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手机快充技术原理安全吗?

2016/7/3 20:43:21      点击:

手机快充技术原理跟着智能手机的遍及和用户对手机运用续航时刻需要的进步,在受限于锂电池技能无法取得突破而做大能量密度的情况下,智能手机电池迅速充电技能运用户在短时刻内迅速弥补电量,然后使手机的续航时刻得与延伸,比方半小时内可以充满75%的电量,让用户轻松取得满意电池电量。

  当快冲技能全面来袭,咱们该怎么为商品挑选适宜的充电计划?是摆在商品设计师和商品司理面前的一道出题。全部市面上的商品,快充技能大致有四种,即高通的QuickCharge版(如QC2.0、QC3.0),联发科版(Pump Express和Pump Express plus),OPPO 的VOOC,以及TI的Maxcharge(实际上它一起兼容了高通QC2.0版和联发科Pump Express协议)。也有人说快充技能是5种、6种、乃至7种,但在如今也就上面这四种,是在原有USB 5V充电技能上有所突破的技能,具体请看文章后边的具体解说。

  惯例USB 5V充电技能的瓶颈,充电环路示意图如图-1,充电环路阻抗约0.32Ω,那关于4.2V和4.35V电池最大充电电流有以下公式:

     (5-4.2)/0.32=2.5A (5V input source, Battery CV=4.2V)

     (5-4.35)/0.32=2.03A. (5V input source,Battery CV=4.35V)

      图-1

  因而,手机的惯例充电方法,无法再进步充电电流,不能满意如今手机电池越来越大后,对大充电电流的请求。

  一、高通QC版快充技能

  这是一个市面上选用较多的快充技能,小米4C,小米note,三星等干流品牌均在选用此充电技能。这与如今高端智能手机所选用的平台有适当联系。别的,这种技能相对简略,完成起来相对简略,本钱进步不明显,市场较简略接受。高通QC充电技能有两个版别,分别是QC2.0和QC3.0,如今QC3.0的手机还很少,遍及仍是QC2.0。

  图-2

  快充技能的原理,经过USB端口的D+与D-的不相同电压给合,来向充电器请求相应的输出电压供手机充电。QC2.0并不是简略的D+与D-的组合就可以让充电器输出所需的电压,而是还有一些协议在里面,需要先发送握手信号,比方1.5s的握手电压组合,才干进行下一步的输出,否则,直接按图-4将D+与D-电平设置好是不会改动充电器的输出电压的,这也是为了非常好的维护非QC2.0技能的手机,不会因为误触发了充电器的升压机制而烧毁手机,图3是QC2.0充电器原理图的调压有些。

  图-3

      图-4

  高通QC2.0 握手协议:

  快充的充电器与手机经过micro USB接口中心两线(D+D-)上加载电压来进行通讯,调理QC2.0的输出电压。握手进程如下:当将充电器端经过数据线连到手机上时,充电器默认经过 MOS让D+D-短接,手机端探测到充电器类型为DCP(专用充电端口形式)。此刻输出电压为5v,手机正常充电。 若手机支撑QC2.0迅速充电协议,则Android用户空间的HVDCP进程将会发动,开端在D+上加载0.325V的电压。当这个电压保持1.5s 后,充电器将断开D+和D-的短接, D-上的电压将会降低;手机端检测到D-上的电压降低后,HVDCP获取手机预设的充电器电压值,比方 9V,则设置D+上的电压为3.3V,D-上 的电压为0.6V,充电器输出9v电压。

  快充技能的长处是,极好地处理惯例手机充电电流的约束,因为充电器输出电压的进步,手机充电环路的阻抗约束的充电电流的疑问得到了极好地处理,缺陷是,功率仍不是很高,在手机端发热量还比较大。

  跟着高通QC3.0的发布,极好的弥补了QC2.0功率偏低的疑问。

  手机快充技术原理充电速度是传统充电方法的四倍,是Quick Charge 1.0的两倍,比Quick Charge 2.0充电功率高38%。Quick Charge 3.0选用最好电压智能协商(INOV)算法,可以依据掌上终端确定需要的功率,在恣意时刻完成最好功率传输,一起完成功率最大化。别的,其电压选项规模更宽,移动终端可动态调整到其支撑的最好电压水平。具体来说,Quick Charge 3.0支撑更细化的电压挑选:以200mV增量为一档,供给从3.6V到20V电压的灵活挑选。这么,你的手机可以从数十种功率水平中挑选最适合的一档。

  二、联发科Pump Express快充技能

  与高通QC2.0虽在完成方法上有所不相同,却有异曲同工之妙。高通QC2.0是经过USB端口的D+和D-来个信号完成调压,而联发科的Pump Express快充技能,是经过USB端口的VBUS来向充电器通讯并请求相应的输出电压的。QC2.0是经过配置D+和D-电压的方法来通讯,Pump Express是经过VBUS上的电流脉冲来通讯,但终究的意图是进步充电器的电压到5V,7V,9V。

  快充技能的VBUS电流与VBUS电压波形如图-5:

  图-5

  快充技能充电器原理图,及原理简介

  图-6

  快充技能的长处,与QC2.0相似,因为进步了充电器的输出电压,处理了充电电流的约束。一起缺陷也与QC2.0相似,因为充电器的调压档跨度比较大,带来手机端充电路功率偏低。所以,MTK Pump Express Plus快充技能随之诞生,Pump Express Plus技能与高通QC3.0相似,增加了调压档数,每档200mV。手机可以依据电池当时电压以及充电环路衰减,向充电器请求适宜的电压,以到达以电功率的最大化,以进一步降低手机在充电进程中的发热量。

  三、OPPO VOOC闪充技能

  称自个研制的快充技能为“ VOOC闪充技能“,也是最奥秘的快充技能,如今只要OPPO的几款商品在用,即Find 7和N3等,因为OPPO对此技能有专利约束,其它手机厂商只能拍案叫绝,且本钱相对较高,充电器体积较大,便携方面没有其它快充技能的好。

  的VOOC闪充技能与传统充电最大的差异在于,立异性的将充电操控电路移植到了适配器端,也即是将最大的发热源 移植到了适配器。这么操控电路在适配器,而被充电的电池在手机端,充电时手机发热得以极好的处理。为了非常好的对充电流程进行操控 (比方操控电路需要实时监测电池电压、温度等),OPPO特别在适配器端加入了智能操控芯片MCU,适配器端完成了充电操控电路,智能操控充电的全部流程。

  闪充技能的官方宣传图像:

  图-7

  图-8  8个触点的电池

  图-9  大个头的充电器

  四、TI的maxcharge技能

  的maxcharge技能是将高通QC2.0和联发科的Pump Express,以及TI本身的高性能充电办理做了一次整合,比较有代表性的计划有BQ25895,其最大充电电流可达5A,最大输入电压14V,可以极好地支撑QC2.0和Pump Express规范的充电器。咱们对TI供给的BQ25890 demo板实测,在4A充电时,芯片温度达55度摆布(在环境温度25度下测验),差不多有30度的温升,这假如放在手机内部,将会是一个主要的热源。

  的maxcharge充电芯片的简便原理图,

  图-10 TI的maxcharge充电芯片的简便原理图

  图-11 BQ25890 Demo板实测

  的maxcharge充电技能的长处,因为一起兼容高通QC2.0和联发科Pump Express技能,因而也就一起具有了QC2.0和联发科Pump Express的优化点。它缺陷也和高通与联发科相同,全体的功率还不是很高,因而发热量较大。

  鉴于手机充电有些的发热疑问,短时刻QC3.0和Pump Express plus还未遍及,那么咱们是否还有其它计划来减小手机充电发热量呢?答案是必定的。咱们用两颗充电芯片一起对一颗电池进行充电,可以削减独自充电芯片的发热量。图-12是双充电芯片原理图,图-13是BQ25890+BQ25896双Demo实测,设置两颗充电芯片的充电电流都为2A,一共4A对电池充电,充电30分钟后,测到两个芯片的温度分别为42度和40度,室温为25度,芯片温升分别为17度和15度,比单芯片充电计划的温升降低了一半。因而,双充电芯片计划对进步充电功率,削减手机充电发热方面具有很大的优势。

  图-12  双充电芯片原理图

  图-13  BQ25890+BQ25896双Demo充电实测

  图-14  充电进程曲线

  五、充电计划的挑选

  面临上述充电计划,咱们要怎么挑选呢?

  本钱,功率,发热量,便携性,专利,等均需要思考。首要,OPPO的VOOC闪充技能在本钱,以及充电器便携性方面必定是不占优势,加之其有专利方面的约束,其它厂商在没有取得OPPO授权的情况下,不可能选用此计划。高通和联发科尽管各自也有专利,但暂时还未向运用者收费,且在本钱与充电器便携性方面更具有优势,咱们不难看出,在接下来的一段时刻里,快充计划的选用方面,TI芯片将具体更灵活的挑选性。

  手机快充技术原理电池在快充技能发展进程中,起着无足轻重的效果,电池充电倍率的凹凸,直接影响充电的速度。如今手机上常用的电池充电倍率有:0.5C,0.75C,1C,1.5C等。比方一个电池只要1000mAh的项目,客户请求支撑快充,这时咱们需要剖析,客户请求支撑快充的意图是什么?只是要有这个噱头?仍是需要缩短充电时刻?假如是前者,那只需要硬着头皮加上快充计划即可,其本质和不带快充的计划没有多大不同(除了本钱有所进步),如QC2.0在9V时可输出1.5A以上,电池端的电流可以到达2.5A以上,关于1000mAh的电池来说,假如是如今较好的手机高倍率电池1.5C,也只需要1.5A的充电电流,那么换算到充电器端,充电器只需要在9V电压时输出0.75A摆布即可,假如在5V电压时,则只需要输出1.4A摆布也能满意,因而,这个项目只需要挑选更高倍率的电池即可,而不需要选用快充技能,亦能满意项目对充电的需要。若一个项意图电池是4000mAh,2A充电电流仅为0.5C,假如选用3A的快充计划,也只能到达0.75C,充电时长约需约2.5小时,假如是支撑1C充电的电池,选用4A充电,则充电时刻可缩短到约1.5小时。

  电池充电倍率与充电时刻的大致联系如下表:

  以上是咱们对当时快充计划和双充电IC的总结,言而总之快充计划的挑选,是一个综合性的技能计划挑选,它具有水桶效应。咱们要依据项目需要,合理地挑选,期望以上的技能剖析内容,可以给未做过快充计划的同行工程师一些参阅信息,一起也期望看到更多的工程师能在快充技能上取得新的发展,给手机用户非常好的体会。