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    快充,是隨著計算能力不斷提升而鋰電池發展跟不上速度的產物。

    當我們使用支持 PD 或者 QC 快充協議的電源適配器給數碼設備充電時,你可能並不會意識到,快充標準經歷了怎樣漫長的進化之路。

 

    一直以來,Qi 在無線充電標准上一家獨大,但是快充標準卻很難有統一。

 

    在所有的快充標準中,高通 QC (Quick Charge)是最早形成的、同樣也是影響力最大的第三方快充協議。華為的SuperCharge後來居上。

 

    高通是最先註意到智能手機潛在的快充需求的廠商之一。借用驍龍 SoC 的先發優勢,從 2013 年開始高通推出並逐步完善了 QC 快充協議,成為瞭如今快充領域不能被忽視的玩家之一。

 

    在最原始的 1.0 階段,高通的 QC 快充方案也顯得簡單粗放:直接使用 5V 2A 的 10W 充電功率。

 

    通常而言,USB-IF(USB Implementers Forum,非盈利USB 標準制訂組織)發布的USB-DCP 協議規定的Micro-USB 接口的輸入電流為1.5A,而不是高通推出的QC 1.0 快充標準的2A 。

 

   2A 其實是當時Android 機型普遍配備的5 針Micro-USB 的電流傳輸極限,而業界的共識是預留一定的餘量以確保充電安全,所以絕大部分機型的正常充電電流為1.5A,充電功率為7.5W(5V 1.5A),而QC 1.0 僅僅是簡單地將充電電流提升到2A,就將智能手機的充電效率在7.5W 的基礎上提升了1/3。

 

    隨著智能手機對快充需求的進一步膨脹,QC 1.0 在 2014 年迎來了升級。

 

   Micro-USB 的 2A 電流傳輸上限限制意味著高通無法再通過提高電流實現更高功率充電,於是,高通轉而尋求通過提高輸入電壓來提供充電功率 。 

 

   QC 2.0 將手機的輸入電壓增加到4 檔,除了5V 的標準電壓之外,還增加了9V、12V、20V 三擋快充電壓,依然使用Micro-USB 的2A 上限電流,最大的充電功率理論上可以達到40W。

 

   OPPO 在Find 7 中採用的VOOC 閃充實際上是與QC 2.0 完全相反的低電壓高電流快充方案,為了突破2A 的承載電流極限,OPPO 甚至改造了正常的5 針Micro-USB 接口,將Pin增加到了7 針,額外的兩根接觸針用於傳輸電流。

 

    所以,Find 7 必須專用的 VOOC 閃充充電器和充電線才能實現快充。

 

   QC2.0雖然充電功率從 QC 1.0 的 10W 急速飆升到唬人的 40W,但是 QC 2.0 實際上依然非常原始。

 

    由于手机内的锂离子电池实际可接受的充电电压为 4.35V(少部分手机的锂离子电池充电电压为 4.2V 和 4.4V),所以事实是,无论手机 USB 接口的输入电压是 5V 还是 20V,手机内部必须配备降压电路将输入电压降至 4.35V 之后才能向电池输入电量。

 

    但是 QC 2.0 的 20V 电压要在手机内部完成 4.35V 的降压转换,会产生非常大的效率损耗,这种电量损耗最终会转化为热量,造成手机充电温度过高,产生手机燃爆风险。

 

    所以,在 2015 年高通發布了更成熟的 QC 3.0 協議。

 

    QC 3.0 協議中,高通採用了新的電壓管理算法和機制。結合充電過程中實時的電壓、電流、電池溫度,可以保持手機與充電適配器的通信,以3.6V 起步、200mV 調幅步進的方式自適應增降電壓,自動實現最佳充電功率(電壓和電流)的傳輸。

    在初步成熟的 QC 3.0 的基礎上,高通於 2016 年 11 月發布了 QC 4.0 協議,並僅僅於 7 個月之後的 2017 年 6 月快速更新到了 QC 4+。

 

    先行發布的 QC 4.0 採用了更精細的 INOV 機制,調幅步進從 QC 3.0 的 200mV 調整為 20mV,而且支持 Dual Charge 技術,充電速度提升 20%,充電效率提升 30%。劃重點的是,從 4.0 開始,QC 快充協議正式開始支持 USB-C 接口,並且兼容 USB PD 協議。

 

    緊隨 QC 4.0 升級的 QC 4+ 協議進行了更大大幅更新,包括:

  • Dual Charge:支持額外一顆電源管理芯片,充電電壓轉換效率更高、充電速度更快
  • 智能熱量平衡:優化 Dual Charge,自動分配電流路徑,優化電量輸送
  • 高級安全功能:監控設備適配器和端口的溫度,防止線路過熱,避免損壞 USB接口

    至此,QC 發展到了現今的成熟階段。而在 QC 發展的過程中,PD 協議同樣在逐步完善。

 

    但高通的競爭對手也在努力。

 

    早在2012 年7 月,USB的標準制定者——USB-IF 就已經發布了基於當時普遍存在的USB-A 和USB-B 接口的USB PD(USB Power Delivery)1.0 快充規範,描繪了USB接口最高可達100W 供電能力的美好想像,但是直到USB-C 接口的出現,這一想像才開始成為現實。

 

     在高通 QC 2.0 版本發布的 2014 年,USB-IF 同時發布了 PD 2.0 協議以及其實現載體——USB Type-C 1.0 接口標準。這一下,遊戲完全被改變。

高通就好像遇到了擁有遊戲修改器的對手一樣(畢竟USB標準是人家定的,想怎麼改都行)

蘋果也用的PD標準

    與傳統的Micro-USB 相比, USB-C接口支持最大 20V 5A 的電量傳輸,天然更適合快充。但是由於此時USB-C 接口並非智能手機主流接口,所以高通QC 協議為首的第三方快充協議依然是市場主流,甚至在三年之後的2017 年2 月USB-IF 發布基於PD 2.0 協議優化的PD 3.0 協議時,各種第三方快充協議佔地稱王的局面也沒有明顯改善。

 

    不過,隨後 USB-IF 亮出了殺手鐧,基於 USB PD 3.0 協議的 PPS規範。    2017 年 5 月公布的 PPS 规范。

 

   USB-IF 利用自己 USB 規則制定者的身份,強行定義了 USB 接口不允許以 USB PD 以外的協議實現電壓調整。 (高通:MMB我怎麼和你玩)

 

    因為幾乎所有的快充協議,整個快充過程必然需要經由USB-C 接口,所以,當PPS 規範宣布,第三方快充協議不能再調整USB 電壓的權限時,實際上也是對高通們的最終通牒。

 

    對了你說華為和小米都是啥標準?華為和高通一樣,研發了自己的SuperCharge(同時兼容USB PD),小米則使用PD規格。

 

     但是未來SuperCharge肯定和高通的QC一樣,面臨著標準的問題……

各方博弈之下 USB-IF 並未堵死所有第三方快充協議的活路,PPS 規範仍然允許第三方快充協議通過兼容 USB PD 的方式,獲取繼續使用調整 USB 電壓的權限。所以,USB-IF 其實給了第三方快充協議兩個選擇:被幹掉,或者被收編。

   最終,快充市場的格局被定格——USB PD 一統天下,但是只要承認USB PD 的地位、被收編後,第三方快充依然可以在自己的小王國里仿照蘋果MFi 向配件廠商收取授權費。 

不過像高通這樣的獨立王國,心血全都白流。