快速充电哪家强？详解手机快充技术背后的秘密

在锂电池充电的过程中，其背后就是锂离子从正极排出并快速的嵌入负极，不能造成锂离子的沉积，这个过程越快就意味着充电时间越短。为了加速锂离子的迁移速度，手机行业逐渐流行起了三种快充方案：

A：电压不变，提高电流（低压高电流）；

B：电流不变，提升电压（高压低电流）；

C：同步提高电流和电压（高压高电流）。

下面，我们就看看智能手机领域是如何在这三种快充方案间取舍沉浮的。

迈过10W的“快充”门槛

在《续航不够？充电太久？先搞明白手机电池的原理吧！》一文中，小编介绍过智能手机电池充电需要经历的三个阶段，恒定电流预充电、恒流调节模式和恒定电压充电。而要想提升锂电池的充电速度，就必须在“恒流调节模式”下加以改进。

以Android系统手机为例，早期产品的电池容量普遍在900mAh~1500mAh之间，而标配充电器的输入参数也多以5V/1A为主，最高可以实现5W的充电功率，完全充满电力需要2.5个小时到3个小时之间。

随着大屏手机开始流行，电池容量也纷纷突破2000mAh大关，但随之而来的则是充电耗时的延长。

以三星第一代Galaxy Note（i9220）为例，这款产品武装了当时最大的5.3英寸屏幕，电池容量也达到了2500mAh，但充电器规格依旧是5V/1A，所以其充电时间长达4.5小时左右。长此以往，当手机电池容量达到3000mAh甚至4000mAh时，难道就必须整宿充电了吗？

高通是最早认识到这个问题的芯片供应商之一。

早在2013年高通就提出了“快充”的概念，Quick Charge 1.0（下文简称QC1.0）就此诞生。QC1.0通过提高输入电流来提升充电效率，支持5V/2A即最大10W的充电功率，突破了USB-IF关于USB Battery Charge 1.2协议1.5A的电流上限，符合“低压高电流”方案的定义。同一年，华为在第一代Mate手机身上也引入了“快充”概念，同样支持5V/2A输入，3.5小时以内就可将4050mAh电池充满。

可以说，5V/2A是智能手机快充道路上的一个关键节点，它让手机在电池变大的同时充电等待时间也变得不再难以接受。然而，随着智能手机纷纷以5V/2A充电纳入最低标准时，10W充电功率就不再符合“快充”的定义了，并逐渐沦落为“普充”甚至“慢充”。

高压低电流快充的崛起

2013年，高通在QC1.0的基础上提出了QC2.0的概念，将“高压低电流”方案进一步升华。可以说，QC2.0是快充历史上普及度最高，影响力最大的标准，哪怕是三星2018年度旗舰Galaxy S9采用的依旧是5年前诞生的QC2.0。

QC2.0之所以影响深远，是因为它无与伦比的兼容性。Micro USB是智能手机的标配，但它受制于物理接口的限制，一旦超过2.5A的电流就容易出现损毁。市面上随便买一根廉价的Micro USB数据线，其安全电流耐受范围也是不大于2.5A。

QC2.0聪明的地方就是绕过了Micro USB接口和数据线的制约，只是通过暴力地增加输入电压来提升充电速度。

简单来说，QC2.0通过USB端口的D+和D-两个信号实现通讯和调压，新增对9V、12V和20V（用于平板电脑，非常罕见）电压的支持，最大支持9V/2A和12V/1.5A即18W的充电功率（ 极少数设备可短时间实现12V/2A即24W的充电功率，但因发热问题而无法持久），并向下兼容传统的5V/2A输出。这意味着QC2.0充电器可以适配更多老旧手机和数码设备，也能抵消劣质/较长的充电线带来的电压损耗，从而保证充电的效率。

出于安全和经济利益上的考虑，高通还为QC2.0制定了更为严苛的认证规则：

手机端内集成的电源管理IC可以动态检测电池电量，根据预置方案决定所需的充电电压，并向充电器端发出升压或降压的信号；

充电器端也需要集成专用的识别IC，用于和手机内电源管理IC相互认证。认证成功则“握手”，并按照手机端发出的升压或降压的信号实时调整电压参数。如果认证失败则“撒手”，保持默认的5V输出。

高通的QC2.0快充技术给了同行们参考借鉴的思路，并展开了一轮轰轰烈烈的“圈地运动”。

快充方案的“圈地运动”

作为高通的最主要竞争对手，联发科在高通提出QC快充技术不久，也推出了自家的Pump Express（下文简称PE）快充技术，而随后的Pump Express Plus（PEP）则对应QC2.0，至于PE和QC的最大差异是前者改用VBUS上的电流脉冲来进行通讯和调压。除了联发科，华为也拿出了Fast Charger Protocol（FCP），它们的共性是全部基于“高压低电流”方案衍生而来，而三星Fast Charge、vivo的双引擎闪充和魅族MCharge等品牌主打的快充技术，则大都是基于QC或PE方案的“马甲”。

手机厂商对自家的快充技术起名字（如Fast Charge和MCharge）是为了便于宣传，而芯片商推出各自的快充技术则是为了“圈地”，比如QC、PE和FCP等技术原理完全相同，硬件端理论上是可以相互兼容的，只是因为“握手协议”不同，需要和指定授权的充电器（包括充电宝）搭档才能激活快充。

没错，快充方案的“圈地运动”本质上就是用于提升影响力，并通过授权外设盈利的一种手段。

高压低电流快充的困局

高压低电流快充方案虽然兼容性出色，但它却存在一个致命的问题，充电器端输出的电压再高，进入手机端后也需要转换成与电池匹配的电压（约4.0V）。这就导致输入电压越高，转换效率越低，而损失的功率将会被转换为热量，从而影响到手机的安全和稳定性。

因此，很多Android手机厂商虽然采用了QC2.0快充技术，但标配充电器却仅支持9V/1.5A或12V/1.2A，远远低于QC2.0的理论最大值。同时，无论是QC2.0、PEP还是FCP，只有手机处于待机（黑屏）状态时才能“满血充电”，一旦手机亮屏后，充电功率就会下降到10W左右，其初衷就是降低发热避免隐患。

与此同时，高通和联发科在2015年还先后祭出了QC3.0和PE2.0快充技术，它们和上代QC2.0/PEP相比，输入电压不再是非A即B（暴力地在5V/9V/12V等整数间直接切换），而是允许输入电压在3.6V到12V之间，以200mV（QC3.0）或500mA（PE2.0）为步进单位进行微调，在充电速度和发热对应的曲线中找到最合理的那个节点，弥补高压低电流快充方案转换率偏低的耗损和发热。

现实是很残酷的。随着消费者对快充体验变得越加看重，高压低电流快充方案已经走到了尽头，而另一种低压高电流快充方案则逐渐被市场认可，走上了从小众到普及的逆袭之路。

低压高电流快充的逆袭

提到低压高电流快充方案，OPPO算是扮演了开拓者的角色。早在2014年，OPPO就推出了“VOOC闪充”并将其应用在旗舰Find7身上。VOOC闪充最大的特色就是支持5V/4.5A输入，充电功率可达22W，30分钟就可将电池从0恢复到75%，并造就了“充电5分钟，通话2小时”的经典广告台词。

低压高电流快充方案的优势还体现在可靠性上：由于输入电压和电池电压相差不多，所以几乎没有电压转换的过程，快充时只有很少的功率被转换为热量，主要的发热源也从手机端转移到了充电器端。因此，哪怕手机处于亮屏状态，依旧可以进行满血快充（即所谓的“边玩边快充”），只有在玩游戏手机热量上升时才会降低充电电流。

可惜正如前文所说，标准的Micro USB接口和数据线都无法安全承载超过2.5A以上的电流。所以，OPPO重新为VOOC闪充定制了与众不同的硬件：7针Micro USB接口（标准Micro USB只有5针，多余针脚起到协议识别和大电流传输的作用）、8金属触点的电池、相对应的内部MCU电路以及专用的充电器。

由于实现VOOC需要较高的物料成本，所以这种低压高电流快充方案并不被业界看好，在未来的很长一个时期内只有OPPO孤军奋战。

随着USB Type-C接口标准的出现，低压高电流快充方案普及的契机出现了。

USB Type-C接口内部拥有24个针脚，可以识别更为复杂的认证协议，并支持最高100W的充电功率。同时，USB Type-C数据线普遍可以承载3A以上的电流，一些品质较高的数据线甚至支持5A或更高，困扰VOOC闪充的接口线缆问题就这样被解决了。

于是，一加带来了Dash闪充（5V/4A，如一加5T）、华为实现了SuperCharge超级快充（5V/4.5A，如Mate 10），魅族也推出了mCharge4.0（5V/5A，如Pro7 Plus）。如果这些由手机厂商主导的快充技术还说明不了什么，那高通和联发科的态度则可让快充技术的未来更加明朗。

高通和联发科在2016年分别发布了旗下最新的QC4.0和PE3.0技术，除了兼容USB PD（谷歌强制要求）以外，全部引入了低压高电流快充技术。

其中，高通QC4.0取消了12V电压档，最大支持5V/5.6A和9V/3A输出，电压支持以20mV为单位进行微调。

随后发布的QC4.0+则加入了双充装置（通过一个电源管理集成芯片可以将电流分成两半，使芯片散热速度加快从而减少充电所需时间）和智能热平衡功能（自动让电流选择双充中温度较低的路径，让设备在快速充电的同时保持低温）。

联发科PE3.0支持的电压范围在3V到6V之间，同样能以20mV为单位进行微调，而输出电流最高可达5A，最高充电功率可达30W。

那么，低压高电流的极限是多少？华为在2016年底推出的荣耀Magic可能就是正确答案。这款手机采用了名为“HUAWEI Magic Power”的快充技术，可以实现最大5V/8A即40W的充电功率！

小提示：能否让快充以“满血”状态进行，对数据线的要求极高。像VOOC闪充只支持原装数据线，而其他快充方案则兼容标准Micro USB（高压低电流）或USB Type-C（低压高电流）数据线，只是USB Type-C数据线的品质会决定它能承载多大的电流，购买兼容USB Type-C线时要挑选支持5A输入的。

总之，低压高电流快充方案拥有更高的转化率、发热低、可边充边玩等优势，取代高压低电流已经成了大势所趋，市面上很多高端旗舰已经逐渐猎装这一技术，而QC、PE、FCP等快充技术则逐渐下放到千元级别的入门产品身上，加速快充在整个智能手机领域的普及。

充电速度对比

对电池容量为3000mAh的手机而言，使用5V/2A、QC3.0、VOOC、和Magic Power充电速度对比如下（大概估值，仅供参考）：

5V/2A：10分钟7%，60分钟60%、100分钟90%、110分钟全部充满；

QC3.0（9V/2A）：10分钟15%、30分钟50%、60分钟90%，80分钟充满；

VOOC（5V/4A）：10分钟20%、30分钟60%，50分钟90%，75分钟充满；

Magic Power（5V/8A）：10分钟45%、30分钟90%、50分钟充满。

从这个结果可见，在充电功率相近的前提下，低压高电流和高压低电流方案完全充满电的时间相差无几。实际上，各种快充技术比拼的也是前10分钟和30分钟内可以充入电量的多少，从这个角度来看还是低压高电流的效率更高。

高压高电流代表未来

虽然低压高电流是当下高端Android手机最爱的快充方案，但本着“没有最快，只有更快”的发展趋势，它注定也是要被历史淘汰的。而有望一统未来快充江湖的，就将是“高压高电流”方案。

比如，魅族就曾在2017年的MWC大会上展示了旗下第三代快充技术——Super mCharge，它支持11V/5A高压直充，最大充电功率可达55W！它的背后是电荷泵原理，内部IC只有两组电路，转换效率高达98%，全新定制的安全电芯可以做到800次循环充放电后依然拥有 80%以上容量，足够用户正常使用两年左右。

但是，Super mCharge需要重新定制数据线和USB端口，至今还停留在概念阶段，并没有实际产品将其猎装。

另一方面，在谷歌的牵头下，各大快充方案的最新版本都开始逐渐兼容USB Type-C接口和USB PD协议，这就为因“圈地运动”而导致隶属不同快充阵营的手机/充电器之间无法握手的难题有了解决希望。比如，高通QC4.0+的充电器就能触发iPhone X的快充，背后就是源于免费的USB PD协议。

USB PD最高支持100W的充电功率，从而为智能手机实现高压高电流奠定了物理基础。

还记得《石墨烯是个什么鬼？它能改善智能手机的续航吗？》提到的石墨烯充电宝吗？它们之所以可以实现12V/5A、20V/3A的60W充电功率，就是大都建立在支持USB PD 3.0协议的基础上（还有部分产品采用笔记本AC电源充电，无特殊协议）。根据很多网友的反馈，称任天堂Switch、MacBook、联想笔记本、戴尔笔记本或惠普笔记本等自带的USB-C电源适配器都能为此类石墨烯充电宝快速充电，足以印证USB PD协议在兼容性方面的潜力。

快充都是可选项

快充技术往往属于可选项。比如，高通骁龙835支持QC4.0+，但市面上搭载骁龙835且唯一支持该快充技术的就只有雷蛇手机，其它品牌出于成本的顾虑大都选择QC3.0或QC2.0与其搭配。USB PD协议也算是USB Type-C接口的特性之一，但它也是可选的充电标准，比如一加5T虽然采用USB Type-C接口却仅支持DASH闪充，不兼容USB PD。

未来，当石墨烯材料在智能手机领域普及后，借助USB PD协议实现超过40W的充电功率并非难事。一起期待吧！

如何选择快充外设

考虑到很多家庭同时存在不同品牌不同快充协议的手机，所以在选择第三方充电器/充电宝时总会很不甘心，有没有一款外设就兼容全部快充协议的产品呢？很遗憾，至少目前还没有全兼容的产品，充电器领域出现了兼容QC2.0、QC3.0、FCP、SFCP、MTK PE、MTK PE+、USB bc1.2七大主流快充协议的型号，而充电宝领域则有兼容VOOC、DASH、QC3.0、QC2.0和USB PD协议的产品，我们必须根据现有手机进行取舍。有关与快充相关外设的选购问题，智趣狗近期也会和大家分享。