从低于2.5W,到55W,手机充电技术走过了哪些路?

有人的地方就有江湖。在这个信息爆炸的大时代,人们的生活和视野前所未有的扩张,接触到的“江湖”也蔚为大观。时代的变革已经渗透入社会的神经末梢,但我们有时候却未必能够感受到这些细节变换间的跌宕起伏,和波澜壮阔。近二十年来,互联网的发展是对人类生活影响最大的事件之一,移动终端的迭代和技术革新,为我们一次又一次展现科技对于生活的提升。

今天小编想要写的,是这个时代最重要的智能终端之一——智能手机上一个技术的进化史,透过它,来展示某片“江湖”过去的事,这里有技术的突飞猛进,有江湖霸主的一统江湖,也有后起之秀的发起挑战,最后还有中国力量的崛起。这里是“快充江湖”。

从低于2.5W,到55W,手机充电技术走过了哪些路?

第一次用手机打电话,1973年

手机充电的原始时期

自手机正式出现,手机电池也应运而生,但当时因为手机的功能单一,几乎仅限于打电话(后来2G时代有了发短信),所以对于手机电池的需求跟收音机对电池的需求几乎相似。这是人类开始向着移动通信设备领域迈出的第一步。

随着功能机技术的不断演进,手机向着小型化、更节能的方向发展,诺基亚和摩托罗拉几乎是功能机时代手机的典型代表。当时的充电技术不考虑数据传送,而因为手机功能拓展空间有限,对于电量的消耗普遍并不大,所以几百毫安时的电池是市场主流,充电技术也几乎都是低电压、低电流。

有多低呢?

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诺基亚的充电速度在一众手机厂商中算比较高的(一般都是5V/350——450mA),而且当时也没有必要选择快速充电器,一则因为成本昂贵,二则因为功能机自身用不着。

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功能机时代五花八门的充电头

还有就是各个手机厂商之间并没有固定的充电标准存在,导致充电器五花八门,可替换性很差。不客气地说,充电技术在功能机时代是个无须在意的技术,而技术本身相比现在也充满刀耕火种的味道。

然后智能机时代来了。

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2008年,第一台安卓手机诞生

技术飞跃:欢迎来到智能机时代

也许在打电话这方面人们的感受并不明显,但对于手机充电行业的人们来说,时代的更迭带来的绝对是翻天覆地的变化。

智能机之所以将智能放在前边,因为它真正将设备接入了互联网,让便携式的移动终端成为互联网的一部分,甚至产生异变,独立成长为一片天地。随之而来的就是方方面面的“革命”,手机APP的出现,大CMOS摄像头的出现,CPU的应用……这些都让人们前所有地沉浸于手机带来的“人与世界直接对话”的震撼体验之中。

当你可以不再把电话当电话用,而是上网终端使用的时候,那么必然意味着使用时常的增加,再加上这些体验对于电量的消耗远胜过之前功能机迟缓的页面。手机能源就被前所未有地重视起来。

手机能源包含三个部分,充电头,充电线以及电池。人们首先在电池上取得突破,大电池开始应用在智能手机上,然后就是续航功能。

这里出现的第一个变革是充电线的功能拓展——不仅仅用于充电,还可用于数据传输,另外数据线不再是作为充电装置的密不可分的一部分,而是单独存在,可以外接入所有支持特定接口的设备中为手机充电。

第二个变革就是充电功率的增加。根据功率计算公式:P(功率)=U(电压)*I(电流)功能机时代手机充电功率普遍在2.5W左右,智能机如果采用这种充电器,那么在边充电边玩的时候就会面临电越充越少的尴尬局面。

USB BC(Battery Charge)1.2的应运而生,就是在这样的背景之下。USB是一种接口和其接口协议的简称,这个接口是由USB IF提出的,这个组织我们可以看作电子领域的七个“大门派”,他们联手发布这个标准,是为了让产品能够更好的互联。USB BC1.2标准由USB IF协会于2010年颁布,指的是可直接为关闭的便携式设备电池充电,成为建立通过USB端口为电池充电的正确方式的关键标准。说白了,BC1.2就是可以给包括手机、数码相机等在内的便携式设备使用USB接口充电(包括关机充电)并且同时能够实现数据传输的一套官方标准。

这个标准对功率的提升有多大?

它最大的贡献就是将充电电流的上限提升到了1500mA,尽管电压没变(电压需要充电头里的变压装置),但也将功率提升到了7.5W——这已经足够智能手机日常使用。

这个标准除了电流上的优势之外,也能很好支持集线器、分线器等,而且它最大的作用其实是规范了当时混乱的市场,让USB数据线成为一种不需要跟品牌绑定的配件,并且更广泛地实现了手机及其他电子设备之间的互联。

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百家争鸣:不好意思,头把交椅我来坐

在智能机出现的早期,没有人知道智能机将向着什么方向发展。直到三星的屏幕越来越大,击败HTC成为安卓阵营的霸主,我们才看到一个较为清晰的未来——更大、更快、更强。屏幕更大,应用运行更快,功能更强劲。所以更费电。

在这样的趋势之前意外发生了:USB IF 忽然之间没了声响。而手机的配置却在短时间内迎来增长上的大爆发,手机厂商无法等待USB IF出台新的标准,那怎么办呢?

自己搞!

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先动手的是大佬高通,高通一拍桌子,既然老大失踪了,那我就是老大,我们以后使用我搞的快充(QC),跟我混有肉吃。然后高通迅速出台了QC1.0版,它突破了USB BC1.2对电流的限制,将充电电流从1500mA提升到了2A,功率提升了2.5W,充电速度果然大大提升。

但这是2013年,到了2014年情况又发生了变化,手机厂商意识到之后人们对“充电快捷”的需求会越来越强,而糟糕的是对MicroUSB2.0的接口来说,2A已经接近了承载上限。当时type-C倒是已经出世,并且能够满足对大电流的需求,但是远未普及。另一种选择就是Micro USB3.0接口,但那种接口又太大。

这咋办咧?

技术研发方面只能把目光重回功率计算公式——P(功率)=U(电压)*I(电流)。只要能够提升功率,就相当于加快了充电速度,而P的增加取决于电压和电流。然后绝大部分人的目光落在了电压上,而OPPO选择从电流入手。

分歧由此展开,后来又发展成为两大流派,我们简称为高压派和低压派。

高压派以高通为代表,高压快充技术的原理就是增加电压,同时为了规避风险减小了电流,它将电压从正常的5V提升到12V,将电流从2A降到1.5A,这样功率其实达到了18W,是QC1.0版本的近两倍。

这样有很多好处,第一是线损成本低,风险小,线材的可替代成本也低;第二是技术上容易实现,不用花费过多的研发精力。

而OPPO的低压方案就比较铤而走险。

很容易理解的是,它的方案里选择不动电压,而是增加电流,将电流从1.5A提升到5A。这样其充电功率就提升到了25W,相比高通家的18W,简直是高一头。

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巨大的充电头

但说起来轻描淡写,做起来困难重重,因为它要重新对数据线进行设计,还要改造电路,充电头的个头也很大。所以如果想实现快充,数据线只能使用它家官方发布的。

尽管有着这样那样的瑕疵,但是这种思路也有另一大好处,它的发热并不严重,而且充电速度真的出奇的快,于是就有了手机营销史上经典的文案之一:充电五分钟,通话两小时。

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OPPO宣传文案

就这样,两股势力开始了各自在市场上的征途。

在最初看来,OPPO显然很弱小。因为不久之后,包括联发科、魅族、三星、小米、努比亚等等,这些主流品牌几乎全都使用的高压方案。整个手机市场上站在OPPO这边的有谁呢?只有以前在OPPO工作过的刘作虎创建的手机品牌一加使用了OPPO相似的低压充电技术,即DASH 闪充。

当时的局面可以说低压充电技术是在苟延残喘。然而事实证明,真理往往掌握在少数人手中。

2016年,江湖风云突变。

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Type-C接口

因为Type-C的普及,许多手机厂商看到了低压方案的实施可能,于是轰轰烈烈的转变开始,华为首先采用了低压大电流方案,后来联发科以及紧跟它步伐的魅族也先后采用低压大电流方案,再之后就是高通,它在推出的QC4.0上采用了低压大电流技术。而数年过去之后,OPPO仍然采用自研的低压充电技术,相比而言,Type-C版本的低压方案线材比较粗,但可替代性却很强,不过在成本方面几无二致。事实证明了当初OPPO所坚持的方向,也为它奠定了领先别人几步的在充电技术上的积累。

从低于2.5W,到55W,手机充电技术走过了哪些路?

总结

最新的来自MWC2019的消息,华为新发布的Mate X充电功率到达了55W。随着5G时代的到来,设备对电量的需求仍在增长,我们不知道未来充电技术能够如何发展,但相信这一次站在最前排的,很大可能将是中国力量。新的充电接口标准的制定,也再不是国外电子巨头独角戏。加油。