電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)呈(cheng)線(xian)性(xing)緩(huan)慢(man)增(zeng)長(chang)

，能(neng)耗(hao)需(xu)求(qiu)缺(que)口(kou)逐(zhu)漸(jian)拉(la)大(da)。電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)遲(chi)遲(chi)無(wu)法(fa)突(tu)破(po)，成(cheng)為(wei)終(zhong)端(duan)使(shi)用(yong)的(de)最(zui)大(da)瓶(ping)頸(jing)。電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)增(zeng)長(chang)緩(huan)慢(man)
，每(mei)年(nian)線(xian)性(xing)提(ti)升(sheng)約(yue)15%
，而er能neng耗hao則ze是shi呈cheng指zhi數shu增zeng長chang，能neng耗hao需xu求qiu與yu電dian池chi性xing能neng的de差cha距ju愈yu發fa明ming顯xian。電dian池chi性xing能neng曲qu線xian將jiang與yu能neng耗hao需xu求qiu曲qu線xian嚴yan重zhong脫tuo軌gui，提ti高gao充chong電dian速su度du成cheng為wei電dian池chi續xu航hang的de關guan鍵jian解jie決jue方fang案an
，快kuai速su充chong電dian已yi成cheng為wei市shi場chang競jing爭zheng熱re點dian。

 

 

kuaisuchongdianjishujiangchengweishoujibiaopei。zaidianchirongliangwufaxunsuqudetupo，shoujiyongdianliangyoufeisuzengchangdeqiantixia，kuaisuchongdianjishupujiyouweibiyao。zhongguoxinxitongxinyanjiuyuanduikuaisuchongdiandedingyishi：30分鍾充電進入電池的平均電流大於3A或者30分鍾充電電量大於60%。

 

快速充電係統包括快充標準，快充電源適配器，接口E-marker芯片，充電線纜

，手機快充芯片，電池等多個部分。各部分都必須針對不同標準專門設計
，才能實現快充功能，並且保證充電安全。

 

 

 

 

充電適配器的任務是把220V的市電轉換為手機能夠承受的5V電壓（現在應各種充電協議，如QC和USB PD（Type C接口）等的要求，也要求能夠送出9V/12V/14.5V甚至20V的電壓。關於充電協議的話題我們已在前麵一篇公眾號做過討論），同時具有一定的功率輸出能力
，例如5V/2A, 9V/1A等等規格。充電適配器屬於AC-DC的技術範疇，平常所說的快充芯片其實是對適配器AC-DC芯片和手機端的開關式充電管理芯片（以 DC-DC技術為實現手段）的統稱，但本文的快充芯片特指手機端的開關式充電管理芯片。

 

 

充電線纜的任務就是負責把電壓/電流從適配器端傳送到手機端，由於目前絕大多數充電線實際上就是USB線。這裏有一個參數需要提請大家注意。按照USB2.0的標準，線纜需要具備傳送最大1.8A的電流能力，因此如果是5V的適配器，USB2.0的線纜最大能傳送的功率其實隻有9W。

 

 

它的任務是把適配器的5V/9V/12V等deng電dian壓ya轉zhuan換huan成cheng電dian池chi的de電dian壓ya，同tong時shi按an照zhao需xu要yao的de充chong電dian電dian流liu精jing確que可ke控kong地di向xiang電dian池chi進jin行xing充chong電dian。從cong技ji術shu上shang看kan，快kuai充chong芯xin片pian是shi這zhe四si個ge環huan節jie中zhong最zui具ju有you挑tiao戰zhan的de部bu分fen，因yin此ci目mu前qian業ye界jie有you能neng力li提ti供gong高gao品pin質zhi高gao可ke靠kao性xing的de快kuai充chong芯xin片pian的de廠chang家jia十shi分fen有you限xian，主zhu要yao還hai是shi以yi德de州zhou儀yi器qi
，仙xian童tong半ban導dao體ti等deng少shao數shu幾ji家jia國guo外wai大da廠chang為wei主zhu，國guo內nei的de希xi荻di微wei電dian子zi、hannengjingguojinianjianchibuxiedezizhuyanfa
，yituichuleyixiliedekuaichongxinpian
，dapoleguowaidachangdelongduanjumian，bingyizaigedashoujifanganshanghepinpaishangdedaoguangfandeyingyong。kuaichongxinpianjutidejieshaojiangzaixiawenzuoxiangjie。

 

 

電池是這個環節非常重要的部分，整個充電環節都是為了使電池快速而安全地充滿電量。電池的主要參數包括：容量（mAH，手機中常見的有2000mAH, 3000mAH和4100mAH），充電截止電壓（目前常見的有4.2V, 4.35V和4.4V規格，更高的充電截止電壓，在同等的電池體積情況下
，通常具有更高的電池容量，因此目前所謂的4.35V及以上的高壓電池逐漸在手機上得到更廣泛的應用），以及可接受的最大充電電流等等。其中，可接受的最大充電電流一般以nC來表示。例如一個3000mAH的電池，1C的充電速度是指一個小時之內即可充滿電池，此時可接受的最大充電電流就是3A；如果允許2C的充電速度，那麼理論上半小時就可以充滿電池，則此時可接受的最大充電電流即為6A；以此類推等等。

 

 

其實給鋰離子電池充電的過程和我們生活中用水龍頭向洗臉盆放水的過程非常類似：

 

第一階段：當開始給一個空的臉盆放水的時候，為了不讓水濺出來
，會把水量控製得很小
；第二階段：等deng到dao臉lian盆pen底di部bu積ji滿man了le一yi定ding水shui位wei之zhi後hou，才cai把ba水shui龍long頭tou開kai得de比bi較jiao大da
，臉lian盆pen裏li已yi有you的de水shui可ke以yi對dui這zhe樣yang急ji速su的de進jin水shui起qi到dao緩huan衝chong作zuo用yong
，從cong而er不bu會hui有you水shui花hua濺jian出chu；第三階段：當水位快到臉盆頂部的時候，此時我們又會逐漸減小進水量
，以防止有水衝出臉盆之外，直至積滿整個水盆。

 

電池就像這個臉盆
，隻不過它儲存的不是水
，而是電荷。電池的充電也有類似的三個階段：

 

第一階段：涓流充電。電池的特點是，當電池電壓（大致相當於水位）非常低的時候，其內部的鋰離子活動性較差
，內阻較大，因此隻能接受較小的充電電流（一般在30到50mA左右），fouzedianchirongyifarehelaohua，bujinsunhaidianchishouming
，erqieyouqianzaideanquanwenti，yincibazhegejieduanchengweijuanliuchongdian，yeyoutongxingjiangzhichengweixianxingchongdianhuozheyuchongdiandengdeng。

 

第二階段：恒流充電。當電池電壓高於2Vyishang，dianchidelilizihuodongxingbeichongfenjihuo，neizuyejiaoxiao，suoyinenggoujieshoudadianliudechongdian。zaizhegejieduan，kuaichongxinpianhuianzhaoshedingxiangdianchitigongkejieshoudechongdiandianliu
，yincizaizhegejieduandianchidedaodedianliangyeshizuidade
，keyizhandaorongliangde70%到80%以上。

 

第三階段：恒壓充電。電池是一個十分嬌氣的儲能元件，它的電池電壓不允許超過截止電壓的±50mV，否則就會有安全隱患。因此，當電池電壓被充到接近充電截止電壓的時候，快充芯片必須能夠自動減小充電電流，控製“水花”不要超出範圍
，直至把電池完全充滿。

 

一(yi)個(ge)合(he)格(ge)的(de)快(kuai)充(chong)芯(xin)片(pian)，必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)的(de)高(gao)低(di)

，自(zi)動(dong)地(di)控(kong)製(zhi)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)在(zai)上(shang)述(shu)三(san)個(ge)階(jie)段(duan)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)無(wu)縫(feng)切(qie)換(huan)
，而(er)無(wu)需(xu)其(qi)他(ta)硬(ying)件(jian)或(huo)者(zhe)軟(ruan)件(jian)的(de)幫(bang)助(zhu)。

 

 

 

國產手機增長迅猛
，取得話語權。隨著華為
、OPPO
、Vivo等deng國guo產chan手shou機ji廠chang商shang在zai全quan球qiu份fen額e不bu斷duan擴kuo大da，中zhong國guo廠chang商shang產chan業ye鏈lian整zheng合he能neng力li提ti升sheng
，將jiang可ke以yi取qu得de快kuai速su充chong電dian市shi場chang的de主zhu導dao權quan。相xiang比bi高gao壓ya快kuai充chong方fang式shi
，低di壓ya大da電dian流liu在zai實shi現xian同tong樣yang功gong率lv下xia效xiao率lv更geng高gao

，充chong電dian器qi和he手shou機ji發fa熱re更geng少shao，將jiang占zhan據ju市shi場chang主zhu流liu。

 

 

 

 

 

高通QuickCharge采用高壓快充標準。得益於在手機處理器端的統治級地位，目前有超過100種智能手機都采用高通Quick Charge的方案。小米4C，小米note，sanxingdengzhuliupinpaijunzaicaiyongcichongdianjishu。zheyumuqiangaoduanzhinengshoujisuocaiyongdepingtaiyouxiangdangguanxi。lingwai，zhezhongjishuxiangduijiandan，shixianqilaixiangduirongyi，chengbentishengbumingxian
，shichangjiaorongyijieshou。gaotongQC充電技術有兩個版本，分別是QC2.0和QC3.0，現在QC3.0的手機還很少，普遍還是QC2.0。QC3.0采用高壓快充技術，通過

3.6~20V動態可調節電壓和最大3A電流以實現最大36 W充電功率。同時，QC 3.0采用了最佳電壓智慧協商(INOV)技術，可讓受電裝置自行判斷，以最適合的功率級別進行充電
，將能源轉換效率最大化。

 

 

聯發科Pump Express快充技術與高通QC2.0雖在實現方式上有所不同，卻有異曲同工之妙。高通QC2.0是通過USB端口的D+和D-來個信號實現調壓，而聯發科的Pump Express快充技術，是通過USB端口的VBUS來向充電器通訊並申請相應的輸出電壓的。QC2.0是通過配置D+和D-電壓的方式來通訊，Pump Express是通過VBUS上的電流脈衝來通訊，但最終的目的是提升充電器的電壓到5V，7V，9V。

 

 

稱自己研發的快充技術為“ VOOC閃充技術“
，也是最神秘的快充技術，目前隻有OPPO的幾款產品在用，即Find 7和N3等
，由於OPPO對此技術有專利限製，其它手機廠商隻能歎為觀止，且成本相對較高，充電器體積較大
，便攜方麵沒有其它快充技術的好。

 

OPPO的VOOC閃充技術與傳統充電最大的區別在於，創新性的將充電控製電路移植到了適配器端
，也就是將最大的發熱源 移(yi)植(zhi)到(dao)了(le)適(shi)配(pei)器(qi)。這(zhe)樣(yang)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)在(zai)適(shi)配(pei)器(qi)

，而(er)被(bei)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)池(chi)在(zai)手(shou)機(ji)端(duan)，充(chong)電(dian)時(shi)手(shou)機(ji)發(fa)熱(re)得(de)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)。為(wei)了(le)更(geng)好(hao)的(de)對(dui)充(chong)電(dian)流(liu)程(cheng)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi) (比如控製電路需要實時監測電池電壓、溫度等)，OPPO特別在適配器端加入了智能控製芯片MCU

，適配器端實現了充電控製電路
，智能控製充電的整個流程。

 

 

最近，榮耀發布了10000mAh快充移動電源。這款電源可以在3.5小時內完成100%的充電量，半小時內即可給榮耀7充電50%。大體配置如下：高密度 聚合物電芯
、支持18W(MAX)雙向快充、兼容海思FCP及其他主流快充協議、支持Type-C或USB輸出。相關評測證明，該款電源可以為華為P9充 電2.3次、為榮耀V8充電1.9次，為三星S7充電2.3次
，可為iPhone6S充電4次。從雙向充電性能及相關數據來看，這款產品應該算是國內移動 電源市場的旗艦級產品了。

 

 

榮耀這款快充移動電源在實現9V2A雙向快充的同時，更支持海思

、高通QC2.0、MTK多種快充協議。在獨家支持榮耀7、榮耀V8、華為 Mate8
、P9等支持海思快充協議的華為/榮耀手機摯愛，還兼容高通QC2.0
、MTK等快充協議，幾乎可以滿足市麵上所有主流快充手機要求。

 

 

現市麵上使用的電池管理芯片

，主要是TI（德州儀器）和Fairchild（仙童半導體）的產品。另外還有 Dialog 半導體公司 Qualcomm Quick Charge 3.0（QC3.0）芯片組、PI高通QC3.0識別協議芯片CHY103D，漢能也推出一款適用於智能手機的快充芯片HE4120、希荻微也推出快充芯片HL7005應用方案。

 

 

 

 

TI比較有代表性的方案有BQ25895，它的maxcharge技術是將高通QC2.0和聯發科的Pump Express
，以及TI自身的高性能充電管理做了一次整合，其最大充電電流可達5A，最大輸入電壓14V
，可以很好地支持QC2.0和Pump Express標準的充電器。我們對TI提供的BQ25890 demo板實測

，在4A充電時
，芯片溫度達55度左右（在環境溫度25度下測試），差不多有30度的溫升
，這如果放在手機內部，將會是一個重要的熱源。

 

 

BQ25895 評估模塊 (EVM) 

 

TI的maxcharge充電技術的優點

，由於同時兼容高通QC2.0和聯發科Pump Express技術，因此也就同時具備了QC2.0和聯發科Pump Express的優化點。它缺點也和高通與聯發科一樣，整體的效率還不是很高，因此發熱量較大。

 

鑒於手機充電部分的發熱問題，短時間QC3.0和Pump Express plus還hai未wei普pu及ji，那na麼me我wo們men是shi否fou還hai有you其qi它ta方fang案an來lai減jian小xiao手shou機ji充chong電dian發fa熱re量liang呢ne？答da案an是shi肯ken定ding的de。我wo們men用yong兩liang顆ke充chong電dian芯xin片pian同tong時shi對dui一yi顆ke電dian池chi進jin行xing充chong電dian，可ke以yi減jian少shao單dan獨du充chong電dian芯xin片pian的de發fa熱re量liang。下xia圖tu是shiBQ25890+BQ25896雙Demo實測
，設置兩顆充電芯片的充電電流都為2A，總共4A對電池充電，充電30分鍾後，測到兩個芯片的溫度分別為42度和40度


，室溫為25度，芯片溫升分別為17度和15度，比單芯片充電方案的溫升降低了一半。因此，雙充電芯片方案對提高充電效率，減少手機充電發熱方麵具有很大的優勢。

 

Q25890+BQ25896雙Demo實測

 

 

伴隨業界充電通訊協議QC2.0問世, Fairchild 也提供了最新的FAN501A與FAN6100Q,快充配套方案,符合Qualcomm製定的QC2.0充電標準 ,以搭配高階手機運用。該方案適用平板計算機與智能手機
，符合QC2.0快充標準, 提升40%充電速度，具有高效率, 平均效率>85%。而且具有高功率密度, 變壓器小型化。

 

其線路圖及方案方塊圖如下：

 

 

 

 

Dialog半導體公司近期宣布，其Qualcomm Quick Charge 3.0（QC3.0）芯片組現已開始量產。該芯片組的獨特之處在於提供恒定的功率分布圖（power profile）
，以便於配置。該芯片組與QC2.0芯片組引腳兼容，有助於簡化升級，並將繼續擴大Dialog在快速充電市場上的領先地位，目前Dialog在該市場占據的份額據估計為70%。

 

 

 

Power Integrations宣布推出的ChiPhy充電器接口IC產品係列的最新器件CHY103D，是首款兼容Qualcomm Inc.旗下子公司Qualcomm Technologies，Inc.所開發的QuickCharge(QC)3.0協議的離線式AC-DC充電器IC。

 

與Power Integrations的InnoSwitch AC-DC開關IC一起使用
，CHY103D器件可提供支持QC3.0所需的所有功能。QC3.0協議與CHY103D器件的完美結合可極大降低智能移動 設(she)備(bei)在(zai)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)損(sun)耗(hao)。這(zhe)一(yi)特(te)點(dian)允(yun)許(xu)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)師(shi)選(xuan)擇(ze)提(ti)高(gao)手(shou)機(ji)的(de)充(chong)電(dian)速(su)度(du)或(huo)是(shi)降(jiang)低(di)手(shou)機(ji)在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)觸(chu)摸(mo)溫(wen)度(du)，並(bing)且(qie)提(ti)高(gao)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)的(de)效(xiao)率(lv)。

 

該IC能夠使電壓以200mV的增量發生變化，而不是當前許多快速充電設計中所采用的更大階躍（例如，從5V到9或12V），因yin此ci可ke提ti高gao充chong電dian效xiao率lv並bing降jiang低di熱re耗hao散san。此ci項xiang技ji術shu能neng夠gou讓rang移yi動dong設she備bei優you化hua離li線xian式shi充chong電dian器qi的de供gong電dian電dian壓ya，從cong而er最zui大da程cheng度du地di降jiang低di手shou機ji內nei部bu充chong電dian管guan理li係xi統tong中zhong的de功gong耗hao。

 

 

CHY103D具有豐富的保護功能，包括可防止輸出超過設定輸出電壓的120%的自適應輸出過壓保護(AOVP)、可檢測局部短路並停止功率輸出以防止 電纜和連接器過熱的輸出軟短路保護(OSSP)以及可在檢測到故障的情況下使受電設備遠程關斷適配器的遠程關斷保護(RESP)。

　　

CHY103D器件自身在5V輸出時的功耗還不到1mW；當與高效率的Inno Switch器件結合使用時，這種低功耗可幫助設計師滿足嚴格的充電器效率要求
，例如，即將實施的美國外部電源聯邦標準的修訂版。

　　

CHY103D器件適用於平板電腦、智能手機
、Bluetooth 附件以及USB功率輸出端口等移動設備的電池充電器。同時
，它還與Quick Charge 2.0產品兼容。

 

 

漢能科技股份有限公司推出的一款適用於智能手機的快充芯片，其性能比TI（德州儀器）、Fairchild（仙童半導體）的產品更具優勢和性價比。那麼這款芯片究竟有何過人之處呢
？我們通過比較來看看這款芯片的特點：

 

 

從上圖我們可以得之
，漢能科技主推的這款快充芯片的型號叫HE41201，采用WCSP20的封裝格式，與TI 主推的BQ24157/8是PIN對PIN的產品。且該款電池管理芯片也是開關式的電源方案。與線性的電源方案比，開關式的電源方案轉換效率更高，發熱更小。

 

　　

希荻微HL7005提供完整的全自動的三段式充電管理：涓(juan)流(liu)預(yu)充(chong)電(dian)，大(da)電(dian)流(liu)恒(heng)流(liu)充(chong)電(dian)和(he)恒(heng)壓(ya)充(chong)電(dian)。當(dang)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)降(jiang)到(dao)內(nei)部(bu)閾(yu)值(zhi)以(yi)下(xia)時(shi)，芯(xin)片(pian)自(zi)動(dong)重(zhong)啟(qi)充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi)。如(ru)果(guo)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)斷(duan)開(kai)，芯(xin)片(pian)將(jiang)自(zi)動(dong)進(jin)入(ru)阻(zu)止(zhi)電(dian)池(chi)電(dian)流(liu)泄(xie)漏(lou)到(dao)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)高(gao)阻(zu)模(mo)式(shi)。當(dang)芯(xin)片(pian)溫(wen)度(du)達(da)到(dao)120℃時，芯片會自動減小充電電流以防止芯片過熱。

 

 

HL7005有三個工作模式：充chong電dian模mo式shi
，升sheng壓ya模mo式shi和he高gao阻zu抗kang模mo式shi。在zai充chong電dian模mo式shi下xia，芯xin片pian提ti供gong單dan節jie鋰li離li子zi電dian池chi或huo者zhe鋰li離li子zi聚ju合he物wu電dian池chi的de精jing準zhun充chong電dian係xi統tong。在zai升sheng壓ya模mo式shi下xia，芯xin片pian將jiang電dian池chi電dian壓ya升sheng高gao至zhi5.0V由VUSB作為輸出來為OTG設備提供電源。在高阻抗模式下
，芯片停止充電或者停止升壓，呈現一個高阻抗狀態，此時從VUSB端和電池端消耗的電流都很小。當手持設備處在待機狀態時，此模式可以有效地減少功耗。主機通過I2C與HL7005進行通信（即所謂的主機模式或者32秒模式），可以使芯片在不同的工作模式下實現平穩切換。在沒有I2C主機時
，芯片會啟動30分鍾安全定時器並進入30分鍾（默認）模式。在30分鍾模式工作期間，HL7005將基於寄存器的默認值給電池進行充電。

 

下圖是HL7005的功能框圖：

　　

 

HL7005工作示意圖

 

　

 

HL7005以其優異的品質和性能，通過了MTK
、展訊
、聯芯等多家平台廠商的測試認證，列入參考設計。

 

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