文|科技秋风

2011年,苹果推出了智能手机iPhone 4,电池容量只有1420mAh,充电功率仅有5w,完全充满电需要花费接近两个小时。到了2020年,小米10至尊纪念版的120w充电将百瓦快充拉近了大众视野。而直到今天,100w快充的手机已经不是什么罕见的物品,在上个月月底发布的iQOO 10 Pro的充电功率甚至能有200w。那么,手机厂商究竟是怎么做到这一切的呢?

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(1)

如果你想给一个桶装满水,打开水龙头,水就会源源不断地倒进桶里。 如果你想让桶装得更快,我们有两种方法:一种是增加水压。 水压增加后,流量必然会增加,每秒都会有更多的水倒入桶中; 另一种方法是更换直径较大的水管。 在恒定流量的情况下,水的流量会变大,水桶可以装得更快。 手机充电也是如此。 电池和数据线就像水桶和水管,水压和水流分别对应的是电压和电流,每秒有多少水流入桶中就是充电功率。

充电功率等于电压乘以电流,这是初中物理教的公式。 所以,要想提高充电速度,也就是提高充电功率,无非就是提高电压或者提高电流。 但是简单地把充电器的电压和电流拉高是不可靠的,因为不同手机电池的充电电压和电流是不一样的。 为了防止因电压和电流过大而损坏设备,厂商制定了充电协议。 在数据线与手机连接的瞬间,手机会与充电器握手进行通讯。 双方使用的电压电流标准确定后,以支持的电压电流进行充电。 当协议不匹配时,按最低标准进行充电。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(2)

早期手机的电源适配器在出厂时就已经完成了指定。 电压电流与手机相匹配,无法混用。于是,USB协会就出面定制了统一的规定,规定USB的标准充电电压为5V,设备最大可抽取电流为0.5A,总共2.5W的功率。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(3)

但由于时代的发展,即使USB协会又将2.5W更新为7.5W,手机芯片厂商高通还是觉得太慢。于是就出台规定于是就规定了自家的QC1.0充电协议,最高可实现10W的输出功率

但是想要继续增加充电电流,当时普及最广的micro USB接口已经承载不住了,无法超过2A。继续加大电流会有过载的风险,所以高通选择电流维持2A不变,将电压增加至9V,完成了QC2.0,实现18W的快充。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(4)

但是,OPPO却选择另辟蹊径。通过定制的线缆和接口,成功的让micro USB接口可以承受住4A的大电流,以此实现5V4A共20W的快充,这就是OPPO的VOOC闪充。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(5)

不过,其缺点也十分的明显:又认充电头又认线,必须使用原厂的低阻线缆和特质充电头,且这些数据线和充电头的价格相比普通的也要更高,无法像高通的QC2.0一样只要充电头支持快充协议随便拿一根线就能用。因此就诞生了两种充电流派:低电压大电流和高电压小电流

而后来随着Type C接口的普及,原生就支持更大的电流,因此高通又在原有的加压快充的基础上额外把电流增加到了3A,功率来到了27瓦,主打高流快充的厂商也在Type C的基础上继续增加供电,充电把电流增加到了5V6A共30W。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(6)

因为电池的电压一般为5V,高压方案要充电就需要降压。 这会产生大量的热量。 假设降压效率为90%,那么如果充电功率为60W,就会产生6W的热量,这已经和一颗SOC在玩游戏时的功耗差不多。 有点太热了。因此很长一段时间内很多的手机厂商快充都是27W。

直到一个新的技术出现:电荷泵。

简单地说,电荷泵是一种控制输入电压电平的高效电压转换器。 最重要的是电荷泵的能效非常高,高达98%-99%。 但缺点也很明显,缺乏灵活性,只有1倍和2倍转换,无法定制或动态分配。这也是为什么会有那么多奇怪的如44W的充电功率出现。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(7)

随着科技的发展,2020年,20V6A的120W高压快充也就出现在了大众的视野之中。但是前面我们提过,电荷泵必须要是一倍两倍数降压才能达到最高的效率因此20V6A就会变成10V12A,电压实在是太大,无法承受。如果再降压一次就会变成5V24A,这样电流太大也不行。于是就出现了双电芯的方案,通过串联分摊电压,每块电池承担5V12A。至此,百瓦快充的秘密我们就已经成功地揭晓。

为什么现在的手机充电这么快(手机如今充电速度这么快)(8)

而手机厂商需要做的,就是缩小因放置电荷泵所成倍增加的充电器体积。这一点,氮化镓充电器已经给予了一个最好的回答。

十年前,人们要想将手上的智能手机充满电需要等待漫长的两个小时;而现在,只需要吃个饭的功夫就能让手机“满血复活”。这就是科技所给予我们的便利。

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