最常見(jiàn)的手機(jī)電池快充方法

電池快充的本質(zhì)就是在單位時(shí)間里將盡可能多的電能送入電池存起來(lái)，而電池電壓是由其自身的狀態(tài)決定的，我們?cè)趯?shí)施快充時(shí)能改變的唯有電流而已，所以快充就是大電流充電。

獲取大電流可以有兩個(gè)方法，一個(gè)是電源本身就是大電流輸出的，這時(shí)將大電流引入電池即可。很顯然，這時(shí)的電源電壓應(yīng)當(dāng)與電池電壓相當(dāng)，實(shí)際上是需要略高一點(diǎn)點(diǎn)，多出來(lái)的部分就落在電源與電池之間的連接電阻上了。另一個(gè)方式是將高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榇箅娏?，這時(shí)的電源電流并不大，但在轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷阂院蟮碾娏髯兇罅?，這就需要使用具有降壓和電流放大功能的轉(zhuǎn)換器，多數(shù)情況下這樣的需求就是由 Buck 轉(zhuǎn)換器來(lái)滿足的，本文將把另外一種方法介紹給你。

最早使用大電流實(shí)現(xiàn)快充的手機(jī)品牌好像是 OPPO，他們把手機(jī)的充電接口做了改造，傳輸線和充電適配器也是特制的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的東西在這時(shí)候根本滿足不了需要，其充電接口上的電壓就是電池電壓，與傳統(tǒng)方案明顯不同。這個(gè)方案也被后來(lái)的許多廠商借鑒并且有了更快的速度，如華為的超級(jí)快充技術(shù)。

要在傳統(tǒng)接口不改變的情況下傳輸高電壓也是可以實(shí)現(xiàn)快充的，但是充電用的電源適配器必須做出改變，需要能夠輸出高電壓，而芯片大廠高通和聯(lián)發(fā)科技就這么干了。

實(shí)際上，這兩種方法都改變了電壓，一個(gè)升高，一個(gè)降低，同時(shí)還要能夠適應(yīng)傳統(tǒng)的 5V 供應(yīng)，所以手機(jī)和電源之間必須加入通訊的功能，以便雙方能夠溝通需要的電壓和/或電流。傳統(tǒng)手機(jī)的 USB 充電口可以利用的就只有 4 條線，兩條供 VBUS/GND 使用，兩條供 D+/D- 數(shù)據(jù)線使用，所以就出現(xiàn)了兩種通訊方案：一種利用電源線上的負(fù)載脈沖來(lái)傳遞信息，一種利用 D+/D- 的狀態(tài)改變來(lái)傳遞信息。當(dāng) USB Type-C 型接口出現(xiàn)以后，可以利用的東西就多了起來(lái)，它的 CC 線可以進(jìn)行雙向通訊，后來(lái)就出現(xiàn)了 PD（電源傳輸）協(xié)議，把可程控電源（PPS）變成了一個(gè)現(xiàn)實(shí)可行的東西，到今天已經(jīng)開(kāi)始普及了，我所在的立锜也趁此機(jī)會(huì)在 AC/DC 領(lǐng)域里鞏固了自己的立足之地，獲得了眾多大廠的鼎力支持，本號(hào)文章里解剖過(guò)的華為產(chǎn)品只是其中的冰山一角，但這已經(jīng)足以值得立锜人自豪了，至少我自己是多少有點(diǎn)這個(gè)感覺(jué)的，過(guò)去可不敢有這樣的想法。

當(dāng) 5V、遠(yuǎn)高于 5V 的高電壓和相當(dāng)于鋰離子電池電壓的低電壓都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在手機(jī)端口上時(shí)，手機(jī)里的充電管理系統(tǒng)應(yīng)該如何做呢？

很顯然，相當(dāng)于鋰離子電池電壓的電壓出現(xiàn)時(shí)，我們將電池和充電端口直接接通即可實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程，這時(shí)候需要在兩者之間加入一個(gè)可控的智能開(kāi)關(guān)對(duì)此過(guò)程進(jìn)行管控，其電路圖就如下圖所示的樣子：

這個(gè)圖看起來(lái)簡(jiǎn)單，外圍幾乎沒(méi)有什么元件，但實(shí)際的 IC RT9750 內(nèi)部還是很復(fù)雜的，因?yàn)樗吘故且活w實(shí)實(shí)在在的充電 IC，需要實(shí)施鋰離子電池充電的各種策略，而通訊接口的存在則賦予其靈活性，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)它向其內(nèi)部發(fā)送各種指令或是讀取其內(nèi)部檢測(cè)到的狀態(tài)，其內(nèi)部框圖是這樣的：

其核心是從 VBUS 到 VOUT 之間的開(kāi)關(guān)，其他的一切都是圍繞它而存在的供電、檢測(cè)和控制電路。如果充電用電源適配器和接口都是特制的，在手機(jī)里用這顆 IC 負(fù)責(zé)充電大概也就夠了，但如果不是這樣的，外加一顆可以接受 5V 電源的充電 IC 也就是必須的，這樣可以保證幾乎任意一個(gè)手機(jī)充電適配器都可以連接上來(lái)并完成充電而不會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)存在，因?yàn)榧词故翘厥猱a(chǎn)品，他們的初始電壓也是 5V 的。

當(dāng)使用 5V 和高于 5V 的電壓為手機(jī)充電時(shí)，使用 Buck 轉(zhuǎn)換器是必須的選擇，但它也有自己的缺陷，當(dāng)負(fù)載電流比較大時(shí)，要想維持較高的效率會(huì)有困難，所以在充電IC的發(fā)展道路上又出現(xiàn)了一種依靠電容來(lái)降壓擴(kuò)流的方法，其原理示意圖和其中的工作流程大概是這樣的：

這個(gè)圖出現(xiàn)在立锜產(chǎn)品 RT9759 的規(guī)格書中，形象化地說(shuō)明了降壓工作的原理，而規(guī)格書中則提供了詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程，感興趣的可以去仔細(xì)看看。

這里使用的電容降壓方法可將輸入電壓折半使用，所以需要輸入電壓是電池電壓的 2 倍，而負(fù)載得到的電流則是輸入電流的 2 倍，轉(zhuǎn)換效率高于 Buck 轉(zhuǎn)換器，所以在快充應(yīng)用中得到親睞。

這些快充方法都需要知道準(zhǔn)確的電池電壓，同時(shí)將電源電壓設(shè)置為與電池電壓相當(dāng)或是其2倍，因此需要精確的測(cè)量以及和電源之間的通訊能力，而且也需要電源具備可程控的能力，所以使用最新的 USB PD 協(xié)議恐怕就是最佳的選擇了，這樣就有了如下圖所示的建議方案：

此圖也來(lái)自 RT9759 的規(guī)格書，其中的主要內(nèi)容有 4 個(gè)，頂部是 RT9759，由它實(shí)現(xiàn)電壓折半充電，其效率最高達(dá) 97.8%，根本不用擔(dān)心它會(huì)給快充造成發(fā)熱問(wèn)題；再往下是一個(gè) Buck 架構(gòu)的充電 IC，圖中推薦的型號(hào)是 RT9471D 或 RT9467，當(dāng)然也可以是其他型號(hào)，這方面立锜有很多資源可被利用，這樣就可以用 5V 或者高達(dá) 12V 的電壓為電池充電，不需要是很精確的 2 倍電池電壓；再往下是 PD 控制器和應(yīng)用處理器 AP，立锜不涉及 AP 相關(guān)業(yè)務(wù)，但 PD 控制器是立锜的專長(zhǎng)，有 RT1711、RT1715 等系列器件可用。這種方案對(duì)傳統(tǒng)的私家協(xié)議也能支持，它們通常利用 USB 的 D+/D- 完成協(xié)議處理。

快充技術(shù)的下一步會(huì)如何發(fā)展真的很難說(shuō)，但我覺(jué)得現(xiàn)在的技術(shù)在滿足手機(jī)需求方面應(yīng)該是夠了，或許還可以在集成度等方面有所變化，但要發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化則不太容易。無(wú)論技術(shù)如何變化，目的都是為了讓我們的生活變得更如意，就讓我們好好享受這一切吧！

轉(zhuǎn)載自RichtekTechnology。