关注微信公众号
创头条企服版APP
创头条快享版APP

您是个人用户,您可以认领企业号

「科普」35分钟充满一部手机?详解充电黑科技电荷泵技术

8621
ZEALER 2019-03-19 01:37 抢发第一评

从去年年中到现在,大功率快充成为了手机行业的热点之一,顺便也带火了电荷泵这一技术名词。如果你对它还有些不了解的话,这次笔者就来给各位答疑解惑。

Q
&
A
 什么是电荷泵

从用途来说,电荷泵是一种变压器件,属于变压器的一种,但和以电磁感应为基本原理的普通变压器不同,电荷泵是利用开关和电容器件巧妙组合来实现的。因为不需要两次磁电转换,电荷泵的能量效率非常高,目前手机行业所用的产品普遍都标称 97%,相比之下其他的直流变压器件能有 95%就烧高香了。但代价也很明显,缺乏灵活性,只能 1 倍和 2 倍的转换,即进行两倍升压或者降到半压,无法按需定制或者动态调配。

Q
&
A
 手机为什么要采用电荷泵充电?

手机行业以往的快充方案有高电压和高电流两种,其中高电压简单易行,对配件要求低,但因为需要降压,效率偏低,功率难以提升;高电流方案转化率高,但对配件要求高,尤其是线材,电流太大的话线材要么成本直线上升,要么无法承受,导致出现瓶颈。

这样一来,想要把快充技术继续演进下去,高电压和高电流都是必要的,就必须采用高效降压方案,正好电荷泵能够满足这种需求,在中低端可以降低配件成本,在旗舰级可以大幅提高功率,自然广受青睐。

Q
&
A
 目前可供手机行业选择的电荷泵 IC 有哪些?

到今天为止,有公开的产品有 4 款,其中德州仪器(TI)的 BQ25970 是出镜率最高的,vivo 在从 NEX 到 iQOO 的 4 款产品中都用了,标称转化率 97%;

最近比较火的小米 9 使用的是高通(QCom/Qualcomm)的 SMB1390,有望在此后的高通骁龙平台旗舰中广泛采用,标称转化率 97%;

在华硕 ROG Phone 上有发现恩智浦(NXP)的 PCA9468,官方描述符合电荷泵的特征,标称转化率 98%,但 ROG Phone 的实际充电表现不佳;

最后一款是英国 Dialog 半导体推出的 DA9313,标称转化率 98%,目前暂时没听说有谁在用。

Q
&
A
 电荷泵在手机充电过程中具体的工作角色是怎样的?

首先需要明确,电荷泵并不能灵活降压,所以最起码在充电刚刚开始,快充协议握手并生效之前肯定是不能工作的,接近涓流充电时,整机降压并回到 5V 档位时同样不参与工作。

如果要说得更具体一些,德州仪器在 BQ25970 的主页上给出了一个电荷泵详解文档,对整个过程做了详细阐释。

简单来说,只有大电流恒流和恒压充电阶段才能调用电荷泵,用我们更熟悉的名词来说就是快充阶段才可以,在多数手机产品上,大概是快充生效到充至 70-80% 电量的时间段。需要注意的是,德仪的 BQ25970 只负责电荷泵的基本功能,也就是对电流的半压转换,开头结尾的充电以及和充电头的协商通讯都是由其他的 IC 负责。

当然,理论上也可以把所有需要的 IC 都封装在一起做集成方案,但目前没有明确的信息说哪家这么干了,按照高通的一贯作风,SMB1390 可能是这样,但目前没有公开更多的细节信息。

Q
&
A
 怎样判断手机是否支持电荷泵充电?

其实没什么太好的判断方式,也没有这种需求,因为电荷泵是厂商们争相宣传的重点,是会主动告诉你的。如果真有此类需求,只能通过原装充电头的参数可以判断,除了小米 9 是特例之外,其他的电荷泵机型都标称 10V 或者 11V,以便和其他机型划清界限。

当然,如果你会抓 log,可以尝试抓一下充电过程中的日志内容,看看能不能找到上面那四颗电荷泵 IC,找得到自然就是支持的。

Q
&
A
 电荷泵充电为什么都不能跑满标称的功率?

事实上,除了五伏一安和华为 22.5W SuperCharge 之外,几乎没有能跑满的。因为功率就是电流乘以电压,所以功率不满肯定是电流或者电压给少了。以往的给定电压档位快充,电压一般都是满的或者略超,主要问题是电流跑不满;低压大电流方案,的确有能跑满电流的产品,但它们的实际电压都是根据电池电压状态来动态调节,大约在 4.5V 上下一点点,而这些方案除了华为标 4.5V 之外,别人都标的是 5V,所以只有华为可能跑满的结果就很好理解了;

电荷泵的话,前面讲了那么多次半压转换,你就应该清楚,这玩意就是低压方案进化来的,自然也会继承低压的传统,5V 翻倍就是 10V,也有标 11V 的,但实际上无论标多少 V 都是电池的充电电压翻倍,也就是 9V 左右,因此电压肯定不满,继而功率不满,小米 9 是例外,电压会给得比标称 9V 略高,电流不足,功率不足;双电池串联方案同电荷泵。

Q
&
A
 电荷泵快充有依赖特殊协议吗?需要选购特别的充电头吗?

电荷泵本身和快充协议本来没什么关系,从前面德仪的表格里面就能知晓,BQ25970 只管半压,协议需要的通讯功能是由其他 IC 负责,示例里写的是 PD,公共协议,所以按道理电荷泵和协议是无关的。

然而事实并非如此简单,因为电荷泵是把电压减半之后直接输出给电池,而为了效率,电池的充电电压需要做到跟随电池本身电压的上升来动态调节,因此电荷泵对输入电压其实是有要求的,必须做到较小范围(约 8-9.5V)精细调整,目前比较通用的说法是做到 20mV 步进精度。所以普通的快充协议还是不行,公共协议只有 PPS(包括 QC4+)支持,或者自行建立私有协议。

因此,对于电荷泵快充机型来说,充电头的选择范围很窄。目前确认能支持 PPS 电荷泵的只有小米 9 和 ROG Phone,理论上用功率管够的 PPS 充电头就行,其他机型包括 vivo、华为、魅族等等都只能用原装型号。

Q
&
A
 为什么 OPPO 的 SuperVOOC 没有采用电荷泵?

其实用了,只是不在充电端,而在放电端。具体为什么这么搞,官方从未给过答案,以下为笔者自行猜测。

主要问题有两点,首先电荷泵虽然高效,但也是有损转化,二是充电端和放电端,最大的区别是放电端的最大功率低得多。

因此可以猜测:

随着功率的提高,发热还是会累积到可观的程度,换句话说如果依赖电荷泵,做到如今实际接近 40W 的水平也基本到头了,想再提高必须去找理论无损的方案,那么根据热力学第二定律,自然过程的单向性,串联分压方案符合理论无损的要求,自然要优越于电荷泵;而在放电端,串联电池必然导致输出电压的翻倍,机身内部各种元器件很难再进行串联布局,所以在供电最多 10W+ 的情况下,电荷泵降压再输出给元器件是比较理想的做法,因此 SuperVOOC 采用了串联电池+电荷泵放电的方案。

ZEALER出品】

点开下方小程序,观看本期视频↓

*已购买用户可加 Q 群:972083354

(加群时需提供交易单号)

所属栏目: 干货
声明:该文章版权归原作者所有,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本网联系。
喜欢这篇 (2)
评论一下
评论
登录后发表评论
×

Tel:18514777506

关注微信公众号

创头条企服版APP

创头条快享版APP