通用充电器快充协议QC2.0,QC3.0,MTK,PE,VOOC,PPS,FCP,CSP,QC4+详解

如今支持快充的手机越来越多,但这当中主要分为两大解决方案:1.高压低电流快充以及2.低压大电流快充。采用第一种解决方案的常见有高通 QuickCharge、联发科PEP、华为FCP等等,而第二种则有OPPO的VOOC以及华为的SuperCharge。而USB-PD协议则包含了高压、低压两大部分 

  • 第一种高压低电流的快充是在充电过程中提升充电电压(7-20V左右)来提升充电功率,无快充手机充电过程一般是先将220V电压通过充电头降至5V,手机内部电路再把5V电压降至4.2V然后把电量输送给电池。整个降压过程中会产生热能,而高压低电流快充则是将5V充电头输出电压提升至7-20V,在手机内部则再把电压降为4.2V,整个充电过程机身会产生更多热能,充电器、手机都会有明显的发热,不利于充电效率的提高。 
  • 第二种低压高电流的快充是在电压一定(4.5V-5V)的情况下,增加电流,一般使用并联电路的方式进行分流,恒定电压下,进行并联分流之后每个电路所分担的压力越小,在手机中也进行同样处理的话,每条电路所承受的压力也就越小。比如VOOC闪充就通过增加充电线缆的线路数量/USB端口触点的数量来增强大电流的承载能力。而华为SuperCharge快充原理同样相类似。避免机身内部“高压到低压”转换带来的高发热。

PD快充协议的优势

对于PD协议的优势,笔者借用百度的一段描述:PD是PowerDelivery,关注的是两个或者多个设备,甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程,电能传输可以是双方向的,甚至是组网的,可以具备系统级供电策略。而QC是QuickCharge仅仅关注的是快速充电问题,电能传输是单方向的,不具备电能组网能力,不支持除了供电以外的其他功能。


这当中就包含了低压/高压两个部分,而综合以往的PD协议电流数据看来(1.5A、2A、3A和5A),此次的USBPD3.0将能同时实现高压/小电流、低压/大电流两种快充方案,加上电压调幅步进为20mV,整体思路融合了像高通QC快充的高压低电流(同样以步进调幅电压保证充电效率)与VOOC闪充的低压大电流两种方案

 

通用USB充电器(快充)说明

一、快充的意义:

USB得到广泛普及是因为其能够为外围设备供电。

USB孕育于上世纪90年代中期,最初的目的是将外部设备(例如键盘、鼠标、打印机、外置驱动器等)连接至计算机。随着越来越多的各种便携式设备受到青睐,也同样需要为其供电。利用数据传输连接器供电的能力使得USB在便携式市场具有直接而显著的优势。

在2007年第一个电池充电规范颁布之前,尝试为电池充电本质上是一种冒险——结果非常难以预测。

2009年4月,全球移动通信系统协会(GSMA)联合OTMP(手机开放组织联盟)17家移动运营商和制造商宣布实施跨行业的通用充电器标准,此标准采纳了USB-IF的micro-USB接口作为手机数据和充电的统一接口,并采纳USB-IF的Battery Charging 规范作为充电规范。

USB-IF公布了BC 1.1版的电池充电规范,到2010年BC1.2版也正式发布。即使有BC1.2规范可循,有些电子设备制造商仍然为其专用充电器开发定制协议(例如Apple)。当您将这样的设备连接至完全符合BC1.2规范的充电端口时,可能仍然会产生报错消息:“Charging is not supported with this accessory.”(不支持该附件充电)。

直到目前给智能设备充电(包括手机,平板电脑,蓝牙设备)等,在国际上还没有统一的强制性的标准出台,各个厂家都有着自己的定义,当前以苹果,三星,及其部分国内的安卓机为代表,有着自已的定义的充电规范,存在互不兼容的情况。而伴随着大电池容量的智能设备增加,有些设备的电容容量大于了3000mA/H,平板电脑有些达到10000mA/H以上。采用Type-A及MicroA/B接口的手机受限于USB2.0标准的影响,充电电流限制在1.5A以下,接口允许的最大电流为1.8A。各手机厂家自定义数据线可以将电流提升到2A,但当电流大于2A后损耗将变得很大。使充电的效率变低,充电时间延长。



二、快充协议:

QC2.0,QC3.0及MTK PE/PE+ QC2.0是高通(专门做手机芯片的)公司,于2014年针对充电所制定出来的一种规范,分class A(5V,9V,12V) class B(5V,9V,12V,20V)两种,也是利用D+D电压的变化来控制充电器的输出电压,目前大部份都是class A。

QC3.0是高通最新的协议,充电电压可从3.6-12V,以0.2V一档步进调制。MTK PE+是联发科的充电协议,充电电压为5V,7V,9V,12V步进。目前市场上的手机芯片不是高通就是联发科(APPLE除外)。 

2012年7月,USB-IF发布了基于当时普遍存在的 USB-A 和 USB-B 接口的 USB-PD 1.0 标准,描绘了 USB 3.0 和 USB 2.0 接口最高可达 100W 供电能力的美好想象,但是直到 USB-C 接口的出现,这一想象才开始成为现实。 

2014年8月,USB-IF发布了具有革命性意义的TYPE-C 1.0接口标准和USB-PD 2.0 标准。与此同时,高通的 QC 2.0 版本也是在同年发布的。

USB PD让神奇的USB TYPE-C接口,不但具有传统的电能、数据传输能力,还具备了音视频传输能力。而且,不论是电能、数据、还是音视频传输速度,都比传统的传输线要更为出色。与 Micro-USB 相比,USB-C(USB Type-C)接口最大支持 20V 5A 的电力传输,天然更适合快充。但是由于此时 USB-C 接口并非智能手机主流接口,所以高通 QC 协议为首的第三方快充协议依然是市场主流。 

2015年底,USB-IF推出了USB-PD 3.0标准。但是,由于市面上的快充标准各不相同,如高通 QC 4.0/3.0、联发科 PE3.0/2.0、华为 Super charge、摩托罗拉 Turbo charge、OPPO VOOC 闪充、一加 DASH闪充、魅族 mCharge 等等 。快充市场群雄割据的局面也没有明显改善。 

2017年2月,USB-IF组织发布了USB-PD 3.0标准的重要更新,即在USB-PD 3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply),旨在为当今的快速充电解决方案提供统一的规范。目前其已经实现对高通QC 3.0/4.0、联发科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、华为SuperCharge等标准的收录,意味着可以完美支持这四种快充方案。USB组织甚至已经与中国工信部的泰尔实验室达成了共识,未来将与国标实现统一标准。



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