快充技术“大统一”

浅析USB PD3.0充电技术

虽然骁龙835、麒麟970、联发科HeIi0 X30等新一代10nm旗舰级处理器会继续打破当前手机处理器的性能记录，但不可否认的是：对绝大多数消费者以及我们最常使用的APP来说，哪怕是骁龙625、HeIio P20级别的处理器就已经极为优秀了。在手机性能相对过剩的今天，源于待机续航方面的瓶颈已是重中之重。

如今智能手機的发展趋势就是更加轻薄的机身，增加屏占比换取更为震撼的视觉冲击力（图1）。在这种设计思路下，手机体内留给安置电池的空间也就变得越来越小，在电池技术（能量存储密度）没有太大的突破前，想塞进更大容量的电池，就只有牺牲厚度、重量和屏占比这些影响颜值的参数了。

由于Galaxy S8压缩了上下边框的宽度，并将指纹识别模块移到了手机背面。所以它在增加屏幕面积的同时，体积和Galaxy S7相比并没有太大的变化，保持电池容量不变自然是出于安全上的考量。

当然，通过优化机身内部结构，也是有机会在保持“性感”设计的同时配备更大容量的电池。以三星Galaxy Note7为例，它和上一代Galaxy Note5同样是5.7英寸屏幕，而且还采用了曲面屏幕和防水功能等“浪费空间”的结构设计，但它内置的电池容量依旧从Note5的3000mAh提升到了3500mAh（图2），从而获得了更理想的续航表现。

然而，正是因为GalaxyNote7采用了激进的设计，导致更大容量的新电池超出了原先的保护能力（图3），最终让这款机皇因“爆炸门”事件而匆匆退市。由此可见，想让智能手机保持苗条身材与更大电池兼顾的设计存在风险。受Note7的影响，未来更多的手机厂商也将在电池容量的取舍上做出让步。还是以三星为例，即将上市的Galaxy S8虽然采用了更大的5.7英寸屏幕，但它的电池预计却和5.1英寸的GalaxyS7相同都是3000mAh，由此不难说明问题。

在锂电池技术没有太大的革新之前，智能手机的电池注定保持在一个合理的容量上。在这种大环境下，增加手机充电功率，减少手机充电所需等待的时间，就是一种改善续航的“曲线救国”方案了（图4）。类似“通电5分钟，通话2小时”的广告语，就是对快充技术的最完美诠释。

然而，各个手机品牌在给旗下产品融入快充技术的同时却出现了分歧。

以OPPO、华为和三星为代表的厂商，选择了自主研发的快充方案。其中OPPO将其命名为“VOOC闪充”（一加手机3的DASH快充可视为VOOC的分支）；华为快充则衍生出了FCP、SuperCharge和Magic Power三个版本；而三星的快充则被称为AFC。三者不同之处在于，三星旗下的绝大多数中高端机型可同时支持AFC和高通OC，而OPPO和华为的快充则仅为自家产品服务（图5）。

相对于耗费精力的自主研发，更多的手机厂商选择了直接和芯片方案提供商合作。比如搭载联发科处理器的手机就支持PE/PEP，而搭载高通处理器的手机则兼容OC，这项技术属于处理器的“打包附赠”，手机厂商只需在手机端和充电器端分别嵌入相关的充电识别IC芯片即可。

问题来了，各种快充技术之间存在兼容问题，其中OPPO VOOC更是需要重新定制的MicroUSB接口和数据线。家里的手机越多、品牌越杂，手机和充电器的（快充）匹配问题就显得越是头痛（图6）。每一款手机都需要一个与其匹配的（快充）充电器，这无疑是一种资源上的浪费，造成电子垃圾污染。

小提示

USB PD3.0是通过PPS协议实现的对主流快充技术的收编，原本并未包括三AFC、展讯SFCP和AppIe的快充协议。但是，已有芯片厂在USBPD3.0的基础上，推出了同时兼容AFC、SFCP和Apple的快充电源管理IC芯片，从而实现了快充方案全兼容的梦想。

对快充方案的混乱境遇，最先“看不下去”的就是谷歌。早在2016年11月，谷歌就在Android 7.0的OEM规范中明确指出：想用最新的Android 7.×系统？没问题，但你必须选择USB PD充电协议！这则消息刚一出现就在手机圈里引起了不小的风波，很多用户纷纷表示“这让其他快充方案怎么活？”

2个月后，推广、制订USB技术的非营利组织USB-IF就公布了最新的USB PD3.O技术，不仅符合谷歌想通过Android7.×普及USB PD充电协议的野心，同时也解决了困扰我们已久的与其他快充技术的通用性问题：USBPD3.0可全面兼容OC4.0/3.0/2.0、MTK PE2.0/3.0、FCP、VOOC等快充协议，基本实现快充江湖的“统一”（图7）。最令人欣喜的是，USB PD3.0与我国工信部的泰尔实验室达成了共识，预计将与国标实现统一！

简单来说，USB PD充电协议最大的特色就是设定了1 OW、18W、36W、60W、100W五个档次的充电功率标准（图8），分别对应5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、20V/3A以及20V/5A的电流/电压搭配，可满足类似显示器、笔记本等耗电量更高设备的供电（充电）需求，还能实现双向充电功能，即两台电脑用USB线连接可以互相充电。

细心的读者可能已经发现了，USB PD的供电标准比较“呆板”，10W、18W和36W之间的跨度太大。要知道，无论是高通OC3.0/OC4.0还是联发科PE2.0/PE3.0都引入了浮动电压微调的概念。比如，高通OC3.0能在3.6V～20V之间以200mV为单位进行上下调节（电流最大3A）；OC4.0进一步提升了功率，5A时可输出最大电流为5.6A，9V时为3A，电压档继续细分以20mV为一档；联发科PE3.0则能在3V～6V之间以10-20mV的步进进行调节（电流最大6A）。

面对OC3.0/OC3.0和PE3.0这种可调电压获得最大充电效率的能力（图9），USB PD似乎有些不合时宜，又何谈取代？

而USB PD3.0技术最大的改進，就是引入了一项名为PPS（Prog rammabIe Powe rSupply）的协议。PPS协议让USB PD 3.0获得了强大的可编程能力，输出电压范围从5V扩展到3.0V～21V。同时，PPS可调整电压幅度为20mV，可以实现低压大电流直充。此外，PPS协议还规定，最少每10秒负载和适配器之间就要保持一次脉动沟通，这种脉动机制可有效避免充电过程失控。

未来，凡是出厂预装And roid7.×系统的手机新品都会以USBPD3.0作为标准，在PPS协议的影响下，手机上的USB接口将不允许通过非USB PD的快充协议调整电压。至于品牌手机原有的旧快充技术，只要不违背原则就能在PPS的基础上保持向下兼容。此外，USBPD3.0的出现还有利于智能手机将Micro USB接口全面过渡到USBType-C，而且标配的数据线品质也将出现极大的提升，用来承载超过3A的充电电流。

总之，今后无论你买的是OPPO、小米还是华为手机，通过支持USB PD3.0技术的充电器就都能对这些手机进行快速充电（图10）。正所谓“无数手机，一个对策！”

在EU SB PD的实际应用上，不同类型的设备可根据自身需求对电压/电流进行定制，实现类似25W、30W的充电，功率。此外，智能手机等移动设备所用的USB Type-C接口属于细小型连接器，所以它们的供电能力最多只能达到60W。在实际的应用中，智能手机通常会将USB PD限定在更稳定的18W上下。

不要小看手机充电“大一统”的意义。要知道，减少资源浪费、电子垃圾及保护环境免遭污染，是所有企业的社会责任。以往，手机厂商之间各自为战，想使用快充技术就必须选择匹配的充电器，既给用户的选购和使用带来了麻烦，又有悖于企业的社会责任。因此，USB PD3.0的出现和普及有着非常重要的正面意义，理应受到我们的关注和期待。