11月26日晚，國內(nèi)知名手機品牌金立一口氣發(fā)布了八款全面屏手機，其中主打高端商務(wù)的旗艦機型金立 M7 Plus除了搭載全面屏之外，還加入了無線快速充電功能，在國產(chǎn)機中首發(fā)Qi標(biāo)準(zhǔn)無線充電技術(shù)，充電功率高達(dá)10W，這也意味著國內(nèi)首款搭載無線充電功能的手機也正式發(fā)布。

有媒體實測表明，金立M7 Plus的無線充電輸入端功率穩(wěn)定在14W左右，完全可以媲美目前市面上主流的有線快充。

近幾年，手機市場的競爭比往年更加激烈，國產(chǎn)手機的比拼早已不再是單純的性價比之爭，力求差異化的良性競爭成為了市場的主流聲音。如今主流智能手機或多或少都兼具了“快充”功能。“快充”到底是怎么一回事，怎樣才能讓手機充電充得更快呢？

手機充電的原理是什么？

1991 年，索尼和旭化成公司聯(lián)合發(fā)布了首款商用鋰電池，從此，鋰電池開始被廣泛用于數(shù)碼 3C 產(chǎn)品當(dāng)中，手機自然也不例外。

鋰電池的工作原理：

鋰電池分為正極和負(fù)極，正極是鋰化合物，負(fù)極主要采用石墨材料，均浸泡在電解液當(dāng)中。

無論是放電還是充電，其實都是鋰離子在電池的正極與負(fù)極之間移動、電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的過程。充電時，由于電場的作用，鋰離子從正極移動到負(fù)極，并存儲能量；放電時，鋰離子在化學(xué)反應(yīng)的作用下從負(fù)極又移動到正極，此時形成電流供電。

鋰電池充電的速度，實際上就是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的速率，也就是所謂“功率”（P）。簡單回顧一下中學(xué)物理，眾所周知：

P=IU  功率=電流*電壓 

電流或電壓越大，功率也就越大，鋰電池充電速度理應(yīng)更快。但受到鋰電池本身的限制，在欠壓或過壓的情況下充電，都會對電池產(chǎn)生損傷，因此鋰電池的充電方式比較特殊，通常分為三個階段：

恒定電流預(yù)充電（Constant Current Pre-charge Mode）  大電流恒定電流充電(Constant Current Regulation Mode)  恒定電壓充電（Constant Voltage Regulation Mode） 

在手機完全沒電時，充電器先通過電流較小的恒定電流對鋰電池進行充電，使其慢慢恢復(fù)活性；一段時間后，充電器會加大恒定電流，并逐步提高電壓，這是鋰電池充電的主要階段；電池電量在 80% 左右時，充電器會在恒定電壓下慢慢減小電流的輸入，直到電流低于某個臨界值，此時手機顯示充滿電。

這樣的充電流程，一般都是由手機內(nèi)置的電源管理芯片進行控制的，而充電器大部分情況下僅僅是根據(jù)電源芯片的指令進行調(diào)控而已。

因此，如果要提升手機鋰電池的充電速度，必須在“大電流恒定電流充電”階段下功夫。

在功能機時代，手機對電池容量的要求不高，鋰電池技術(shù)也不那么成熟，為了使鋰電池充電趨于穩(wěn)定，當(dāng)時大部分廠商都遵循國家建議的低倍率充電標(biāo)準(zhǔn)“5V 0.2C”——即充電電壓為 5V，充電電流為 0.2C（C 代表代表電池充放電的速率，當(dāng)電池以 1C 的電流充電時，1 小時即可完全充滿電。如果是 1000mAh 容量的電池，1C 就是指充電電流為 1A；2000mAh 容量的電池，1C 就是指充電電流為 2A，以此類推）。

但隨著智能手機時代的到來，手機對電量的需求大增，低倍率充電標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很難滿足充電的需求。而此時鋰電池技術(shù)也有了較大的發(fā)展，穩(wěn)定性更好，充放電的耐受性也有所提升，“快充”開始登上舞臺。

什么是“快充”？

本質(zhì)上，“快充”就是一種在合理范圍內(nèi)提高手機充電功率的技術(shù)，旨在為手機迅速補充大部分的電量。由于功率與電壓和電流的大小有關(guān)，目前“快充”主要分為以下兩種方案：

高壓小電流  低壓大電流 

“快充”是一整套的充電解決方案，需要手機內(nèi)置的電源管理芯片、充電線、充電器三部分共同協(xié)調(diào)，缺一不可。

iPhone 就是一個典型的反例。盡管 iPhone 8、iPhone X 都已經(jīng)支持快充，但配套的充電頭卻是“5V 1A”的規(guī)格，滿負(fù)荷時功率也僅僅只有 5W，充電效率極低。

早在 2013 年，高通就意識到了“快充”對智能手機的重要性，當(dāng)時就推出了 Quick Charge 1.0 標(biāo)準(zhǔn)，通過提高輸入電流來提高充電效率，讓搭載驍龍 600 處理器的手機支持“5V 2A”充電。

但由于 micro USB 接口的限制，超過 2A 的電流很可能會造成損毀的情況，于是高通又想到了另一套解決方案——提高接口的電壓。在把輸入電流限制在 2A 以內(nèi)的情況下，通過提高供電電壓，同樣可以達(dá)到提升功率的效果。

經(jīng)過不斷地改進，高通的 Quick Charge 2.0/3.0 可以實現(xiàn)“9V 2A”，也就是以最高 18W 的功率進行充電。

“高壓小電流”快充方案啟發(fā)了不少同行，聯(lián)發(fā)科的 Pump Express Plus 1.0/2.0、三星的 Fast Charge、魅族的 mCharge 3.0 都是類似的解決方案。

不過，在高電壓輸入手機之后會有一個降壓過程，此時手機內(nèi)部會產(chǎn)生熱損耗，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。因此，不少采用這套方案的手機在亮屏?xí)r都不會激活快充，以防機身過熱。

此外，由于廠商之間存在競爭關(guān)系，因此盡管快充實現(xiàn)原理相似，但彼此之間存在兼容性問題，因此要提升充電效率，首要的是選擇兼容性好的充電器。

2014 年，搭載 VOOC 閃充的 OPPO Find 7 橫空出世，充電功率達(dá)到驚人的 22W。隨著 OPPO 手機的熱賣，“充電五分鐘，通話兩小時”的廣告詞也深入人心，消費者開始認(rèn)識到“快充”的意義。

VOOC 閃充的快充原理就是“低壓大電流”策略。

由于 micro USB 接口限制了輸入電流的大小，因此 OPPO 干脆將整套充電系統(tǒng)進行定制——充電器、充電線、手機內(nèi)部電路都進行改造，并采用電池多線路充電的方法，使得 VOOC 閃存能夠以“5V 4A”進行充電。

（VOOC 閃充充電器）

VOOC 閃存的好處在于，把充電過程中的發(fā)熱組件基本都設(shè)置在充電器里，在實現(xiàn)快充的同時手機不至于過熱。但缺點也比較明顯，一是得配合 VOOC 閃充充電器、充電線才能使用， 二是整套解決方案成本較高，搭載 VOOC 閃充的手機價格都不會太便宜。

歸根結(jié)底，手機快充的癥結(jié)所在，就是那個小小的 micro USB 接口——你可能也注意到了，近年來搭載 USB-C 接口（全稱 USB Type-C）的手機越來越多，實際上這就是手機接口革命的前兆。USB- C 可以說是未來接口標(biāo)準(zhǔn)的一個交點，有以下幾個重要特性：

支持正反插拔  兼容 USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn)，最快支持 10Gbit/s 傳輸  支持 USB Power Delivery 充電協(xié)議，最大可以提供 100W 的電力，并且可雙向供電  支持 DisplayPort，可以輸出音頻與視頻 

（USB-C 接口的好處）

目前 USB-C 最典型的應(yīng)用，其實就在任天堂年初發(fā)售的新主機 Switch 上。僅靠 USB-C 接口，Switch 就實現(xiàn)了正反插拔、主機供電、游戲輸出等功能，讓 Switch 能在掌機和主機之間自由切換。這也是為什么新 MacBook、MacBook Pro 都只采用 Thunderbolt 3 接口的原因（外觀與 USB-C 相同，功能上兼容 USB 3.1）。

USB-C 支持 USB Power Delivery 充電協(xié)議（簡稱為 PD 充電協(xié)議），得以讓手機充電的輸入電流、電壓都有所突破，最高可達(dá)“20V 5A”。

（新 MacBook Pro 搭載了四個 USB-C 接口）

現(xiàn)階段，USB-C 還處在一個過渡期，并不是所有采用 USB-C 接口的手機功能都兼容 USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn)、采用 PD 充電協(xié)議，但根據(jù)充電頭網(wǎng)的消息，新標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⒂?12 月份公布，屆時，手機市場也許會迎來快充新秩序。

此外，2017 年發(fā)布的三款新 iPhone 也都支持 PD 充電協(xié)議，采用“高壓小電流”的快充方案，輸入功率可達(dá) 15W，不過電量達(dá)到 75% 之后功率會降低到 7.5W 左右。

（iPhone 8 Plus 快充實測）

小技巧：怎樣讓手機充電變得更快？

弄清楚手機快充的原理和類型之后，提高手機充電速度的辦法也就一目了然：

充電時少玩手機  開啟“省電模式”進行充電  選用合適的快充充電器 

前兩點很好理解，屬于能夠小幅提升充電速度的技巧。

對于采用“高壓小電流”快充方案的手機，由于在手機內(nèi)部存在降壓過程，會產(chǎn)生熱損耗，因此亮屏?xí)r通常都不會激活快充，以防機身過熱。

而開啟“省電模式”（iOS 稱為“低電量模式”）后，手機系統(tǒng)的各項功耗都會有所減少，因此充電速度也就更快。目前，F(xiàn)ast Charging 等號稱能夠讓充電速度變快的 App，也都是采用類似的原理——通過嚴(yán)格地控制手機的功耗，來提升手機充電速度。

（iPhone 的“低電量模式”開關(guān)）

事實上，選用合適的充電器，看似微不足道，卻是最影響手機充電效率的部分。

支持快充的 Android 手機，原裝充電器的充電速度通常都是最快的。如華為 Mate 10 使用標(biāo)配的 HUAWEI SuperCharge 充電器，就能以“5V 4A”的低壓大電流進行充電，但如果使用其他的充電器，則無法保證快充效果。

如果你不確定自己手頭的充電器是否支持快充，也可以簡單地通過充電頭上標(biāo)識的參數(shù)進行判斷：

“圓圈閃電”標(biāo)識表示支持高通 Quick Charge 技術(shù)，只要你的手機搭載了高通處理器，基本上都可以用這種充電頭實現(xiàn)快充。

“輸出功率”則決定了充電速度的快慢，功率在 15W 以上的充電頭都屬于快充頭。一般來說功率較大的充電頭，充電速度會相對更快一些，但具體還要視機型的支持情況。

比如用小米 6 標(biāo)配的充電頭，給小米 6 充電能夠以 15W 的功率進行充電，但給紅米 Note 4X（驍龍 625 版）就只能以 10W 的功率充電，雖然都屬于 Quick Charge 的范疇，但充電速度差距明顯。

至于 OPPO 采用的 VOOC 閃充方案，由于定制化程度更高，因此只有使用標(biāo)配的 VOOC 充電器以及充電線才能實現(xiàn) 20W 功率的快充。

值得一提的是，手機充電的功率是由手機進行控制的，不同標(biāo)準(zhǔn)之間存在“握手協(xié)議”。充電器會自動根據(jù)手機的指令對輸入功率進行調(diào)控，因此不必?fù)?dān)心大功率充電器把燒毀手機的問題。反倒是大功率充電器不容易滿負(fù)載運行，因此發(fā)熱量會比小功率的充電器更小一點。

至于萬年標(biāo)配 5W 慢充頭的 iPhone，建議購入蘋果官方的 12W 充電器，這也是性價比較高的 iOS 設(shè)備快充解決方案。

iPhone 8 / iPhone X 雖然支持快充，但需要額外購買蘋果官方的 29W 充電器以及 Lighting 轉(zhuǎn) USB-C 的數(shù)據(jù)線，二者分別為 388 元和 188 元，也就是你要多花 576 元才能使用 29W 的充電頭。

如果選購 149 元的 12W 的充電器，雖然輸入功率上不如 29W，但已經(jīng)比 5W 的慢充頭快得多了。根據(jù) AppleInsider 的測試，給 iPhone 8 Plus 充滿電，12W 充電器雖然比 29W 的慢了約 20 分鐘，卻足足比 5W 慢充頭快了一個小時。

（iPhone 8 Plus 充電測試）

此外，12W 充電器還能給舊款的 iPhone 6s、iPhone 7 充電，可以實現(xiàn)最高 10W 的充電功率，這也比原裝的 5W 慢充頭快多了。

在電池技術(shù)沒有大步闊進的情況下，“快充”對用戶體驗的確有顯著的提升。但混亂的快充標(biāo)準(zhǔn)、配件的兼容性問題，又成為制約“快充”的短板。

得等到什么時候，Android 才能統(tǒng)一快充標(biāo)準(zhǔn)，iPhone 才會標(biāo)配快充頭呢？





推薦閱讀：
工程師不可不知的5G知識 
自折疊外骨骼賦予機器人「變身術(shù)」 
3GPP第一個5G標(biāo)準(zhǔn)出爐！ 
全球定位技術(shù)的斗爭，北斗BDS導(dǎo)航VS老美GPS