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揭秘快充充电更快的原因

2018年08月01日 作者: 暂无评论 579+ 0

据AndroidAuthority报道,快速充电已是当今智能手机的必备功能,它使我们的手机在忙碌的日子里始终充满能量。然而,不同的手机制造商有不同快速充电标准,有些标准只适用于特定的线材和充电器,而其他标准则需要较高的电压。这可能会让人觉得有点儿困惑,下面让小编帮助大家梳理下其中的关键。

简而言之,快速充电增加了进入电池的电流,让电池更快地充满电。基本版的USB只传送0.5安培的电流,使用5伏电压,功率只能达到2.5瓦特。而快速充电技术则提高了这些规格。华为的5伏/5安培SuperCharge充电器能产生25瓦特功率,三星的9伏/1.7安培Adaptive Fast Charging能产生15瓦特功率。所有的快速充电服务都有一个共同的主题——更多的电能。

这只是基本的概述,实际上给电池充电要复杂得多。在此之前,让我们更详细地看看所有快速充电标准之间的差异:

1.快速充电标准解释

1)USB-PD技术

USB快充协议(USB-PD)是USB标准化组织USB-IF在2012年发布的官方快速充电规范。该标准适用于任何带有USB接口的设备,前提是其制造商包含必要的电路和软件。就像所有的快速充电标准一样,USB-PD实现了一个数据协议,在充电器和手机之间进行“沟通”。这就为充电器和手机提供了最大限度可容电力的标准。

USB-PD认为,基本的USB充电速度最高可达100瓦特输出功率。可用功率的大小被分成不同的额定功率,在不同的电压下运行。7.5瓦特以上和15瓦特以上模式最适用于手机,27瓦特及以上模式适用于笔记本电脑和其他高功率设备。该标准还支持双向供电,使你的手机可以为其他外围设备充电。

谷歌的Pixel系列智能手机采用了官方的快充规范。苹果还在iPhone 8、iPhone X和最新的MacBook中采用了这一标准。但许多公司更喜欢自己专有的充电标准。

2)高通QC快速充电技术

高通的QC快速充电技术曾一度被视为智能手机行业的默认标准,因为它在USB-PD前普及了快速充电的概念。最新4.0+快速充电与USB快充协议兼容,允许更快的充电速度和更广泛的支持。

快速充电是高通骁龙处理器的一个可选特性。因此,一部手机拥有高通芯片并不意味着它支持快速充电。即便如此,很多手机都拥有快速充电支持,包括LG V30、LG G7、三星Galaxy Note 8、HTC U12+等等。由于快速充电标准的普及,传统充电器和第三方配件的生态系统也更加广泛。

3)其他标准

在智能手机的生态系统中,许多机型使用的是内部技术,而不是上述更普遍的标准。然而,这些标准中只有少数是真正专有的。很多都是用不同品牌重新包装的快充协议或快速充电标准,或者对技术进行某些特殊的调整,三星的Adaptive Charging和摩托罗拉的Turbo Charging技术就是其中之一。其他标准,比如OPPO的VOOC和华为的SuperCharge等运作方式截然不同。这大大增加了大功率充电的电流,而不是增加电压。

有些公司可能支持多个标准,或者至少确保自家与不同的快速充电方法具有某种程度的兼容性。不幸的是,当使用不同充电器、甚至不同的电缆时,你会获得很多不可预估的充电速度。在测试了几款手机后,研究人员发现,根据使用的充电器和电缆不同,每部手机充入的电量有很大差异。最好的结果通常是使用手机原装充电器和电缆获得的。

2.如何快速给锂离子电池充电

既然我们已经了解了这些标准,那么让我们来研究一下,充电速度多快才能加速电池充电。在智能手机和其他电子产品中使用的锂离子电池不会以线性方式充电,为此充电周期可分为两个不同的阶段:

第一阶段是增加电压,或称恒流阶段(constant current phase)。随着电池充电的增加,电池电压从最低的2伏稳步上升到最高的4.2伏左右。这取决于不同的电池。在这个阶段,电池获得最高的峰值电流,直到电池电压达到峰值,峰值电流保持不变。第二阶段,当

电压变得恒定,电流就会开始下降。超过这个点的电池就会减少电流输入,因此充电会变慢。这就是为什么手机在50%或60%电量时充电更快的原因。

快速充电技术利用的就是恒流阶段。在电池达到峰值电压之前,将尽可能多的电流注入电池中。因此,当电池电量不足50%时,快速充电技术是最有效的,但当电池电量超过80%时,这种技术几乎没有效果。顺便说一句,恒流充电对电池的长期健康危害最小。较高的恒压和热度,不利于电池寿命。

最后,通过手机内的充电控制器电路控制传送给电池的电压和电流。再结合温度和电压传感器,控制器可以管理电流的大小,以优化电池的充电速度和长期的健康状况。

3.在高压下快速充电?

有些人可能已经发现了一个明显问题:如果锂离子电池的电压通常在3到4.2伏之间,那么使用高压充电器不是很危险吗?通常情况下是这样,但智能手机的电路会让电压下降,电流上升。这使传输的功率保持不变,同时可将电压限制在正常范围内。不过,快速充电线材不能充当交流电压传递的媒介。如果你看充电器的背面,可以发现直流电流图标。而USB也总是直流电源系统。

高压快速充电电路采用开关式降压电源,也称为buck逆变器。该电路采用高直流电压,并将其转换为低直流电压。在理想情况下,由于它的“电荷泵”特性,它还能将电流增加数倍。它本质上是个开关,用于切换输入电压,为具有大量电流的电容器充电。

从10伏/1安培级降至5伏级,理想情况下在转换后可产生2安培电流。在现实世界中,总是会有些与这些转换相关的损失作为热量散失。开关电源通常比线性调节器浪费的能量更少。

4.为什么要使用更高的电压?

使用高电压有两个主要原因。首先,开关电源比线性调节器更有效,线性调节器通过散热降低电压。这对于让我们的手机和电池保持凉爽尤为重要。第二是USB电缆的电源损耗,尤其是较长的USB电缆。电阻器(如导线长度)会根据流经电阻器的电流(欧姆定律U=IR)而降低电压。使用较高的电压和较低的电流来传输相同的功率,在较长电缆上损耗较少。这是更有效的方法,也是为什么主电网需要使用数百伏高压而不是5伏电压输送电力的原因。

然而,需要权衡的是,与线性调节器相比,buck逆变器更容易受到电流限制。最大输出功率取决于电感的大小、电容和电压纹波、开关频率以及晶体管的功率能力。只有通过更传统的线性电压调节器才能达到很高的电流。这就是为何有些低电压的5伏快速充电技术(比如华为和OPPO),提供的总功率比高通和三星的高电压版本更大的原因。

结论

快速充电包含了各种不同的技术,每种技术都有各自的优缺点,这就是为什么市场上有这么多不同标准的原因,因为各公司都采取了自己的方法来加速充电和延长电池使用寿命。数十年前,高压充电已经成为常态,现在的技术正在实现更低的控制电压和更高的电流以进一步提高充电速度。然而,这需要更粗的电缆,并增加了令人头痛的兼容性问题。USB-PD已经被广泛采用,它可能会成为未来所有USB充电标准的支柱。尽管我们可能看到有些公司在支持这一通用标准的基础上,正尝试研发自己的更快解决方案。

原文地址:http://www.eeboard.com/news/chongdian/

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