都是快充為何不通用?一文看懂存在於手機端的那些快充協議

自從2007年蘋果發佈第一代iPhone之後,手機行業迎來了大變革的時代,手機面板的實體按鍵越來越少,到現在已經全部拿掉了。到2020年手機的螢幕越來越好,手機的性能也越來越高,仿佛兔子一樣飛奔,而手機電池卻像烏龜一樣緩慢的前行。雖然現在手機電池很多都已經5000mAh了,但對於一些用戶來說也還是不夠用,於是手機廠商就尋求了另外一種方式延長續航時間,加快充電的速度,也就是現在大家耳熟能詳的快充。

目前手機端存在的快充協議有很多個,主流的有USB PD、QC、AFC、FCP、SCP、VOOC、SuperVOOC、PE、FlashCharge等,這些協議是怎麼來的,怎麼發展的,互相之間是否相容,下面來詳細解讀一下手機端各個快充之間的發展史。

一、高通QC


最早的充電器功率只有5V1A 5W(這裡吐槽一下蘋果萬年的五福一安),對於諾基亞時代的功能機也許還夠用,但對於螢幕更大的智慧機就太捉襟見肘了。由於高通在手機快充起步最早,所以先說高通,在2013年的時候突破了USB-IF對於USB Battery Charge 1.2協議1.5A的電流上限,通過改裝MicroUSB介面內部的針腳數量將充電的電流由1A提升到了2A,這樣充電功率就翻了一倍,這就是Quick Charge1.0快充,也就是常說的QC1.0快充。


緊接著在2014年,高通再次通過改變USB介面的d+、d-的電壓,實現充電頭和手機之間相互識別,將充電的電壓提升為9V、12V、15V、20V,在電流不變的情況下實現最高18W的快速充電,充電速度提升了75%,並且和舊線材通用。


但由於電池在沒電的時候電壓是3.7V,充電器端為電池充電是以9V的高壓充電,壓差過大導致發熱就很大,效率很低。於是高通就採用電壓智慧協商(INOV)演算法,讓電壓可以以0.2V為遞減區間不斷調節直至找到合適的電壓,用來提升效率,這就是QC3.0。

QC3.0在QC2.0的9V、12V兩檔電壓基礎上,進一步細分電壓檔,採用獨特的INOV演算法,以200mV為一檔設定電壓,最低可下探至3.6V最高20V,並且向下相容QC2.0。由於全面使用了Type-c介面取代原來的MicroUSB介面,最大電流也提升到了3A,因為電壓自我調整可以更低所以效率提升最高達38%,充電速度提升27%,發熱降低45%。


轉眼間來到了2016年,高通推出了QC4快充協定,INOV演算法可以更精細的以20mV為檔位智慧調節,取消了12V電壓,相容USB PD(PPS)快充協議,但並不相容USB3.0和2.0。緊接著在次年也就是2017年的高通驍龍技術峰會上高通推出了QC4+快充,在QC4.0的基礎上除了相容USB PD和PPS之外還向下相容QC3.0和QC2.0。


時間一下子來到了三年後,三年的時間手機快充發展迅速飛快,並且已經有支持120W快充的手機了。這時候作為快充的先行者高通再次推出QC5快充,將充電功率提升到了100W+。相較於前面四代QC5的提升幅度最大,僅需5分鐘即可將4500mAh的電池從0充至50%,充電的速度提升四倍,效率更高,發熱更低,相較於第一代QC快充功率足足提升10倍。

二、華為FCP/SCP


FCP是由華為推出的自家的快充協定標準,全稱為Fast Charge Protocol,採用的是和QC2.0一致的高壓9V 2A快充標準,2015年的華為Mate 8的充電器就已經支持了9V 2A 18W快充。

隔年的2016年,華為Mate9發佈,並且將FCP快充升級為SCP快充,全稱Super Charge Protocol,SCP採用的快充方案和FCP不同,支持最高22.5W快充,並且採用的是4.5V5A和5V4.5A低壓直充的充電方案,好處就是發熱更低,效率更高。SCP基於USB-A介面,並且需要使用5A的USB-A to USB-C快充線。

在兩年後的2018年,伴隨著華為Mate20 Pro的發佈,快充方案也再度升級,功率上升到了10V4A 40W,也就是40W SCP快充。並且在手機端採用了電荷泵的技術,10V4A的電壓電流進入手機之後經電荷泵轉化為5V8A,變相的實現了電壓不變,電流繼續增加,帶來更高的充電功率,並且轉化效率最高可達98%。40W SCP快充協定基於USB-A/C介面,需要使用5A A to C快充線和C to C快充線。


2020年對於華為來說是非常不容易的一年,10月22日,華為正式推出了華為Mate40系列旗艦手機。除了搭載5nm制程的超強麒麟9000處理器之外,在充電上也有所升級。華為Mate40Pro&Pro+支持最高11V6A 66W超級快充。相較於此前的40W SCP快充又上了一層臺階。

三、三星AFC


目前市面上支援AFC快充協定的手機只有三星自己,同樣採用的是高壓方案,雖然理論上AFC支持9V2A 18W的快充功率,不過三星還是保守將功率限制在了9V1.67A也就是15W的快充功率。


對於快充三星一直處於保守的態度,原因都知道。以至於即使在S20這樣的旗艦機型上面也僅支持了25W的有線快充,45W的有線快充也僅僅是在三星S20 Ultra機型上搭載。但由於25W有線快充和45W有線快充是基於PPS快充改造的,所以只要是目前市面上支援PPS快充的設備都可以為三星手機提供快充,並且要高於15W的基礎快充功率。

四、OPPO VOOC/SuperVOOC


還記得當初的充電5分鐘,通話兩小時的廣告語嗎?,OPPO的這句廣告語在當初可謂是家喻戶曉。而OPPO能喊出這句廣告語也正是基於自家開發的VOOC閃充,也就是今天要介紹的OPPO系的快充方案。


和高通的QC快充方案採用的高壓快充不同,OPPO系的VOOC閃充通過提高充電的電流來提高充電功率,最開始的是5V4A 20W閃充,這就是VOOC1.0,於2014年3月份推出。帶來的好處就是可以有效降低發熱,提高效率,而且就算亮屏充電功率也不會下降,缺點就是從充電器到充電線再到手機端都是需要經過定制的,其中換了任何一個都無法觸發VOOC閃充。


不過VOOC1.0的20W充電器在外形體積方面比較大,隨後在同年的10月份,OPPO推出的mini充電器將充電器的體積縮小,功率不變,這是VOOC2.0。VOOC閃充持續了很久,後面通過VFC快充演算法將恒壓的充電效率提升了上來,不過功率還是20W,這就是VOOC3.0。


20W閃充持續的時間過長,在當時已經不夠看,所以OPPO在2019年的9月份推出了VOOC4.0閃充,將電流提升至6A,功率上升到了30W,相較於20W在充電時間上縮短了12%。


以上的VOOC閃充此前看上去非常的優秀,不過隨著時間的推移VOOC閃充有點不夠看了。所以在2018年的11月份,OPPO大刀闊斧,將充電電壓提升至10V,推出了SuperVOOC超級閃充,支持最高10V5A 50W的大功率閃充,並首次引入了氮化鎵充電器,這就是SuperVOOC1.0。


次年的10月份,OPPO在成都舉行“超玩大會”發佈會,正式發佈Reno系列全新產品Reno Ace等。在發佈會上,OPPO再度將恐怖的50W閃充提升到了65W,快充10V6.5A,並首次在OPPO Reno Ace搭載。手機端採用了雙電芯的設計,30分鐘就可以將一塊4000mAh的電池充滿,並且引入氮化鎵充電器,成為了當時全球首款標配氮化鎵快充充電器的手機,而且也是當時業界商用的充電功率最大的手機產品。以前的“充電5分鐘通話兩小時”也變成了“充電5分鐘,開黑兩小時。10V6.5A 65W超級閃充也就是SuperVOOC2.0。


隨後65W SuperVOOC超級閃充一直處於手機端最高的充電功率,直到2020年的7月份。在7月15日,OPPO在上海召開了新品發佈會,正式提出了125W超級閃充的技術,並在發佈會期間首次展示出125W充電器,並且將充電器的介面改為更通用的USB-C,系統完全充滿僅需20分鐘,這也是手機端首次搭載超過100W的快充功率。

五、聯發科MTK-PE


PE快充協定屬於聯發科旗下的快充標準,不過作為SOC的提供商,快充協議看上去更像是副業,PE全稱Pump Express。前期的PE快充協定遵循的也是將電壓從3.6V增加至5V 而實現大功率充電的方案,後面讓電源自身根據電流輸出決定初始電壓,可以智慧調節充電的電壓,最大功率可以達到30W+。


說到PE快充協議很容易就與魅族聯想起來,的確,魅族此前一直堅持著基於PE快充協議改進的mCharge快充。但最新發佈的魅族17 Pro卻捨棄掉了PE快充,現在支援PE快充協定的新機在市面上已經不多見了。

六、vivo FlashCharge


FlashCharge是vivo和iQOO專用的私有快充協議,其實FlashCharge最早的快充協議的充電功率是22.5W,5V4.5A快充,後面在2019年的10月下旬才推出了以11V為電壓檔位元的私有快充,功率可以達到11V3A 33W,相容QC2.0,這就是FlashCharge2.0快充。


後來將FlashCharge2.0快充進行了升級,充電電流提升到了4A,功率提升到了44W,採用雙電荷泵IC分離式設計,官方稱為SuperFlashCharge快充,在iQOO成立之際的首款機型上看到了搭載44W快充技術。後面vivo繼續發力,2020年的7月份推出了SuperFlashCharge2.0快充,將充電功率提升到了11V5A 55W,並向下相容33W快充和QC18W。


僅僅過了一個月,vivo再度對快充進行發力,推出了120W的FlashCharge超快閃充,並首次在iQOO 5 Pro上面搭載,短短15分鐘就可以將一塊4000mAh的手機電池充滿,自此,vivo正式進入百瓦快充時代。

七、USB PD


最後是USB PD,為什麼要把USB PD快充協議放在最後來講,因為它是目前最通用的快充協定標準,支援電壓5V-20V、電流1.5A-5A等,最高20V5A 100W的快充功率,USB PD全稱USB Power Delivery,是由權威組織USB-IF推出的一種快充協定標準,旨在一統快速充電技術規範,並且得到了各家科技巨頭的支援,USB PD快充協定基於USB-C充電介面開發,所以二者相輔相成,迅速在市面上得到了普及。


目前市面上出現了越來越多搭載USB-C介面的充電器,並且已經和USB-A介面有並駕齊驅的趨勢了。目前市面上大多數的電子設備,比如手機、平板電腦以及筆記本或者遊戲機之類都已經搭載了USB-C充電介面。但需要注意的是,想要支援USB PD快充充電器和設備的介面必須要是USB-C介面,但設備或者充電器帶有USB-C介面卻不一定支援USB PD快充。但有一點除外,小米旗下有65W PD充電器是在USB-A介面上魔改的,但目前只有小米一家是這麼做的。


但USB PD快充協議的不足就是無法平衡充電速度與轉化消耗的平衡點,所以在此基礎上又開發出了基於USB PD快充的PPS快充,PPS 全稱Programmable Power Supply。PPS的好處就是可以智慧調節電壓,在3V-21V之間以20mV為單位進行智慧調節,這個調節的過程在充電器端進行,每隔10s和手機交換充電的資料,這樣充電器可以根據手機的不同智慧調節電壓的大小用來匹配最適合充電手機的電壓和電流,這樣可以更好的減少損耗和發熱,效率也就更高了。


得益於USB-IF標準化組織的推動和高通的支持,目前PPS已經得到了很多廠商的重視,並在逐漸向PPS靠攏。比如三星的45W快充就是PPS快充,很多大功率的快充技術採用的都是PPS的快充方案。最後需要注意的一點就是PPS是基於USB PD3.0開發,所以想要支援PPS就必須支援PD3.0,但支持PD3.0卻不一定支持PPS。

總結

目前市面上主流的快充協議基本就這麼多,PD、QC、AFC、FCP、SCP、VOOC、SuperVOOC、PE、FlashCharge,以上是對這些協議的詳述。其中最為普遍的是PD和QC,對線材和充電器的要求也比較低,支援的設備也是最多的,很多手機廠商和協力廠商的配件廠商的充電產品都可以支援PD和QC快充協定。剩下的AFC和FCP也很常見,在很多三星手機和華為手機上搭載;SCP是華為的超級快充,普遍性也比較高,在除華為之外的其他充電配件當中也可以見到。

現在PE快充比較少見,主要是魅族的一些機型還支持PE快充;OPPO系的VOOC、DART、Warp閃充主要在自家的配件和經過授權的協力廠商配件廠商可以見到,而SuperVOOC和SUPERDART超級閃充只有OPPO系的充電配件可以見到,且僅針對特定的OPPO和realme以及一加手機有效;至於FlashCharge快充目前僅有vivo和iQOO的手機搭載。

USB PD快充協定是USB-IF標準化組織推出的一個快充標準,旨在統一電子設備的快充方案,所以這裡放在最後作為總結來寫。其實電子設備之間的快充標準統一是大勢所趨,這也是消費者想看到的,否則手裡有一個充電器和充電線,為設備充電無法啟動快充只是因為其中的充電線和充電器無法握手快充通訊導致快充作廢,對於消費者來說是一件很難受的事情。

因為快充是需要充電器端、連接線材以及設備接收端都支援快充才可以進行快充通訊的,如果非要把以上的快充普及度排名的話,

我想應該是PD/QC>FCP>SCP>VOOC>AFC>SuperVOOC>PE>FlashCharge,

大於號前面的普及度要比大於號後面的高。至於為什麼會有這麼多快充協議,同樣是9V2A為什麼不通用,這其中的原因有很多,快充標準不同或者配件要求高,一兩句話說不清楚。

目前包括USB-IF、高通、蘋果和穀歌等科技巨頭都在致力於推動快充統一的標準,相信未來只要一個快速充電器和一根快速充電線就可以實現為所以設備提供快速充電。

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