電池容量大了，充電時間怎么縮短？

在探討快充技術(shù)前，先來回顧一下智能手機和過去幾代電池的發(fā)展歷程。智能手機經(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，而是因為手機屏幕變大后，電池的空間、容量也相應(yīng)地得到了一點提升；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)有很多廠商開始做4.4V電芯。

發(fā)展到第五代智能手機，當(dāng)電池容量能夠做到3000mAh時，已經(jīng)對整個系統(tǒng)架構(gòu)都帶來了挑戰(zhàn)，原來的適配器已經(jīng)落伍了。這是因為很多標(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，是不是用個大功率的適配器能夠讓充電更快？答案是否定的。在這個過程中有一個誤區(qū)需要澄清一下，即：電池充電速度和電池大小沒關(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。當(dāng)前市面上大部分的充電器都是以0.5C的規(guī)格來充電，這也是為什么幾乎所有的手機、筆記本、平板電腦的充電時間都是2~3個小時。

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。那么問題就來了，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，今天的適配器在電池容量提升到3000mAh時，會導(dǎo)致充電速率降低，延長充電時間。

因此，探討快速充電有兩個問題需要重點把握，一是面對大容量電池如何提高充電速率，二是如何將充電時間進一步縮短。

提升電流還是電壓？

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

因為充電線纜的粗細程度有一定的規(guī)定，這些連線普遍不能支持2A以上的電流。根據(jù)P=I2R，電流提升則要求線纜的阻抗更小，因此需要更換現(xiàn)有的硬件才能實現(xiàn)。

提升電流方面典型的代表當(dāng)屬OPPO的VOOC技術(shù)，通過自有電路控制更大的電流穩(wěn)定輸入到手機上，同時還要保證手機電池的穩(wěn)定以及電路的健康。這樣一來，就需要定制的電源適配器以及特別的電路設(shè)計來實現(xiàn)，采用了VOOC技術(shù)的Find 7和一般手機有三個不同，一是電源適配器，一般手機上的適配器最大輸出電流超不過2A，而OPPO為Find 7配備的適配器電流輸出高達4.5A，同時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的電池上有八個觸點，一般手機上只有四個；第三是手機的USB接口針腳為7pin，一般MicroUSB是5pin，這多出來的四個觸點和兩個針腳都是為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。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 升級至如今的 Quick Charge 2.0。

這項技術(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，從而達到提升手機充電功率完成充電提速的最終目的。通過采用 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，安全使用較大的充電功率來為手機提速充電。該項技術(shù)也是需要在充電器以及手機內(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，目前還無法支持其他的處理器平臺。

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也是通過提升輸出電壓來減少充電時間。所不同的是，MaxCharge技術(shù)不需依賴處理器，可以獨立識別并兼容普通的5V以及更高電壓輸出的專有適配器。

MaxCharge技術(shù)最大的優(yōu)勢是能提升功率而不增加損耗，因為功率=電壓×電流，在提升電壓的時候功率也是提高的，但由于電流沒有變，保持在2A以下，線纜、適配器接口都不需更換。

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

而之所以能實現(xiàn)獨立識別，主要是因為MaxCharge在D+/D-兩個信號上有交換信號，可以和適配器交換信號；它也能夠通過VBUS上的電流脈沖控制，通過數(shù)字信號解碼去識別適配器。這樣一來，它在遇到普通適配器時可以正常效率充電，而遇到專有適配器時就可以用高壓充電。

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

TI新推出的bq25892開關(guān)模式充電器在最大限度地保持行業(yè)最快速充電時間所具有的優(yōu)勢的同時，為用戶提供了更加安全的充電體驗。為了提升用戶體驗，并延長眾多鋰離子應(yīng)用中電子元器件的使用壽命，MaxCharge技術(shù)縮短了充電時間并減少了充電時產(chǎn)生的熱量，這些應(yīng)用包括智能手機、平板電腦、無人機、移動電源以及工業(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時充電效率提升至91%，溫度僅上升18℃。他解釋，溫升直接決定了用戶體驗，很多設(shè)計都由于散熱問題不得不采取折中的設(shè)計方式，因此提升效率是整個芯片設(shè)計里最重要的環(huán)節(jié)。

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

分立充電IC是未來趨勢

除了前述三大優(yōu)勢，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)致充電過早地進入了恒定電壓模式，從而使得充電時間延長。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的時間，由此實現(xiàn)快速充電。

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

對此，文司華博士表示，早先的功能機以及初期的3G手機，充電IC是包含在PMU（Power management Unit）中的，這部分可以由主平臺廠商直接出貨。近年來的趨勢是，越來越多的客戶關(guān)注充電體驗、充電效率。如果把大電流充電IC集成在PMU中，PMU本身有好幾個電壓，再來個“發(fā)燙大戶”是不現(xiàn)實的，所以，充電IC獨立出來已經(jīng)成為一個趨勢。現(xiàn)在幾乎各家旗艦機型，包括中端以上機型都采用單獨的充電IC。所以從這個角度看，TI的解決方案符合充電IC的發(fā)展趨勢，可以搭配任何主芯片平臺使用，普適性更強。

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