手机快速充电原理

架海梁心

智能手机对于宽带无线通信、图像处理等多方面的需求导致实际耗电呈指数增长。未来5G通信带宽将比4G增加10倍，4K/8K等高清视频技术逐渐应用，CPU、GPU等运算电路处理能力不断增强，这一切都将导致智能手机整体能耗需求将成指数增长。
0 e, A8 P9 R( B& F8 R5 j5 X: s% ~4 Y电池容量呈线性缓慢增长，能耗需求缺口逐渐拉大。电池技术迟迟无法突破，成为终端使用的最大瓶颈。电池容量增长缓慢，每年线性提升约15%，而能耗则是呈指数增长，能耗需求与电池性能的差距愈发明显。电池性能曲线将与能耗需求曲线严重脱轨，提高充电速度成为电池续航的关键解决方案，快速充电已成为市场竞争热点。
$ l+ _7 N" A3 G% Q一、快速充电原理
快速充电技术将成为手机标配。在电池容量无法迅速取得突破，手机用电量又飞速增长的前提下，快速充电技术普及尤为必要。中国信息通信研究院对快速充电的定义是：30分钟充电进入电池的平均电流大于3A或者30分钟充电电量大于60%。
. B! }5 Y0 y8 k! t3 j1 F快速充电系统包括快充标准，快充电源适配器，接口E-marker芯片，充电线缆，手机快充芯片，电池等多个部分。各部分都必须针对不同标准专门设计，才能实现快充功能，并且保证充电安全。

1、 手机的四个充电环节
/ _, \8 C: V) \1 T  1）充电适配器
, ?( L  G6 u! {5 `# Z! u; {充电适配器的任务是把220V的市电转换为手机能够承受的5V电压（现在应各种充电协议，如QC和USB PD（Type C接口）等的要求，也要求能够送出9V/12V/14.5V甚至20V的电压。关于充电协议的话题我们已在前面一篇公众号做过讨论），同时具有一定的功率输出能力，例如5V/2A, 9V/1A等等规格。充电适配器属于AC-DC的技术范畴，平常所说的快充芯片其实是对适配器AC-DC芯片和手机端的开关式充电管理芯片（以DC-DC技术为实现手段）的统称，但本文的快充芯片特指手机端的开关式充电管理芯片。
0 V* a4 E; X  W' d: c2）充电线缆
7 S& s; p! ^' y! q0 r充电线缆的任务就是负责把电压/电流从适配器端传送到手机端，由于目前绝大多数充电线实际上就是USB线。这里有一个参数需要提请大家注意。按照USB2.0的标准，线缆需要具备传送最大1.8A的电流能力，因此如果是5V的适配器，USB2.0的线缆最大能传送的功率其实只有9W。
+ _; ]' g: U, i! _; a3）快充芯片
它的任务是把适配器的5V/9V/12V等电压转换成电池的电压，同时按照需要的充电电流精确可控地向电池进行充电。从技术上看，快充芯片是这四个环节中最具有挑战的部分，因此目前业界有能力提供高品质高可靠性的快充芯片的厂家十分有限，主要还是以德州仪器，仙童半导体等少数几家国外大厂为主，国内的希荻微电子、汉能经过几年坚持不懈的自主研发，已推出了一系列的快充芯片，打破了国外大厂的垄断局面，并已在各大手机方案商和品牌商得到广泛的应用。快充芯片具体的介绍将在下文做详解。
4）电池
电池是这个环节非常重要的部分，整个充电环节都是为了使电池快速而安全地充满电量。电池的主要参数包括：容量（mAH，手机中常见的有2000mAH, 3000mAH和4100mAH），充电截止电压（目前常见的有4.2V, 4.35V和4.4V规格，更高的充电截止电压，在同等的电池体积情况下，通常具有更高的电池容量，因此目前所谓的4.35V及以上的高压电池逐渐在手机上得到更广泛的应用），以及可接受的最大充电电流等等。其中，可接受的最大充电电流一般以nC来表示。例如一个3000mAH的电池，1C的充电速度是指一个小时之内即可充满电池，此时可接受的最大充电电流就是3A；如果允许2C的充电速度，那么理论上半小时就可以充满电池，则此时可接受的最大充电电流即为6A；以此类推等等。
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二、 经典的三段式充电
$ w: N% K- ]. T7 B( l2 s' A" \其实给锂离子电池充电的过程和我们生活中用水龙头向洗脸盆放水的过程非常类似：
, J' \- E7 S3 ~+ _第一阶段：当开始给一个空的脸盆放水的时候，为了不让水溅出来，会把水量控制得很小；
8 v! y: t* S3 A  d% Q' |第二阶段：等到脸盆底部积满了一定水位之后，才把水龙头开得比较大，脸盆里已有的水可以对这样急速的进水起到缓冲作用，从而不会有水花溅出；
+ E/ Z$ W9 M* [+ u  m第三阶段：当水位快到脸盆顶部的时候，此时我们又会逐渐减小进水量，以防止有水冲出脸盆之外，直至积满整个水盆。
4 c! j. U9 y: U" x' m) K电池就像这个脸盆，只不过它储存的不是水，而是电荷。电池的充电也有类似的三个阶段：
第一阶段：涓流充电。电池的特点是，当电池电压（大致相当于水位）非常低的时候，其内部的锂离子活动性较差，内阻较大，因此只能接受较小的充电电流（一般在30到50mA左右），否则电池容易发热和老化，不仅损害电池寿命，而且有潜在的安全问题，因此把这个阶段称为涓流充电，也有同行将之称为线性充电或者预充电等等。
第二阶段：恒流充电。当电池电压高于2V以上，电池的锂离子活动性被充分激活，内阻也较小，所以能够接受大电流的充电。在这个阶段，快充芯片会按照设定向电池提供可接受的充电电流，因此在这个阶段电池得到的电量也是最大的，可以占到容量的70%到80%以上。
第三阶段：恒压充电。电池是一个十分娇气的储能元件，它的电池电压不允许超过截止电压的±50mV，否则就会有安全隐患。因此，当电池电压被充到接近充电截止电压的时候，快充芯片必须能够自动减小充电电流，控制“水花”不要超出范围，直至把电池完全充满。
4 e: h7 r0 R9 {7 U一个合格的快充芯片，必须能够根据电池电压的高低，自动地控制充电过程在上述三个阶段之间进行无缝切换，而无需其他硬件或者软件的帮助。
  Q! @+ o. ?" k( Q, x. Q
三、快充技术标准
常见快速充电技术可分为两种
( z" n1 I! c7 x高压快充：通过提高电源适配器输出电压来提高终端充电功率和速率
低压快充：通过提高电源适配器输出电流来提高终端充电功率和速率
国产手机增长迅猛，取得话语权。随着华为、OPPO、Vivo等国产手机厂商在全球份额不断扩大，中国厂商产业链整合能力提升，将可以取得快速充电市场的主导权。相比高压快充方式，低压大电流在实现同样功率下效率更高，充电器和手机发热更少，将占据市场主流。
快充标准又有如下
1）高通：Quick Charge（属于高压快充）
2）联发科：Pump Express Plus（Pump Express 1.0和2.0版本是高压快充路线，从Pump Express 3.0开始移到低压快充上来）
3）OPPO：VOOC方案（属于低压快充）
4）华为：兼容QC2.0协议和海思快充协议华为快充技术
5）USB开发者联盟：Power Delivery
6）VIVO：双引擎闪充
7）联想/摩托罗拉：Turbo Charger
2 Q. I; d* I5 |$ q) |8）三星：自有快充方案
# ?% N/ a% j5 t4 _5 r# _" X9）苹果：20V 快充技术

名字好听吗

快充手机充一晚上对手机是没有影响的，现在的智能手机使用的都是锂离子电池，当电量在充满后就会自动断电，不会继续过量充电。

STGing

快充对手机是没有影响的。
( j: {: i5 N# D9 Z; U" x0 r9 H: l' q现代充电很智能了。

CRAZY_argentina

嗯嗯，学习学习