng)用真正意義上的快充技術(shù),此前iPhone標配的都是5V 1A的充電器,只有使用iPad的5V 2.1A充電器時才會有更快的充電速度。而現(xiàn)在iPhone 8/8 Plus與iPhone X上應(yīng)用的也不是蘋果自己開發(fā)的快充技術(shù),而是相對通用的USB PC 3.0標準。

現(xiàn)役手機快充技術(shù)

USB PD 3.0

USB PD標準也就是USB Power Delivery標準,需要搭配USB Type-C接口實現(xiàn),目前發(fā)展到3.0版本,而在2.0版本時期它就已經(jīng)可以實現(xiàn)最高100W的傳輸速度,輸出可以分為5V 2A、12V 1.5A、12V 3A、12V 5A、20V 3A、20V 5A等多種不同規(guī)格,不僅可以用在手機充電上,甚至還可以用在PC顯示器供電或者筆記本電腦充電上。而USB PD 3.0則在USB PD 2.0的基礎(chǔ)上進行了完善,據(jù)現(xiàn)有資料顯示USB PD 3.0標準可以實現(xiàn)3.0V到21V的輸出電壓調(diào)節(jié),調(diào)幅電壓為20mV。不過相比于輸出規(guī)格的優(yōu)化,其更重要的一個改進就是增加了PPS規(guī)范也就是Programmable Power Supply,這是USB PD 3.0標準的一個重要組成,旨在對目前的各種快充方案實現(xiàn)規(guī)范上的統(tǒng)一。

目前USB組織已經(jīng)在USB PD 3.0的PPS規(guī)范中收錄了高通QC 3.0/4.0、聯(lián)發(fā)科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、華為SuperCharge等標準,并對上述快充技術(shù)實現(xiàn)完美兼容。

只是時至今日USB PD 3.0標準也依然算不上是一種主流,因為在USB組織的相應(yīng)要求里,USB PD 3.0依然是一種可選標準而不是強制標準,雖然它必須通過USB Type-C接口實現(xiàn),但并不是每一個USB Type-C接口都必須使用USB PD 3.0標準,因此在今天雖然有很多USB Type-C接口的設(shè)備,但是USB PD 3.0標準依然有待普及,其通用性的優(yōu)勢依然未能完全發(fā)揮。

USB PD 3.0技術(shù)在更新PPS標準后,已經(jīng)將SuperCharge快充納入到兼容名單的產(chǎn)品卻不少”的快充方案,那就MaxCharge快充技術(shù)。

MaxChargQuickCharge2.0以及聯(lián)發(fā)科的PumpExpress屬于同時期的方案,其支持最高14V的輸入電壓,因此在搭配相應(yīng)的識別IC后可對高通QC 2.0和聯(lián)發(fā)科PE快充實現(xiàn)兼容,而且輸出電流最高可達5A的水平,效能上并不弱于同時期的其它快充技術(shù)。

iPhone 8/8 Plus/X想要快充,你需要這兩個配件

順帶說一句的是,雖然USB PD 3.0標準是向下兼容USB PD 2.0或更低版本的,但蘋果的iPhone 8/8 Plus與iPhone X并不兼容USB PD 2.0或更低版本的充電器,因此要iPhone 8/8 Plus和iPhone X上實現(xiàn)快充,目前來說蘋果的29W USB-C充電器依然是首選。

高通QuickCharge 3.0/4.0

目前高通平臺上應(yīng)用最廣的當屬Q(mào)uick Charge 3.0也就是常說的QC 3.0快充了,其相比上一代的QC 2.0技術(shù)號稱提升了27%的充電速度,功率損耗 則減少45%

。高通QC3.0使用了最佳電壓智能協(xié)商(Intelligent Negotiation for Optimum Voltage,INOV)的算法,支持3.6V到20V的工作電壓動態(tài)調(diào)節(jié) ,以200mV為步進,并向下兼容QC 2.0和QC 1.0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。

而現(xiàn)在高通最新的快充技術(shù)是QuickCharge 4.0,也就是常說的QC 4.0快充。

與QC 3.0快充相比,其充電功率功率提升至28W,繼續(xù)使用最佳電壓智能協(xié)商算法,調(diào)壓步進則細分為20mV為一檔,更重要的是其引入了對USB PD 3.0標準的兼容,在兼容性上邁出了重要一步。值得注意的是從PumpExpress 3.0開始聯(lián)發(fā)科就直接標注其實用的握手協(xié)議是USB PD標準,因此我們可以認為PumpExpress的發(fā)展方向其實很早之前就決定向USB PD靠攏了。

OPPO VOOC與一加DASH

說到“低壓大電流”型快充技術(shù),OPPO的VOOC快充與一加的DASH快充肯定是最佳代表了,前者是這類快充技術(shù)的最早應(yīng)用者,“充電五分鐘,通話兩小時”的口號相信大家都很熟悉了,這就是OPPO為了宣傳VOOC快充而提出來的。

VOOC快充技術(shù)的核心就是“大電流直充”,其充電器的輸出規(guī)格為最高5V 4A,在完成VOOC快充握手后,充電器將接管手機電池的充電管理,繞過手機自帶的充電電路直接給電池進行充電。

由于充電電流較高,因此VOOC的充電數(shù)據(jù)線與電池都有進行定制,例如其所用USB Type-B Micro也就是Micro USB接口并不是常規(guī)的型號,而是根據(jù)大電流傳輸?shù)男枰M行了定制的接口,因此要使用VOOC快充,就必須充電器、充電數(shù)據(jù)線與手機都必須配套,這也是為什么OPPO手機滿街都是,但是我們很少看見能有VOOC快充的周邊產(chǎn)品的原因。

而一加的DASH快充實際上就是OPPO的VOOC快充,兩者的充電器是可以互換的,但手機端所用的輸入接口有些不同,DASH快充使用的是USB Type-C接口。而且與必須使用指定充電數(shù)據(jù)線的VOOC快充不同,DASH快充的所用的Type-C接口并不是定制型的,如果你手上的Type-C數(shù)據(jù)線是USB 3.0/3.1規(guī)格的,你會驚奇地發(fā)現(xiàn)用它來連接一加手機3/3T/5/5T/6與其原裝充電器后,是可以激活DASH快充的。

華為Fast Charger Protocol與SuperCharge

華為的手機產(chǎn)品在用上SuperCharge快充之前,就已經(jīng)有在用自家的FCP也就是Fast Charger Protocol快充技術(shù),這個快充技術(shù)與高通的QC 2.0以及聯(lián)發(fā)科的PE快充屬于同時代的產(chǎn)品,輸出規(guī)格為9V 2A,屬于“高壓型小電流”型快充,充電效能可以比肩當時的QC 2.0以及PE快充。

而從2016年底開始,華為的FCP快充就退居二線,改由SuperCharged快充作為主力了。與前者的“高壓低電流”設(shè)計不同,SuperCharge與VOOC、DASH等同屬于“低壓大電流”型快充技術(shù),充電輸出電壓支持3.5V到5V的動態(tài)調(diào)整,最高輸出電流可以到5A水平,號稱“5分鐘就能給手機充一半的電量,不會對電池造成長期壽命與最高容量的折損”,充電效能相比FCP快充有了明顯的突破。將接管手機電池的充電控制,繞過手機自帶的充電電路直接給電池充電,可以有效降低充電時的手機發(fā)熱。

然而在移動電源平臺上,,因為其不需要獨家平臺的支持,還可以實現(xiàn)對QuickCharge和PumpExpress的兼容,因此很多采用快充技術(shù)打造的移動電源,都會用到MaxCharge技術(shù),

只是在隨后的快充技術(shù)發(fā)展里,我們沒再看見MaxCharge技術(shù)的身影了,而USB PD技術(shù)已經(jīng)開始對各種的快充技術(shù)實現(xiàn)兼容,,直接按照USB PD技術(shù)的標準開發(fā)新產(chǎn)品就可以了,MaxCharge快充自然也就慢慢淡化了。

總結(jié):所有快充技術(shù)終會走向統(tǒng)一規(guī)范

今天我們給大家總結(jié)了目前手機平臺上常用的幾種快充技術(shù),目前來說來他們暫時還是相互獨立的,但是從發(fā)展方向來說,統(tǒng)一規(guī)范已經(jīng)是趨勢所向,最終不管哪一種快充,都會在USB PD快充上得到統(tǒng)一。

只是這是一個漫長的過程,想要推動這個進程,除了USB組織的努力外,各家廠商的配合也是非常重要的,我們希望那一天可以盡早到來,到那個時候我們只需要一個充電器就可以實現(xiàn)各種不同設(shè)備的快速充電了。

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原文標題:USB快充都經(jīng)過三年的發(fā)展了,現(xiàn)在的技術(shù)怎么樣了?

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