淺析移動(dòng)設(shè)備充電那些事

摩托羅拉手機(jī)主打“渦輪快充”（Turbo Charger）技術(shù)，而最近市面上還出現(xiàn)了支持快速充電的移動(dòng)電源。那么，這兩種“快充”是否存在淵源？什么樣的手機(jī)才能享受快充待遇呢？借此機(jī)會(huì)，就讓我們好好聊聊移動(dòng)設(shè)備充電的那些事吧。

充電不僅是硬件的事

在我們的印象中，給手機(jī)/平板等移動(dòng)設(shè)備充電，只要將它與數(shù)據(jù)線和電源連接即可，至于充電速度則完全取決于充電器的輸出電壓/電流。比如，將平板插在電腦的USB2.0接口上肯定沒(méi)有插在DC電源上快。實(shí)際上，移動(dòng)設(shè)備，特別是Android系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備在充電方面并沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單（圖1）。

接觸過(guò)多款A(yù)ndroid平板的用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：有些平板在和電腦的USB接口相連時(shí)，可以一邊游戲一邊充電；但還有些品牌在連接電腦時(shí)只有待機(jī)狀態(tài)才能充電，要是看上視頻或打上游戲，電量似乎還會(huì)越來(lái)越少。而這類現(xiàn)象產(chǎn)生的根源，就是源于Android系統(tǒng)層面的內(nèi)核配置信息上的問(wèn)題了。

USB為何充不上電

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，由于內(nèi)置的電池、電腦的USB接口、DC電源都可以給Android設(shè)備供電，同時(shí)后兩者還能給電池充電，而鋰電池自身也需要一個(gè)IC芯片來(lái)管理充放電……因此Android系統(tǒng)會(huì)在/sys/class/power_supply/路徑中的battery、usb和ac等目錄里提前預(yù)設(shè)好相關(guān)的配置信息，在不同的剩余電量、輸入電流和電壓的情況下觸發(fā)相應(yīng)的充電規(guī)則（圖2）。

有些Android設(shè)備的供電策略很奇怪，在連接電腦時(shí)會(huì)采取USB和電池同時(shí)供電的方式，但此時(shí)USB卻始終保持5V電壓和小于100mA的恒定電流。于是，就會(huì)出現(xiàn)插著USB使用時(shí)依舊耗電的現(xiàn)象。有些用戶總反映平板開(kāi)機(jī)插電腦時(shí)間久了會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，就是源于這個(gè)問(wèn)題。如果你的設(shè)備不幸出現(xiàn)類似問(wèn)題，可以通過(guò)編譯內(nèi)核的方式強(qiáng)制優(yōu)先使用USB供電，并讓USB供電電壓隨電池電壓而升高，只有在耗電較大時(shí)才激活電池與USB一起供電。

渦輪快充原來(lái)是“馬甲”

回到本文的主題，摩托羅拉手機(jī)以“渦輪快充”為主打賣(mài)點(diǎn)，很容易讓人誤以為該技術(shù)是摩托羅拉自己的獨(dú)門(mén)絕技。實(shí)際上，渦輪快充就是高通Quick Charge 2.0（下稱QC2.0）技術(shù)的“馬甲”，也是目前Android設(shè)備中已趨于成熟的快速充電技術(shù)之一（圖3）。

我們都知道，功率（P）=電壓（U）×電流（I），在電池容量一定的情況下，功率越大意味著充電速度越快。因此，想提高充電速度就有了以下三種方案：

1.高電壓高電流

2.低電壓高電流

3.高電壓恒定電流

問(wèn)題來(lái)了，USB數(shù)據(jù)線受標(biāo)準(zhǔn)所限無(wú)法承載太大的電流，只能實(shí)現(xiàn)加壓。而加壓之后又會(huì)明顯增加電池和充電器的發(fā)熱量，由此就陷入了一個(gè)死循環(huán)。而QC2.0技術(shù)則通過(guò)軟硬件的優(yōu)化，通過(guò)“高電壓恒定電流”的方式最終實(shí)現(xiàn)了快充效果。

QC2.0技術(shù)的工作原理

高通QC2.0技術(shù)可以提供5V、9V和12V三種電壓，并最高支持3A充電電流（電流值可根據(jù)廠商要求上下浮動(dòng)）。而摩托羅拉的渦輪快充則支持5V/1.6A、9V/1.6A和12V/1.2A三種充電標(biāo)準(zhǔn)。以Moto X Pro內(nèi)置的3220mAh電池為例，其標(biāo)稱電壓為3.7V，換算成Wh（瓦時(shí)）后為（3220mAh×3.7V÷1000）11.9Wh。如果用標(biāo)準(zhǔn)的5V/1.6A（8W）充電，在不考慮內(nèi)阻和轉(zhuǎn)換率的情況下理論充電時(shí)間為（11.9Wh÷8W）1.48小時(shí)。在進(jìn)入9V/1.6A（14.4Wh）快充模式后，理論充電時(shí)間就可縮短至0.8小時(shí)了。這就是QC2.0的基本原理。

問(wèn)題來(lái)了，提高電壓勢(shì)必導(dǎo)致電池/充電器的內(nèi)阻和溫度增加，QC2.0技術(shù)又是如何判斷當(dāng)前設(shè)備是否支持QC2.0，并確保充電安全的呢？

來(lái)自軟硬件層面的配合

首先，想使用QC2.0技術(shù)，在硬件上必須搭載高通驍龍800或64位的驍龍?zhí)幚砥鳎▓D4），如果設(shè)備沒(méi)有采用高通處理器，就必須添加一顆支持QC2.0的Charger IC芯片（圖5）。此外，充電器方面也必須符合QC2.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即支持9V和12V輸出電壓（圖6）。

接下來(lái)就是軟硬件層面的協(xié)同合作了。當(dāng)充電器通過(guò)數(shù)據(jù)線與Android設(shè)備相連后，如果手機(jī)端硬件支持QC2.0技術(shù)就會(huì)觸發(fā)Android系統(tǒng)的HVDCP（high voltage dedicated charger port）進(jìn)程自動(dòng)啟動(dòng)，它一方面會(huì)去嘗試和充電器“溝通”，判斷充電器是否也符合QC2.0標(biāo)準(zhǔn)，另一方面會(huì)不斷檢測(cè)電池當(dāng)前的溫度和電壓等信息，并根據(jù)/sys/class/power_supply/路徑下各種配置文件的數(shù)值去動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流或電壓。如/sys/class/power_supply/usb/voltage_max的值為9000000mV，那就會(huì)以9V的快充標(biāo)準(zhǔn)充電。

同理，當(dāng)檢測(cè)到電池溫度過(guò)高時(shí)，QC2.0技術(shù)會(huì)暫時(shí)關(guān)閉并將電壓降低到標(biāo)準(zhǔn)的5V實(shí)現(xiàn)快速降溫，待溫度和當(dāng)前電量符合安全閥值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)再提高電壓繼續(xù)快充。換句話說(shuō)，QC2.0快充并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)過(guò)程，而是會(huì)隨電池電壓、電量和溫度等參數(shù)動(dòng)態(tài)請(qǐng)求充電器調(diào)整輸出電壓的過(guò)程。

小結(jié)

總之，渦輪快充并非什么高端的技術(shù)，像努比亞Z7/Z9、小米4等搭載驍龍80x系列處理器的手機(jī)在搭配QC2.0充電器時(shí)都可激活快充功能。希望QC2.0和MTK pump express等快充技術(shù)趕緊普及，而廠商們也能直接標(biāo)配支持快充的充電器（圖7），減少手機(jī)與DC電源親密接觸的時(shí)間吧。

擴(kuò)展閱讀

除了高通以外，聯(lián)發(fā)科也推出了自己的“MTK pump express”快充技術(shù)，其原理和QC2.0技術(shù)相似，也是通過(guò)“高電壓恒定電流”的方式實(shí)現(xiàn)。此外，OPPO特有的VOOC閃充技術(shù)原理是“低電壓高電流”，優(yōu)點(diǎn)是充電速度更快且發(fā)熱量低，缺點(diǎn)是需要定制的數(shù)據(jù)線、USB接頭以及充電器，成本太高。