(技术贴）快速充电主流技术及解决方案盘点

随着科技不断的发展，终端设备的不断更新迭代，支持快速充电技术的移动设备越来越多，现在无论是智能手机还是智能手表，还是平板电脑、电子书阅读器等，如果不支持快速充电技

术已经不好意思说自己属于这个快节奏的时代了。

　　这不iPhone 7 据传会或支持快速充电，用户在Twitter上曝光了iPhone 7的电源管理芯片图片，与iPhone 6s的电源管理新品对比，这个芯片多了一个部件，这说明iPhone 7 可能有新的功能，有可能会支持快速充电。早前的传言称，iPhone 7会通过“Type-C 连接电脑，Ligntning 连接手机”的方式实现快速充电。新的传言是，iPhone7可能支持5V/2A快速充电。

　　快速充电三要素是充电器、电池、charge IC， 是能在1～5h内使蓄电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法。常用于牵引用蓄电池需要在较短时间内恢复完全充电状态时的充电。

　　快速充电技术是有着不同分支的，目前的充电标准一共分为下面几种：USB标准、苹果标准、高通标准、MTK标准。

　　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接口的充电器可以为手机提供15W（5V/3A）的充电功率

　　苹果的iOS设备接口基于USB，接口电源的规格比较简单，分为5V/1A、5V/2.1A两种，都是通过在充电器的D+和D-配置不同的识别电阻进行识别。

　　5V/1A：iPhone、iPod Touch都使用5V/1A的充电规格，充电使用；

　　5V/2.1A，提供给iPad、iPhone带Plus充电使用；

　　相对来说苹果iPhone的电池容量小，充电技术也比较单一，需求方面暂时没有出现什么问题，iPad电池容量大，5V/2.1A的充电规格出现得比较早。

　　高通在的Quick Charge 3.0（QC3.0），比起还没全面普及的QC2.0技术 提升了27%的充电速度，减少功率损耗45%。高通快速充电使用的是提高电压的方式来减少线损，高通到目前一共有三代快速充电技术，分别是：

　　高通QC1.0：输出规格5V/2A，基本都是骁龙600平台；

　　高通QC2.0：输出规格5V/9V/12V三档，最大电流3A，也就是目前使用最广泛的一种快速充电技术；支持的平台包括了骁龙200/400 /410/615/800/801/805/810，另外也授权给其他厂商使用，例如三星的快速充电技术、Intel的Boost Master快速充电技术其实也属于高通QC2.0；；

　　高通QC3.0：使用了被称为最佳电压智能协商（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage，INOV）的算法，支持3.6V到20V的工作电压动态调节，以200mV为步进。兼容的平台包括了高通骁龙820、620、618、 617和430，并且向下兼容QC2.0和QC1.0的设备，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快充技术

　　MTK的MTP Pump Express快充技术分为两种，一种带Plus一种不带Plus，带Plus的可以支持到9V/12V，从规格来看，普通的Pump Express支持前者，充电电流不超过2A，而支持Pump Express Plus的产品则可以达到12V/3A，这一类产品目前市面上比较少，魅族的移动电源和魅族支持mCharge的手机属于这一类产品。

　　除了以上4种使用广泛的快速充电技术，另外还有一种叫VOOC的闪充技术，来自于OPPO，就是经常听到的“充电5分钟，通话两小时”这句广告语所使用的充电技术。OPPO使用的做法是采用了高达4.5A的电流对电池进行充电，配合8触点电池和7Pin的USB接口，增加传输的触点数量有利于减少接触损耗，本来Micro USB接口只有寥寥几个Pin无法承受大电流也得到改善，这也属于快速充电的一种，但不属于平台化的产品，并没有普及。

　　以上介绍的都是市面上存在的快速充电技术，各家都基于USB接口，但兼容性上又有所差异，使用USB Type-C接口一类的新手机几乎都必须使用原配的充电器才能进行快速充电，由于接口方面的因素，第三方适配的产品很少。

　　高通QC技术的手机必须使用支持高通QC技术的充电器才可以实现快充。

　　MTK的PE支持的产品则比较少，只有魅族和联想的少量MTK机型支持，也必须搭配自家的充电器或者是移动电源才能实现。

　　二、快速充电解决方案详解

　　随着手机的屏幕越来越大，处理器的性能越来越强并升级多核。为保证续航，手机的电池容量也变大，这样造成充电时间不可避免的变长。如何缩短充电时间已成为手机应用及更多移动终端设备的一大瓶颈。相继出现基于不同厂商的快速充电解决方案，能够短暂的时间内有效提升充电效率。

　　（1）方案框图

　图示 On Semi方案框图

（2）方案特点

　　·通过频率反走和跳周期模式，减少待机功耗

　　·可通过光耦触发低功耗关闭模式

　　·无损过功率补偿

　　·基于定时器的过功率保护

　　·输出短路保护

　　·动态自供电的高压启动

　　·欠压监测功能

　　·有源 X2 电容放电

　　·严重故障时闩锁

　　·自动恢复或闩锁选择的过流保护

　　·空载待机能耗<30 mW

　　·可调功率过载保护

　　2、基于FAN501的快速充电解决方案

　　（1）方案框图

Fairchild方案框图

（2）方案特点

　　·输出短路保护

　　·毫瓦节省技术提供超低的待机功耗，很容易满足“能源之星 V5.0”

　　·恒压控制时，根据输入电压，有两段固定的 PWM 工作频率 140kHz/85kHz

　　·高压启动

　　·断续和连续工作模式实现恒流控制，无需次级反馈电路

　　·在连续工作模式有较高的功率密度和转换效率

　　·调频减少 EMI 噪声

　　3、基于TI控制器的快速充电解决方案

　　（1）方案框图

TI方案框图

（2）方案特点

　　·少于10mW 无负载功耗能力

　　·针对恒定电压 （CV） 的光耦合反馈，和针对恒定电流 （CC） 的初级侧调节 （PSR）

　　·在线路和负载上实现 ±1% 电压调节和 ±5% 电流调节

　　·700V 启动开关

　　·100kHz 最大开关频率可实现高功率密度充电器设计

　　·针对最高总体效率的谐振环谷值开关运行

　　·简化电磁干扰 （EMI） 兼容性的频率抖动

　　·针对金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET） 的已钳制栅极驱动输出

　　·过压、低线路和过流保护功能

　　4、基于Microchip产品的车载USB快速充电解决方案

　　2016年8月11日，大联大控股宣布其旗下品佳推出基于Microchip的UCS100X的车载快速充电解决方案。

图示1 基于Microchip的UCS100X的车载快速充电解决方案系统框架图

虽然USB端口如今可用作充电电源，但许多便携式设备因有着独特的充电要求而达不到充电标准，甚至无法充电。Microchip的UCS100X具有充电仿真功能的USB端口电源控制器。当便携式设备插入USB端口时，UCS100X器件会自动循环遍历9个预装载的充电仿真配置文件，直至充电开始。这些内嵌的配置文件与BC1.2 CDP、DCP、YD/T-1591以及大多数Apple®和RIM®便携式设备、电子书阅读器及许多平板电脑兼容。UCS1001/1002/1003器件不仅支持符合USB 2.0规范的数据交换，还提供一个USB端口电源开关，能持续输出最高2.5A的电流。

　图示2 基于Microchip的UCS100X的车载快速充电解决方案系统框架图

图示3基于Microchip的UCS100X的车载快速充电解决方案规格说明

该方案除可应用在车载USB充电之外，还可以应用在平板电脑、电子书阅读器、台式机、移动PC、打印机和数字TV等领域。

文章来源：微信公众号  融创芯城