智能手機(jī)快充技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展簡史
2023-11-07 中國質(zhì)量萬里行 點(diǎn)擊：次
“一機(jī)在手，天下我有”。智能手機(jī)發(fā)展至今十多年，極大的豐富了人們的工作生活，創(chuàng)造了一大批炫目又實(shí)用的功能，這對(duì)手機(jī)續(xù)航能力提出了更高的要求，“續(xù)航焦慮”成為所有人的“心頭刺”。
解決“續(xù)航焦慮”，辦法無非有兩個(gè)：一是大幅提升電池容量，延長手機(jī)使用時(shí)間，二是提高手機(jī)充電效率，縮短等待時(shí)間。就目前來看，在電池行業(yè)還未有突破性進(jìn)展且要兼顧機(jī)身大小的前提下，手機(jī)廠商更傾向于快充技術(shù)來緩解用戶的這份“焦慮”。
理論上講，充電速度和充電功率相關(guān)，功率越大，充電速度越快。根據(jù)物理常識(shí)：功率（P）=電壓（U）x 電流（I），若要提高功率，有三種辦法，一是電壓不變，提高輸出電流；二是電流不變，提高輸出電壓；三是同時(shí)提高電壓和電流。當(dāng)前的快充技術(shù)也都基于此。
快充標(biāo)準(zhǔn)正式亮相
智能手機(jī)快充最早可追溯到2010年，這一年USB IF發(fā)布了USB BC 1.2協(xié)議。該協(xié)議的出現(xiàn)規(guī)范了當(dāng)時(shí)USB充電的混亂局面，并且把充電電流提升到1.5A，按照當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的5V充電電壓，充電功率達(dá)到了7.5W，這在當(dāng)時(shí)電池容量普遍在1500mAh左右的情況下，算是不折不扣的快充。
USB IF全稱USB Implementers Forum，成立于1995年，是由蘋果、英特爾、微軟、惠普、瑞薩、德州儀器、意法半導(dǎo)體等七家公司發(fā)起開創(chuàng)的非營利性組織，該組織致力于發(fā)展USB技術(shù)并推廣其應(yīng)用。USB IF定義了USB的技術(shù)規(guī)格，通過提供標(biāo)準(zhǔn)并統(tǒng)一化的傳輸接口規(guī)格，便于電子設(shè)備之間的連接傳輸。截止2023年，USB IF協(xié)會(huì)會(huì)員超過12000家，其中不乏華為、小米等中國企業(yè)。在USB PD（英文全稱Power Delivery意為電力傳輸）和USB Type-C技術(shù)的普及過程中，USB IF協(xié)會(huì)扮演著一個(gè)不可或缺的角色。
2012年7月，USB IF發(fā)布了基于當(dāng)時(shí)普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0標(biāo)準(zhǔn)，為日后USB PD標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。
2013年，芯片廠商高通利用自己芯片和通信的優(yōu)勢，推出了Quick Charge 1.0（QC 1.0），突破了1.5A的充電電流限制，將其提高至2A，實(shí)現(xiàn)了10W快充。QC協(xié)議的推出意味著所有使用高通芯片的手機(jī)都支持10W快充。
2014年高通QC2.0充電協(xié)議發(fā)布，因?yàn)楫?dāng)時(shí)安卓手機(jī)充電線普遍為Micro USB 2.0，其構(gòu)造原因電流2A已到盡頭，QC2.0將充電電壓提高，最終充電功率可達(dá)18W。
2014年8月，USB IF協(xié)會(huì)發(fā)布了具有革命性意義的USB Type-C 1.0接口標(biāo)準(zhǔn)和USB PD2.0標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了功率雙向傳輸和最大100W供電的設(shè)想。但此時(shí)Type-C接口并非智能手機(jī)主流接口，USB PD2.0標(biāo)準(zhǔn)并不出彩，反而是一眾手機(jī)廠商看到了其中的機(jī)會(huì)。
多種標(biāo)準(zhǔn)明爭暗斗
第一個(gè)吃螃蟹的是國內(nèi)廠商OPPO。就在2014年，OPPO手持VOOC閃充技術(shù)驚艷亮相，它自上而下定制了一套從充電頭，充電線，電池端的解決方案，將充電電流提升到了5A，在電壓恒定為5V的情況下，充電功率達(dá)到了25W。“充電五分鐘，通話兩小時(shí)”的口號(hào)響遍大江南北。
VOOC閃充技術(shù)的出現(xiàn)也意味著快充技術(shù)的競爭從公有協(xié)議開始蔓延到手機(jī)廠商的私有標(biāo)準(zhǔn)。
不得不提到的是另一家芯片廠商聯(lián)發(fā)科，它推出的快充協(xié)議Pump Express（PE）。最有代表性的當(dāng)屬魅族，基于此協(xié)議，緊跟VOOC閃充技術(shù)之后，迅速推出自家的mCharge快充，短短幾個(gè)月，mCharge2.0版本，充電功率達(dá)到24W，與OPPO可謂一時(shí)瑜亮。
2015年，高通推出了QC 3.0，該技術(shù)加入了INOV最佳電壓智能協(xié)商算法，200mV為一檔設(shè)定電壓，它的出現(xiàn)可以讓充電電壓從3.6V到20V靈活選擇，并且向下兼容QC 2.0。與此同時(shí)，Type-C接口的普及將充電電流上限提高到了3A，而QC 3.0可以根據(jù)充電電流匹配相應(yīng)的電壓，效率大為提升。
同在2015年，蘋果發(fā)布了業(yè)界首款搭載USB PD2.0快充標(biāo)準(zhǔn)的New MacBook，USB PD快充標(biāo)準(zhǔn)開始被更多人所熟知。
11月，USB IF發(fā)布了基于USB 3.1中Type-C接口的USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)。其規(guī)定電壓的輸出范圍為3.0V-20V，電壓調(diào)節(jié)幅度為20mV，比高通QC3.0更為精準(zhǔn)，覆蓋了高壓恒電流和恒壓高電流的快充方案，最高可以提供100W的充電功率。
有了VOOC和mCharge珠玉在前，國內(nèi)外一眾手機(jī)廠商也持續(xù)發(fā)力。華為先后推出FCP和SCP的快充技術(shù)，小米推出了ChargeTurbo閃充技術(shù)，vivo推出了FlashCharge技術(shù)，三星則推出了FastCharge技術(shù)等等，私有協(xié)議提高了各個(gè)品牌的技術(shù)壁壘，加劇了市場競爭，不過也增加了用戶使用成本。
2016年，谷歌顯然關(guān)注到充電市場的激烈競爭，開始旗幟鮮明的支持USB PD。在安卓7兼容性定義文檔（CCD）中，谷歌“強(qiáng)烈建議‘廠商’不要支持第三方專有充電方式”，因?yàn)?ldquo;可能與支持USB PD標(biāo)準(zhǔn)的充電器或設(shè)備產(chǎn)生互操作性問題”。并指出“可能將要求所有USB-C設(shè)備確保對(duì)USB-C充電器具有完全的互操作性”。
2016年11月，高通發(fā)布了QC4.0協(xié)議，采用了更精細(xì)的INOV 機(jī)制，電壓調(diào)節(jié)幅度從QC 3.0的200mV 調(diào)整為20mV。更重要的是，開始支持USB-C接口，并兼容USB PD協(xié)議。
加持PPS的USB PD3.0優(yōu)勢盡顯
2017年2月，USB IF發(fā)布了USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)的重要更新，在USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了PPS（Programmable Power Supply，可編程電源供應(yīng)）規(guī)范。該規(guī)范加入了對(duì)高壓低電流和低壓高電流兩種快充方式的支持，而這兩種方式正是安卓陣營最常用的快充形式，意味著高通QC、聯(lián)發(fā)科PE、華為SCP和FCP、OPPO的VOOC等等一眾標(biāo)準(zhǔn)都被囊括到USB PD3.0中。
PPS囊括QC、PE、VOOC、SCP、FCP等標(biāo)準(zhǔn)，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)
2017年6月高通迅速發(fā)布了QC 4.0+，增加對(duì)QC3.0、QC2.0的兼容支持。
2017年9月，蘋果公司發(fā)布了iphone8，自此之后的所有iphone設(shè)備均將USB PD協(xié)議作為輸出協(xié)議，這無疑是給USB PD強(qiáng)有力的背書。
PPS規(guī)范的及時(shí)加入，又有了蘋果和安卓兩大巨頭的支持，USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)得到了空前的發(fā)展。其最高100W的充電功率和強(qiáng)大的兼容性，使得不同的手機(jī)均可通過一個(gè)支持USB PD3.0協(xié)議的充電頭進(jìn)行充電。
2020年7月，高通發(fā)布QC5快充協(xié)議，兼容USB-PD充電標(biāo)準(zhǔn)，支持100W+超級(jí)快充。手機(jī)廠商們也迅速升級(jí)了自己的快充標(biāo)準(zhǔn)，120W，150W甚至240W的快充技術(shù)頻上熱搜，成為新的賣點(diǎn)。但私有協(xié)議終究是私有，無法與其他品牌兼容是最大的發(fā)展桎梏。
USB PD3.1開啟更多應(yīng)用場景
當(dāng)USB PD3.0的快充標(biāo)準(zhǔn)有了廣大的群眾基礎(chǔ)后，USB IF顯露出更大的“野心”。2021年5月，USB PD3.1發(fā)布，新增了28V、36V、48V三個(gè)拓展輸出電壓，電流5A不變，最大輸出功率提升至240W。這意味著USB PD快充除了傳統(tǒng)的手機(jī)，筆記本電腦，還可向家用小電器、電動(dòng)工具、智能家居、兩輪電動(dòng)車、LOT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、通信與安防設(shè)備等領(lǐng)域提供快充標(biāo)準(zhǔn)。
一款充電器可以給手機(jī)充電，可以給電腦供電，也可以用在電動(dòng)螺絲刀上，甚至還可以給電動(dòng)自行車充電，這已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。USB PD3.1推動(dòng)USB-C接口和快充這兩件事情更加統(tǒng)一，從根本上降低了智能設(shè)備在充電上的“消耗”。
有人說，USB PD 3.1開起了萬物皆可快充時(shí)代的大門。
USB PD快充標(biāo)準(zhǔn)最大輸出功率可達(dá)240W，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)
值得一提的是，華為、小米、聯(lián)想、立訊精密、賽爾康、矽力杰、硅谷數(shù)模、慧能泰、英迪芯、德潤微等10家本土企業(yè)也參與了本次標(biāo)準(zhǔn)的修訂，為推動(dòng)USB PD3.1標(biāo)準(zhǔn)的落地作出重大貢獻(xiàn)！體現(xiàn)出本土企業(yè)正在崛起，并獲得國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的認(rèn)可。
國產(chǎn)快充標(biāo)準(zhǔn)任重道遠(yuǎn)
全球充電器獨(dú)立市場規(guī)模龐大，但中國廠商想要持久的分一杯羹卻不容易。一方面，于國內(nèi)消費(fèi)者而言，國內(nèi)各廠商快充技術(shù)不兼容，用戶體驗(yàn)不佳；另一方面國際USB PD標(biāo)準(zhǔn)一家獨(dú)大，增加了廠商獨(dú)立發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)；再者，快充技術(shù)的分化發(fā)展也不利于國家的統(tǒng)一管理。
在這樣的背景下，盡快推出國內(nèi)統(tǒng)一的快充標(biāo)準(zhǔn)顯得迫在眉睫。千呼萬喚之下，《移動(dòng)終端融合快速充電技術(shù)規(guī)范》（簡稱UFCS）終于出現(xiàn)。
UFCS全稱Universal Fast Charging Specification，中文名為融合快充標(biāo)準(zhǔn)，是由信通院、華為、OPPO、vivo、小米牽頭，聯(lián)合矽力杰、瑞芯微、立輝科技、昂寶電子等企業(yè)共同努力完成的新一代融合快充協(xié)議。該協(xié)議旨在制定移動(dòng)終端的融合快速充電標(biāo)準(zhǔn)，解決互配快充不兼容問題，為終端使用者創(chuàng)造快速、安全、兼容的充電使用環(huán)境。
有業(yè)內(nèi)專家將UFCS與USB PD 3.1進(jìn)行了對(duì)比分析，表示UFCS具備高效通信，高精度調(diào)節(jié)能力，更符合大功率充電時(shí)的安全要求；而USB PD最大的優(yōu)勢在于場景覆蓋更廣，但受限于USB-C口，電流最高只能5A，可能會(huì)成為制約其發(fā)展的X因素。
UFCS與USB PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，圖片來源：充電頭網(wǎng)
改變各種充電協(xié)議互不兼容的局面，并成為快充行業(yè)通用的快充標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)快充市場大一統(tǒng)，是UFCS融合快充的美好愿景，對(duì)于終端快充產(chǎn)業(yè)鏈所有人而言都有較為深遠(yuǎn)的影響和意義。
截止到2023年9月，全國已超過60款產(chǎn)品通過UFCS融合快充認(rèn)證。未來，隨著UFCS融合快充技術(shù)的不斷推廣，必將有更多的企業(yè)和產(chǎn)品通過認(rèn)證，促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。
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