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快充规格成兵家必争之地,浅谈 USB-PD、QC 等充电技术

2024-11-01 207

随着智能手机普及与技术成熟,快速充电功能已成为智能产品的重要卖点,但在电池技术还没跟上消费者需求之前,要如何达成快充又不伤手机电池,这是各家厂商绞尽脑汁想解决的难题。

快速充电技术即是增强输送到电池的电量,加快充电速度。一般手机充电器是用 5V 电压输送 0.5A 电流,额定功率仅 2.5W,而快速充电技术目的就是要在电池容量不变的情况下,提高输出功率。

以下则是 USB 基础规范与传输速度:

为缩短充电时间,目前快充技术多采用前几分钟先输入大部分电量,之后再慢慢充电的方式,就是手机屏幕常会出现的“快速充电”与“涓流充电”,厂商则会透过将电压或是电流提高,不同公司有不同办法与标准,但到底哪家技术比较好,这还不好说。

一条线就搞定的 USB-PD 规范

USB 开发者论坛(USB-IF)为推出快充技术与统一连接线标准,在 2012 年订定电源线与供应器规范 USB-PD(USB Power Delivery),并在 2017 年推出最新的 USB-PD 3.0,可供应最高达 100W 的电力传输量。利用 1~5 种不同的额定功率,让不同厂牌的手机、平板电脑、笔电等设备能透过一条 USB 就搞定充电,且跟传统的 5V1A 充电器相比,充电速度提升 40%,充电时间减少一小时。

USB-PD 额定功率分为 Profile 1~5,拥有不同的电压与电输出,其中 Profile 1 提供 5V2A、10W 供电,适用手机与数码相机,Profile 2 则提供 5V2A、12V1.5A,额定功率约为 10W~18W,可用在平板与外接储存装置;越后面提供的额定功率范围就越广,像 Profile 5 最高可提供 100W 电力。

实际充电需要的瓦数则会在连接 USB 连接线时,透过手机与充电器之间通讯而定,像是 7.5W  和 15W 最适合手机,27W 以上则可用在笔电与效能更高的设备,目前 Google 的 Pixel 系列手机与 Apple 的 iPhone 8、iPhone X 跟最新的 MacBook 与 MacBook Pro 系列也都采用 USB-PD 标准。

广泛使用的高通快充处理器

目前市面最常见的智能手机快充技术为高通(Qualcomm)的 Quick Charge(QC),该技术是整合系统芯片的充电标准,需要搭配手机与充电器才可使用,基本上只要搭载 Snapdragon 芯片的手机都支援。

高通骁龙系统芯片(SnapDragon SoC)2013 年推出第一款快充技术 Quick Charge 1.0,为众多 5V2A 充电技术的竞争者之一,并在 2017 年推出最新 4.0+ 升级版本,提升充电速度之余,也大大减少充电过热、提高安全性。

QC 4.0+ 快充技术除了延续 4.0 的充电 5 分钟使用 5 小时、15 分钟充电 50%、支援 USB-PD 等优点外,也将双路充电技术列入准选项,且为了降低充电时手机过热情形,也新增智慧热平衡,在双重路充电时会自动把电流移动到最平稳的路径、帮助散热,并同时监测设备外壳与界面的温度。

相较于原本的 QC 4.0,4.0+ 充电速度跟效率分别加快 15% 与 30%,温度也能降低 3°C 左右。目前也有许多手机也都有搭载高通 QC 快充技术,像是 LG V30、LG G7、Samsung Galaxy Note 8、HTC U12 Plus 都包含在内。

众多厂商发展快充技术

不过对厂商来说,或许还是自家产品与规格最好。目前一些手机厂商也开始推出快充技术,像是三星的 Adaptive 快充技术、Oppo 的 VOOC、华为 SuperCharge、联发科的 PumpExpress 跟Motorola 出产的 TurboPower 30。

其中 Oppo VOOC 与华为 SuperCharge 属于低压快充技术。有别于其他厂商选择“高电压 × 低电流”,这两家厂商选择“低电压 × 高电流”,可减少电压转换导致的手机过热问题。

锂电池存有电压限制,仅能承受 3.7V~4.2V 的电压,因此在充电时,充电器首先会把插头的 110V 交流电降至 5V / 9V / 12V,手机内部则会再转换至 4.2V 等适合充电的电压,而手机降压时会消耗功率并产生热量。

采用“低电压×高电流”虽然可以减少手机过热现象,但如何让手机承受高电流是这两间所面临的挑战之一,且如果要发展高电流,充电连接线也得非常讲究。

这些林林总总的充电技术中,有的可与其他厂商技术相容,有些厂商则发展独立充电技术,手机、原厂充电器、USB 连接线缺一不可,得互相搭配才能发挥快充效果。这么多技术不禁让人想偷懒混用,不过为了充电与电池安全,还是按照说明书与使用原厂牌才是安全之道。

  • How fast charging really works

(首图来源:shutterstock)

2019-03-11 16:31:00

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