電池容量大了，充電時(shí)間怎么縮短？

在探討快充技術(shù)前，先來(lái)回顧一下智能手機(jī)和過(guò)去幾代電池的發(fā)展歷程。智能手機(jī)經(jīng)歷了四代的發(fā)展后，電池容量終于有所突破。究其原因，并非是電池密度提升，而是因?yàn)槭謾C(jī)屏幕變大后，電池的空間、容量也相應(yīng)地得到了一點(diǎn)提升；其次，電芯電壓有所提升，4.2V電池現(xiàn)在成為了4.3V，并且今年已經(jīng)有很多廠(chǎng)商開(kāi)始做4.4V電芯。

發(fā)展到第五代智能手機(jī)，當(dāng)電池容量能夠做到3000mAh時(shí)，已經(jīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)都帶來(lái)了挑戰(zhàn)，原來(lái)的適配器已經(jīng)落伍了。這是因?yàn)楹芏鄻?biāo)配的適配器都是5V/1A的，包括iPhone5s在內(nèi)，這意味著其輸出功率僅為5W。要給更大容量的電池充電，提升適配器的輸出功率是非常必要的。

那么，只要提升了適配器的功率，就能讓電池充電速度加快嗎？假設(shè)電池的容量只有200mAh，是不是用個(gè)大功率的適配器能夠讓充電更快？答案是否定的。在這個(gè)過(guò)程中有一個(gè)誤區(qū)需要澄清一下，即：電池充電速度和電池大小沒(méi)關(guān)系。正常情況下，大容量和小容量的鋰電池，所需的充電時(shí)間是一樣的。

假設(shè)電池容量為3000mAh，如果用3000mA的電流給電池充電，那么1h就充滿(mǎn)了，即充電速率為1C。而目前業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)要求充電速率為0.5C，即需要1500mA的電流充電，這樣就要2h充滿(mǎn)。當(dāng)前市面上大部分的充電器都是以0.5C的規(guī)格來(lái)充電，這也是為什么幾乎所有的手機(jī)、筆記本、平板電腦的充電時(shí)間都是2~3個(gè)小時(shí)。

如果繼續(xù)提升至較為安全的0.7C的充電速率，即充電電流=3000mAh×0.7C=2.1A。那么問(wèn)題就來(lái)了，2.1A顯然已經(jīng)突破了當(dāng)前適配器的最大電流（5V/1.5A）。由此可見(jiàn)，今天的適配器在電池容量提升到3000mAh時(shí)，會(huì)導(dǎo)致充電速率降低，延長(zhǎng)充電時(shí)間。

因此，探討快速充電有兩個(gè)問(wèn)題需要重點(diǎn)把握，一是面對(duì)大容量電池如何提高充電速率，二是如何將充電時(shí)間進(jìn)一步縮短。

提升電流還是電壓？

為了加速手機(jī)充電速度，就必須在電池的充電功率上面下功夫。而為了達(dá)到大功率，根據(jù)功率＝電壓×電流，就意味著要在電壓和電流這兩個(gè)方面著手。當(dāng)前市場(chǎng)上的快速充電解決方案，也不外乎是通過(guò)提升電流或是電壓這兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)槌潆娋€(xiàn)纜的粗細(xì)程度有一定的規(guī)定，這些連線(xiàn)普遍不能支持2A以上的電流。根據(jù)P=I2R，電流提升則要求線(xiàn)纜的阻抗更小，因此需要更換現(xiàn)有的硬件才能實(shí)現(xiàn)。

提升電流方面典型的代表當(dāng)屬OPPO的VOOC技術(shù)，通過(guò)自有電路控制更大的電流穩(wěn)定輸入到手機(jī)上，同時(shí)還要保證手機(jī)電池的穩(wěn)定以及電路的健康。這樣一來(lái)，就需要定制的電源適配器以及特別的電路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用了VOOC技術(shù)的Find 7和一般手機(jī)有三個(gè)不同，一是電源適配器，一般手機(jī)上的適配器最大輸出電流超不過(guò)2A，而OPPO為Find 7配備的適配器電流輸出高達(dá)4.5A，同時(shí)它的體積也比一般充電器大很多，原因是內(nèi)部電路豐富；第二是Find 7的電池上有八個(gè)觸點(diǎn)，一般手機(jī)上只有四個(gè)；第三是手機(jī)的USB接口針腳為7pin，一般MicroUSB是5pin，這多出來(lái)的四個(gè)觸點(diǎn)和兩個(gè)針腳都是為VOOC服務(wù)的。

為了在不增加 USB 連接器成本的情況下提供較高的充電功率，似乎提高輸入電壓是更為合乎需要的選項(xiàng)。這方面的代表是高通的Quick Charge，早在去年高通驍龍 800 處理器發(fā)布之際，高通就為這新一代的處理器升級(jí)了 2.0 版的快速充電技術(shù)協(xié)議。從之前在驍龍 S4 Pro 處理器搭載的 Quick Charge 1.0 升級(jí)至如今的 Quick Charge 2.0。

這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒐潭ǖ闹绷麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷?，可以接受快速充電所需的高電壓輸入，從而達(dá)到提升手機(jī)充電功率完成充電提速的最終目的。通過(guò)采用 Quick Charge 2.0 技術(shù)的電源適配器，可以讓搭載驍龍 800 處理器的智能手機(jī)，安全使用較大的充電功率來(lái)為手機(jī)提速充電。該項(xiàng)技術(shù)也是需要在充電器以及手機(jī)內(nèi)部芯片上面做一定的處理，此外，它是與高通的處理器芯片捆 綁在一起的，目前還無(wú)法支持其他的處理器平臺(tái)。

那么，我們還能不能有更多的選擇？
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MaxCharge更勝一籌？

TI剛推出的MaxCharge技術(shù)讓人眼前一亮。與高通的做法一樣，TI也是通過(guò)提升輸出電壓來(lái)減少充電時(shí)間。所不同的是，MaxCharge技術(shù)不需依賴(lài)處理器，可以獨(dú)立識(shí)別并兼容普通的5V以及更高電壓輸出的專(zhuān)有適配器。

MaxCharge技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是能提升功率而不增加損耗，因?yàn)楣β?電壓×電流，在提升電壓的時(shí)候功率也是提高的，但由于電流沒(méi)有變，保持在2A以下，線(xiàn)纜、適配器接口都不需更換。

TI電池管理產(chǎn)品（BMS）大中國(guó)區(qū)市場(chǎng)和應(yīng)用部門(mén)經(jīng)理文司華博士強(qiáng)調(diào)，MaxCharge可以獨(dú)立識(shí)別并兼容普通5V以及更高電壓輸出的專(zhuān)有適配器。通常識(shí)別高壓適配器有很多種方式，比如可以通過(guò)應(yīng)用處理器來(lái)識(shí)別，例如高通、MTK。而TI的所謂“獨(dú)立識(shí)別”，是指充電IC不需要其他任何芯片的介入，自己就能夠識(shí)別適配器，包括5V以及更高電壓的適配器。

而之所以能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立識(shí)別，主要是因?yàn)镸axCharge在D+/D-兩個(gè)信號(hào)上有交換信號(hào)，可以和適配器交換信號(hào)；它也能夠通過(guò)VBUS上的電流脈沖控制，通過(guò)數(shù)字信號(hào)解碼去識(shí)別適配器。這樣一來(lái)，它在遇到普通適配器時(shí)可以正常效率充電，而遇到專(zhuān)有適配器時(shí)就可以用高壓充電。

文司華博士表示，與現(xiàn)有電池充電器相比，TI將充電時(shí)間減少了一半以上，最高可將充電時(shí)間減少60%，并使用戶(hù)在實(shí)現(xiàn)快速充電的同時(shí)又不會(huì)受到發(fā)熱過(guò)量的困擾。

TI新推出的bq25892開(kāi)關(guān)模式充電器在最大限度地保持行業(yè)最快速充電時(shí)間所具有的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，為用戶(hù)提供了更加安全的充電體驗(yàn)。為了提升用戶(hù)體驗(yàn)，并延長(zhǎng)眾多鋰離子應(yīng)用中電子元器件的使用壽命，MaxCharge技術(shù)縮短了充電時(shí)間并減少了充電時(shí)產(chǎn)生的熱量，這些應(yīng)用包括智能手機(jī)、平板電腦、無(wú)人機(jī)、移動(dòng)電源以及工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備。

除了在適配器方面的靈活性，新推出的bq2589x系列在效率方面表現(xiàn)也非常出色。據(jù)文司華博士介紹，充電IC普遍效率是88%~89%，而bq2589x在輸入電壓為9V、電流為3.5A時(shí)充電效率提升至91%，溫度僅上升18℃。他解釋?zhuān)瑴厣苯記Q定了用戶(hù)體驗(yàn)，很多設(shè)計(jì)都由于散熱問(wèn)題不得不采取折中的設(shè)計(jì)方式，因此提升效率是整個(gè)芯片設(shè)計(jì)里最重要的環(huán)節(jié)。

第三，MaxCharge能夠?qū)崿F(xiàn)更加安全的充電。設(shè)計(jì)人員通過(guò)控制IC溫度并使用熱調(diào)節(jié)環(huán)路優(yōu)化熱性能來(lái)減少過(guò)多散熱，同時(shí)，通過(guò)與TI MaxLife電池電量計(jì)技術(shù)進(jìn)行配對(duì)，可以確保便攜式電子產(chǎn)品中更長(zhǎng)的電池使用壽命和更加安全的充電。

分立充電IC是未來(lái)趨勢(shì)

除了前述三大優(yōu)勢(shì)，MaxCharge產(chǎn)品系列還擁有一些有利于提供高充電電流的特性，其中之一就是電阻補(bǔ)償 (IRComp)。高充電電流將在充電路徑寄生電阻和內(nèi)部電池阻抗上引起電壓降。在過(guò)去的兩年里，由于高能量密度的原因，電池單元的 1000mAh 歸一化阻抗從 200mΩ 的中等水平增加了50%左右。較高的阻抗將導(dǎo)致充電過(guò)早地進(jìn)入了恒定電壓模式，從而使得充電時(shí)間延長(zhǎng)。IRComp 把充電器端子電壓增至高于電池調(diào)節(jié)電壓（高出的幅度為 I x R 壓降），以使充電器能夠在恒定電流模式中停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)快速充電。

那么，在市場(chǎng)的推廣過(guò)程中，TI又有哪些優(yōu)勢(shì)？畢竟同樣是通過(guò)提升電壓的方式，高通、MTK的處理器平臺(tái)有非常成熟的生態(tài)系統(tǒng)。

對(duì)此，文司華博士表示，早先的功能機(jī)以及初期的3G手機(jī)，充電IC是包含在PMU（Power management Unit）中的，這部分可以由主平臺(tái)廠(chǎng)商直接出貨。近年來(lái)的趨勢(shì)是，越來(lái)越多的客戶(hù)關(guān)注充電體驗(yàn)、充電效率。如果把大電流充電IC集成在PMU中，PMU本身有好幾個(gè)電壓，再來(lái)個(gè)“發(fā)燙大戶(hù)”是不現(xiàn)實(shí)的，所以，充電IC獨(dú)立出來(lái)已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)?，F(xiàn)在幾乎各家旗艦機(jī)型，包括中端以上機(jī)型都采用單獨(dú)的充電IC。所以從這個(gè)角度看，TI的解決方案符合充電IC的發(fā)展趨勢(shì)，可以搭配任何主芯片平臺(tái)使用，普適性更強(qiáng)。

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