快充技術(shù)及幾種解決方法

　　快速充電主流技術(shù)及解決方案盤點(diǎn)

　　隨著科技不斷的發(fā)展，終端設(shè)備的不斷更新迭代，支持快速充電技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越多，現(xiàn)在無(wú)論是智能手機(jī)還是智能手表，還是平板電腦、電子書閱讀器等，如果不支持快速充電技

　　術(shù)已經(jīng)不好意思說(shuō)自己屬于這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代了。

　　一、什么是快速充電

　　快速充電三要素是充電器、電池、charge IC，是能在1～5h內(nèi)使蓄電池達(dá)到或接近完全充電狀態(tài)的一種充電方法。常用于牽引用蓄電池需要在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)完全充電狀態(tài)時(shí)的充電。

　　快速充電技術(shù)是有著不同分支的，目前的充電標(biāo)準(zhǔn)一共分為下面幾種：USB標(biāo)準(zhǔn)、蘋果標(biāo)準(zhǔn)、高通標(biāo)準(zhǔn)、MTK標(biāo)準(zhǔn)。

　　1、USB標(biāo)準(zhǔn)又分為：

　　USB 1.0、2.0：5V/500mA；

　　USB 3.0：5V/900mA；

　　USB Battery Charge 1.2（BC1.2）：5V/500mA、5V/1.5A；

　　USB Type-C：5V/500mA、5V/900mA、5V/1.5A、5V/3A；

　　USB Power Delivery 2 v1.1：5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、12V/5A、20V/3A、20V/5A；

　　USB Type-C接口的充電器可以為手機(jī)提供15W（5V/3A）的充電功率

　　2、蘋果標(biāo)準(zhǔn)

　　蘋果的iOS設(shè)備接口基于USB，接口電源的規(guī)格比較簡(jiǎn)單，分為5V/1A、5V/2.1A兩種，都是通過(guò)在充電器的D+和D-配置不同的識(shí)別電阻進(jìn)行識(shí)別。

　　5V/1A：iPhone、iPod Touch都使用5V/1A的充電規(guī)格，充電使用；

　　5V/2.1A，提供給iPad、iPhone帶Plus充電使用；

　　相對(duì)來(lái)說(shuō)蘋果iPhone的電池容量小，充電技術(shù)也比較單一，需求方面暫時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)什么問(wèn)題，iPad電池容量大，5V/2.1A的充電規(guī)格出現(xiàn)得比較早。

　　3、高通標(biāo)準(zhǔn)

　　高通在的Quick Charge 3.0（QC3.0），比起還沒(méi)全面普及的QC2.0技術(shù) 提升了27%的充電速度，減少功率損耗45%。高通快速充電使用的是提高電壓的方式來(lái)減少線損，高通到目前一共有三代快速充電技術(shù)，分別是：

　　高通QC1.0：輸出規(guī)格5V/2A，基本都是驍龍600平臺(tái)；

　　高通QC2.0：輸出規(guī)格5V/9V/12V三檔，最大電流3A，也就是目前使用最廣泛的一種快速充電技術(shù)；支持的平臺(tái)包括了驍龍200/400 /410/615/800/801/805/810，另外也授權(quán)給其他廠商使用，例如三星的快速充電技術(shù)、Intel的Boost Master快速充電技術(shù)其實(shí)也屬于高通QC2.0；；

　　高通QC3.0：使用了被稱為最佳電壓智能協(xié)商（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage，INOV）的算法，支持3.6V到20V的工作電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以200mV為步進(jìn)。兼容的平臺(tái)包括了高通驍龍820、620、618、 617和430，并且向下兼容QC2.0和QC1.0的設(shè)備，可以使用在USB Type-A接口、USB micro接口和USB Type-C接口上。

　　4、MTK的Pump Express快充技術(shù)

　　MTK的MTP Pump Express快充技術(shù)分為兩種，一種帶Plus一種不帶Plus，帶Plus的可以支持到9V/12V，從規(guī)格來(lái)看，普通的Pump Express支持前者，充電電流不超過(guò)2A，而支持Pump Express Plus的產(chǎn)品則可以達(dá)到12V/3A，這一類產(chǎn)品目前市面上比較少，魅族的移動(dòng)電源和魅族支持mCharge的手機(jī)屬于這一類產(chǎn)品。

　　除了以上4種使用廣泛的快速充電技術(shù)，另外還有一種叫VOOC的閃充技術(shù)，來(lái)自于OPPO，就是經(jīng)常聽到的“充電5分鐘，通話兩小時(shí)”這句廣告語(yǔ)所使用的充電技術(shù)。OPPO使用的做法是采用了高達(dá)4.5A的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，配合8觸點(diǎn)電池和7Pin的USB接口，增加傳輸?shù)挠|點(diǎn)數(shù)量有利于減少接觸損耗，本來(lái)Micro USB接口只有寥寥幾個(gè)Pin無(wú)法承受大電流也得到改善，這也屬于快速充電的一種，但不屬于平臺(tái)化的產(chǎn)品，并沒(méi)有普及。

　　以上介紹的都是市面上存在的快速充電技術(shù)，各家都基于USB接口，但兼容性上又有所差異，使用USB Type-C接口一類的新手機(jī)幾乎都必須使用原配的充電器才能進(jìn)行快速充電，由于接口方面的因素，第三方適配的產(chǎn)品很少。

　　高通QC技術(shù)的手機(jī)必須使用支持高通QC技術(shù)的充電器才可以實(shí)現(xiàn)快充。

　　MTK的PE支持的產(chǎn)品則比較少，只有魅族和聯(lián)想的少量MTK機(jī)型支持，也必須搭配自家的充電器或者是移動(dòng)電源才能實(shí)現(xiàn)。

　　二、快速充電解決方案詳解

　　隨著手機(jī)的屏幕越來(lái)越大，處理器的性能越來(lái)越強(qiáng)并升級(jí)多核。為保證續(xù)航，手機(jī)的電池容量也變大，這樣造成充電時(shí)間不可避免的變長(zhǎng)。如何縮短充電時(shí)間已成為手機(jī)應(yīng)用及更多移動(dòng)終端設(shè)備的一大瓶頸。相繼出現(xiàn)基于不同廠商的快速充電解決方案，能夠短暫的時(shí)間內(nèi)有效提升充電效率。

　　1、安森美快速充電解決方案

　　（1）方案框圖

　　圖示 On Semi方案框圖

　?。?）方案特點(diǎn)

　　·通過(guò)頻率反走和跳周期模式，減少待機(jī)功耗

　　·可通過(guò)光耦觸發(fā)低功耗關(guān)閉模式

　　·無(wú)損過(guò)功率補(bǔ)償

　　·基于定時(shí)器的過(guò)功率保護(hù)

　　·輸出短路保護(hù)

　　·動(dòng)態(tài)自供電的高壓啟動(dòng)

　　·欠壓監(jiān)測(cè)功能

　　·有源 X2 電容放電

　　·嚴(yán)重故障時(shí)閂鎖

　　·自動(dòng)恢復(fù)或閂鎖選擇的過(guò)流保護(hù)

　　·空載待機(jī)能耗《30 mW

　　·可調(diào)功率過(guò)載保護(hù)

　　2、基于FAN501的快速充電解決方案

　?。?）方案框圖

　　Fairchild方案框圖

　　（2）方案特點(diǎn)

　　·輸出短路保護(hù)

　　·毫瓦節(jié)省技術(shù)提供超低的待機(jī)功耗，很容易滿足“能源之星 V5.0”

　　·恒壓控制時(shí)，根據(jù)輸入電壓，有兩段固定的 PWM 工作頻率 140kHz/85kHz

　　·高壓?jiǎn)?dòng)

　　·斷續(xù)和連續(xù)工作模式實(shí)現(xiàn)恒流控制，無(wú)需次級(jí)反饋電路

　　·在連續(xù)工作模式有較高的功率密度和轉(zhuǎn)換效率

　　·調(diào)頻減少 EMI 噪聲

　　3、基于TI控制器的快速充電解決方案

　?。?）方案框圖

　　TI方案框圖

　　（2）方案特點(diǎn)

　　·少于10mW 無(wú)負(fù)載功耗能力

　　·針對(duì)恒定電壓（CV）的光耦合反饋，和針對(duì)恒定電流（CC）的初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) （PSR）

　　·在線路和負(fù)載上實(shí)現(xiàn) ±1% 電壓調(diào)節(jié)和 ±5% 電流調(diào)節(jié)

　　·700V 啟動(dòng)開關(guān)

　　·100kHz 最大開關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)高功率密度充電器設(shè)計(jì)

　　·針對(duì)最高總體效率的諧振環(huán)谷值開關(guān)運(yùn)行

　　·簡(jiǎn)化電磁干擾（EMI）兼容性的頻率抖動(dòng)

　　·針對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的已鉗制柵極驅(qū)動(dòng)輸出

　　·過(guò)壓、低線路和過(guò)流保護(hù)功能

　　4、基于Microchip產(chǎn)品的車載USB快速充電解決方案

　　2016年8月11日，大聯(lián)大控股宣布其旗下品佳推出基于Microchip的UCS100X的車載快速充電解決方案。

　　圖示1 基于Microchip的UCS100X的車載快速充電解決方案系統(tǒng)框架圖

　　雖然USB端口如今可用作充電電源，但許多便攜式設(shè)備因有著獨(dú)特的充電要求而達(dá)不到充電標(biāo)準(zhǔn)，甚至無(wú)法充電。Microchip的UCS100X具有充電仿真功能的USB端口電源控制器。當(dāng)便攜式設(shè)備插入U(xiǎn)SB端口時(shí)，UCS100X器件會(huì)自動(dòng)循環(huán)遍歷9個(gè)預(yù)裝載的充電仿真配置文件，直至充電開始。這些內(nèi)嵌的配置文件與BC1.2 CDP、DCP、YD/T-1591以及大多數(shù)Apple?和RIM?便攜式設(shè)備、電子書閱讀器及許多平板電腦兼容。UCS1001/1002/1003器件不僅支持符合USB 2.0規(guī)范的數(shù)據(jù)交換，還提供一個(gè)USB端口電源開關(guān)，能持續(xù)輸出最高2.5A的電流。