手机快充技术全面来袭，四大方案如何选？
随着智能手机的普及和用户对手机使用续航时间需求的提高，在受限于锂电池技术无法取得突破而做大能量密度的情况下，智能手机电池快速充电技术使用户在短时间内快速补充电量。快充技术全面来袭，我们该如何为产品选择合适的充电方案？
悉数市面上的产品，快充技术大致有四种，即高通的quickcharge版（如qc2.0、qc3.0），联发科版（pump express和pump express plus），oppo 的vooc，以及ti的maxcharge（实际上它同时兼容了高通qc2.0版和联发科pump express协议）。也有人说快充技术是5种、6种、甚至7种，但在目前也就上面这四种，是在原有usb 5v充电技术上有所突破的技术，具体请看文章后面的详细解释。
常规usb 5v充电技术的瓶颈，充电环路示意图如图-1，充电环路阻抗约0.32ω，那对于4.2v和4.35v电池最大充电电流有以下公式：
（5-4.2）/0.32=2.5a （5v input source， battery cv=4.2v）
（5-4.35）/0.32=2.03a. （5v input source，battery cv=4.35v）
因此，手机的常规充电方式，无法再提高充电电流，不能满足现在手机电池越来越大后，对大充电电流的要求。
一、高通qc版快充技术
这是一个市面上采用较多的快充技术，小米4c，小米note，三星等主流品牌均在采用此充电技术。这与目前高端智能手机所采用的平台有相当关系。另外，这种技术相对简单，实现起来相对容易，成本提升不明显，市场较容易接受。高通qc充电技术有两个版本，分别是qc2.0和qc3.0，现在qc3.0 的手机还很少，普遍还是qc2.0。
快充技术的原理，通过usb端口的d+与d-的不同电压给合，来向充电器申请相应的输出电压供手机充电。qc2.0并不是简单的d+与d-的组合就可以让充电器输出所需的电压，而是还有一些协议在里面，需要先发送握手信号，比如1.5s的握手电压组合，才能进行下一步的输出，否则，直接按图-4将 d+与d-电平设置好是不会改变充电器的输出电压的，这也是为了更好的保护非qc2.0技术的手机，不会因为误触发了充电器的升压机制而烧毁手机，图3是 qc2.0充电器原理图的调压部分。
高通qc2.0 握手协议：
快充的充电器与手机通过micro usb接口中间两线（d+d-）上加载电压来进行通讯，调节qc2.0的输出电压。握手过程如下：当将充电器端通过数据线连到手机上时，充电器默认通过 mos让d+d-短接，手机端探测到充电器类型为dcp（专用充电端口模式）。此时输出电压为5v，手机正常充电。 若手机支持qc2.0快速充电协议，则android用户空间的hvdcp进程将会启动，开始在d+上加载0.325v的电压。当这个电压维持1.5s 后，充电器将断开d+和d-的短接， d-上的电压将会下降；手机端检测到d-上的电压下降后，hvdcp获取手机预设的充电器电压值，比如 9v，则设置d+上的电压为3.3v，d-上 的电压为0.6v，充电器输出9v电压。
快充技术的优点是，很好地解决常规手机充电电流的限制，由于充电器输出电压的提高，手机充电环路的阻抗限制的充电电流的问题得到了很好地解决，缺点是，效率仍不是很高，在手机端发热量还比较大。
随着高通qc3.0的发布，很好的弥补了qc2.0效率偏低的问题。
充电速度是传统充电方式的四倍，是quick charge 1.0的两倍，比quick charge 2.0充电效率高38%。quick charge 3.0采用最佳电压智能协商（inov）算法，可以根据掌上终端确定需要的功率，在任意时刻实现最佳功率传输，同时实现效率最大化。另外，其电压选项范围更宽，移动终端可动态调整到其支持的最佳电压水平。具体来说，quick charge 3.0支持更细化的电压选择：以200mv增量为一档，提供从3.6v到20v电压的灵活选择。这样，你的手机可以从数十种功率水平中选择最适合的一档。
二、联发科pump express快充技术
与高通qc2.0虽在实现方式上有所不同，却有异曲同工之妙。高通qc2.0是通过usb端口的d+和d-来个信号实现调压，而联发科的pump express快充技术，是通过usb端口的vbus来向充电器通讯并申请相应的输出电压的。qc2.0是通过配置d+和d-电压的方式来通讯，pump express是通过vbus上的电流脉冲来通讯，但最终的目的是提升充电器的电压到5v，7v，9v。
快充技术的vbus电流与vbus电压波形如图-5：
快充技术充电器原理图，及原理简介
快充技术的优点，与qc2.0相似，由于提高了充电器的输出电压，解决了充电电流的限制。同时缺点也与qc2.0类似，由于充电器的调压档跨度比较大，带来手机端充电路效率偏低。于是，mtk pump express plus快充技术随之诞生，pump express plus技术与高通qc3.0类似，增加了调压档数，每档200mv。手机可以根据电池当前电压以及充电环路衰减，向充电器申请合适的电压，以达到以电效率的最大化，以进一步降低手机在充电过程中的发热量。
三、oppo vooc闪充技术
称自己研发的快充技术为“ vooc闪充技术“，也是最神秘的快充技术，目前只有oppo的几款产品在用，即find 7和n3等，由于oppo对此技术有专利限制，其它手机厂商只能叹为观止，且成本相对较高，充电器体积较大，便携方面没有其它快充技术的好。
的vooc闪充技术与传统充电最大的区别在于，创新性的将充电控制电路移植到了适配器端，也就是将最大的发热源 移植到了适配器。这样控制电路在适配器，而被充电的电池在手机端，充电时手机发热得以很好的解决。为了更好的对充电流程进行控制 （比如控制电路需要实时监测电池电压、温度等），oppo特别在适配器端加入了智能控制芯片mcu，适配器端实现了充电控制电路，智能控制充电的整个流程。
四、ti的maxcharge技术
ti的maxcharge技术是将高通qc2.0和联发科的pump express，以及ti自身的高性能充电管理做了一次整合，比较有代表性的方案有bq25895，其最大充电电流可达5a，最大输入电压14v，可以很好地支持qc2.0和pump express标准的充电器。我们对ti提供的bq25890 demo板实测，在4a充电时，芯片温度达55度左右（在环境温度25度下测试），差不多有30度的温升，这如果放在手机内部，将会是一个重要的热源。
ti的maxcharge充电芯片的简易原理图，
图-10 ti的maxcharge充电芯片的简易原理图
图-11 bq25890 demo板实测
ti的maxcharge充电技术的优点，由于同时兼容高通qc2.0和联发科pump express技术，因此也就同时具备了qc2.0和联发科pump express的优化点。它缺点也和高通与联发科一样，整体的效率还不是很高，因此发热量较大。
鉴于手机充电部分的发热问题，短时间qc3.0和pump express plus还未普及，那么我们是否还有其它方案来减小手机充电发热量呢？答案是肯定的。我们用两颗充电芯片同时对一颗电池进行充电，可以减少单独充电芯片的发热量。图-12是双充电芯片原理图，图-13是bq25890+bq25896双demo实测，设置两颗充电芯片的充电电流都为2a，总共4a对电池充电，充电30分钟后，测到两个芯片的温度分别为42度和40度，室温为25度，芯片温升分别为17度和15度，比单芯片充电方案的温升降低了一半。因此，双充电芯片方案对提高充电效率，减少手机充电发热方面具有很大的优势。
图-12 双充电芯片原理图
图-13 bq25890+bq25896双demo充电实测
图-14 充电过程曲线
五、充电方案的选择
面对上述充电方案，我们要如何选择呢？
成本，效率，发热量，便携性，专利，等均需要考虑。首先，oppo的vooc闪充技术在成本，以及充电器便携性方面肯定是不占优势，加之其有专利方面的限制，其它厂商在没有获得oppo授权的情况下，不可能采用此方案。高通和联发科虽然各自也有专利，但暂时还未向使用者收费，且在成本与充电器便携性方面更具有优势，我们不难看出，在接下来的一段时间里，快充方案的选用方面，ti芯片将具体更灵活的选择性。
电池在快充技术发展过程中，起着举足轻重的作用，电池充电倍率的高低，直接影响充电的速度。目前手机上常用的电池充电倍率有：0.5c，0.75c，1c，1.5c等。比如一个电池只有1000mah的项目，客户要求支持快充，这时我们需要分析，客户要求支持快充的目的是什么？只是要有这个噱头？还是需要缩短充电时间？如果是前者，那只需要硬着头皮加上快充方案即可，其本质和不带快充的方案没有多大差别（除了成本有所提高），如qc2.0在9v时可输出1.5a以上，电池端的电流可以达到2.5a以上，对于1000mah的电池来说，如果是目前较好的手机高倍率电池 1.5c，也只需要1.5a的充电电流，那么换算到充电器端，充电器只需要在9v电压时输出0.75a左右即可，如果在5v电压时，则只需要输出1.4a 左右也能满足，因此，这个项目只需要选择更高倍率的电池即可，而不需要采用快充技术，亦能满足项目对充电的需求。若一个项目的电池是4000mah，2a 充电电流仅为0.5c，如果采用3a的快充方案，也只能达到0.75c，充电时长约需约2.5小时，如果是支持1c充电的电池，采用4a充电，则充电时间可缩短到约1.5小时。
总而言之快充方案的选择，是一个综合性的技术方案选择，它具有水桶效应。我们要根据项目需求，合理地选择，希望以上的技术分析内容，能够给未做过快充方案的同行工程师一些参考信息，同时也希望看到更多的工程师能在快充技术上取得新的进展，给手机用户更好的体验。
点击了解>>车载多功能快速充电器方案，兼容所有安卓快充手机机型。
《 红外线遥控系统 》设计原理、架构图及代码
用6N9P和6N7P DIY靓声胆机,6N9P+6N7P AMPLIFIER
工联院鲁春丛：AI赋智打造工业互联网升级版
美国菲力尔G300助化工气体监控
华为荣耀8青春版图文评测：性价比超高！兼顾美与性能兼得的千元旗舰！
手机快充技术全面来袭，四大方案如何选？
SMT贴片加工中预防短路的方法
2018年AR创企总数增长50%，源源不断地涌入的资金让AR市场继续蓬勃生长
一款双通道、电流模式PWM降压型DC/DC转换器-LT3692
如何保证变频功率测试系统的精度？
在单板的EMC设计上，介绍一些重要的EMC知识及法则
整流器的作用和原理
Western Digital：期望24 TB及以上MAMR技术更多
小米6获得冠军，官网评价蛮高，但是在其他地方评价创新低！
7月5日速度升级GPU Turbo，让你的华为P20更加流畅
小米生态链推出B1防蓝光护目眼镜 本来就近视怎么办？
水中微生物检测仪器的应用及参数
ADP1882-3设计的同步降压电源控制方案
保险丝管的选型：
碱性纽扣电池（LR电池）原理特点及应用
悉数市面上的产品，快充技术大致有四种，即高通的quickcharge版（如qc2.0、qc3.0），联发科版（pump express和pump express plus），oppo 的vooc，以及ti的maxcharge（实际上它同时兼容了高通qc2.0版和联发科pump express协议）。也有人说快充技术是5种、6种、甚至7种，但在目前也就上面这四种，是在原有usb 5v充电技术上有所突破的技术，具体请看文章后面的详细解释。
常规usb 5v充电技术的瓶颈，充电环路示意图如图-1，充电环路阻抗约0.32ω，那对于4.2v和4.35v电池最大充电电流有以下公式：
（5-4.2）/0.32=2.5a （5v input source， battery cv=4.2v）
（5-4.35）/0.32=2.03a. （5v input source，battery cv=4.35v）
因此，手机的常规充电方式，无法再提高充电电流，不能满足现在手机电池越来越大后，对大充电电流的要求。
一、高通qc版快充技术
这是一个市面上采用较多的快充技术，小米4c，小米note，三星等主流品牌均在采用此充电技术。这与目前高端智能手机所采用的平台有相当关系。另外，这种技术相对简单，实现起来相对容易，成本提升不明显，市场较容易接受。高通qc充电技术有两个版本，分别是qc2.0和qc3.0，现在qc3.0 的手机还很少，普遍还是qc2.0。
快充技术的原理，通过usb端口的d+与d-的不同电压给合，来向充电器申请相应的输出电压供手机充电。qc2.0并不是简单的d+与d-的组合就可以让充电器输出所需的电压，而是还有一些协议在里面，需要先发送握手信号，比如1.5s的握手电压组合，才能进行下一步的输出，否则，直接按图-4将 d+与d-电平设置好是不会改变充电器的输出电压的，这也是为了更好的保护非qc2.0技术的手机，不会因为误触发了充电器的升压机制而烧毁手机，图3是 qc2.0充电器原理图的调压部分。
高通qc2.0 握手协议：
快充的充电器与手机通过micro usb接口中间两线（d+d-）上加载电压来进行通讯，调节qc2.0的输出电压。握手过程如下：当将充电器端通过数据线连到手机上时，充电器默认通过 mos让d+d-短接，手机端探测到充电器类型为dcp（专用充电端口模式）。此时输出电压为5v，手机正常充电。 若手机支持qc2.0快速充电协议，则android用户空间的hvdcp进程将会启动，开始在d+上加载0.325v的电压。当这个电压维持1.5s 后，充电器将断开d+和d-的短接， d-上的电压将会下降；手机端检测到d-上的电压下降后，hvdcp获取手机预设的充电器电压值，比如 9v，则设置d+上的电压为3.3v，d-上 的电压为0.6v，充电器输出9v电压。
快充技术的优点是，很好地解决常规手机充电电流的限制，由于充电器输出电压的提高，手机充电环路的阻抗限制的充电电流的问题得到了很好地解决，缺点是，效率仍不是很高，在手机端发热量还比较大。
随着高通qc3.0的发布，很好的弥补了qc2.0效率偏低的问题。
充电速度是传统充电方式的四倍，是quick charge 1.0的两倍，比quick charge 2.0充电效率高38%。quick charge 3.0采用最佳电压智能协商（inov）算法，可以根据掌上终端确定需要的功率，在任意时刻实现最佳功率传输，同时实现效率最大化。另外，其电压选项范围更宽，移动终端可动态调整到其支持的最佳电压水平。具体来说，quick charge 3.0支持更细化的电压选择：以200mv增量为一档，提供从3.6v到20v电压的灵活选择。这样，你的手机可以从数十种功率水平中选择最适合的一档。
二、联发科pump express快充技术
与高通qc2.0虽在实现方式上有所不同，却有异曲同工之妙。高通qc2.0是通过usb端口的d+和d-来个信号实现调压，而联发科的pump express快充技术，是通过usb端口的vbus来向充电器通讯并申请相应的输出电压的。qc2.0是通过配置d+和d-电压的方式来通讯，pump express是通过vbus上的电流脉冲来通讯，但最终的目的是提升充电器的电压到5v，7v，9v。
快充技术的vbus电流与vbus电压波形如图-5：
快充技术充电器原理图，及原理简介
快充技术的优点，与qc2.0相似，由于提高了充电器的输出电压，解决了充电电流的限制。同时缺点也与qc2.0类似，由于充电器的调压档跨度比较大，带来手机端充电路效率偏低。于是，mtk pump express plus快充技术随之诞生，pump express plus技术与高通qc3.0类似，增加了调压档数，每档200mv。手机可以根据电池当前电压以及充电环路衰减，向充电器申请合适的电压，以达到以电效率的最大化，以进一步降低手机在充电过程中的发热量。
三、oppo vooc闪充技术
称自己研发的快充技术为“ vooc闪充技术“，也是最神秘的快充技术，目前只有oppo的几款产品在用，即find 7和n3等，由于oppo对此技术有专利限制，其它手机厂商只能叹为观止，且成本相对较高，充电器体积较大，便携方面没有其它快充技术的好。
的vooc闪充技术与传统充电最大的区别在于，创新性的将充电控制电路移植到了适配器端，也就是将最大的发热源 移植到了适配器。这样控制电路在适配器，而被充电的电池在手机端，充电时手机发热得以很好的解决。为了更好的对充电流程进行控制 （比如控制电路需要实时监测电池电压、温度等），oppo特别在适配器端加入了智能控制芯片mcu，适配器端实现了充电控制电路，智能控制充电的整个流程。
四、ti的maxcharge技术
ti的maxcharge技术是将高通qc2.0和联发科的pump express，以及ti自身的高性能充电管理做了一次整合，比较有代表性的方案有bq25895，其最大充电电流可达5a，最大输入电压14v，可以很好地支持qc2.0和pump express标准的充电器。我们对ti提供的bq25890 demo板实测，在4a充电时，芯片温度达55度左右（在环境温度25度下测试），差不多有30度的温升，这如果放在手机内部，将会是一个重要的热源。
ti的maxcharge充电芯片的简易原理图，
图-10 ti的maxcharge充电芯片的简易原理图
图-11 bq25890 demo板实测
ti的maxcharge充电技术的优点，由于同时兼容高通qc2.0和联发科pump express技术，因此也就同时具备了qc2.0和联发科pump express的优化点。它缺点也和高通与联发科一样，整体的效率还不是很高，因此发热量较大。
鉴于手机充电部分的发热问题，短时间qc3.0和pump express plus还未普及，那么我们是否还有其它方案来减小手机充电发热量呢？答案是肯定的。我们用两颗充电芯片同时对一颗电池进行充电，可以减少单独充电芯片的发热量。图-12是双充电芯片原理图，图-13是bq25890+bq25896双demo实测，设置两颗充电芯片的充电电流都为2a，总共4a对电池充电，充电30分钟后，测到两个芯片的温度分别为42度和40度，室温为25度，芯片温升分别为17度和15度，比单芯片充电方案的温升降低了一半。因此，双充电芯片方案对提高充电效率，减少手机充电发热方面具有很大的优势。
图-12 双充电芯片原理图
图-13 bq25890+bq25896双demo充电实测
图-14 充电过程曲线
五、充电方案的选择
面对上述充电方案，我们要如何选择呢？
成本，效率，发热量，便携性，专利，等均需要考虑。首先，oppo的vooc闪充技术在成本，以及充电器便携性方面肯定是不占优势，加之其有专利方面的限制，其它厂商在没有获得oppo授权的情况下，不可能采用此方案。高通和联发科虽然各自也有专利，但暂时还未向使用者收费，且在成本与充电器便携性方面更具有优势，我们不难看出，在接下来的一段时间里，快充方案的选用方面，ti芯片将具体更灵活的选择性。
电池在快充技术发展过程中，起着举足轻重的作用，电池充电倍率的高低，直接影响充电的速度。目前手机上常用的电池充电倍率有：0.5c，0.75c，1c，1.5c等。比如一个电池只有1000mah的项目，客户要求支持快充，这时我们需要分析，客户要求支持快充的目的是什么？只是要有这个噱头？还是需要缩短充电时间？如果是前者，那只需要硬着头皮加上快充方案即可，其本质和不带快充的方案没有多大差别（除了成本有所提高），如qc2.0在9v时可输出1.5a以上，电池端的电流可以达到2.5a以上，对于1000mah的电池来说，如果是目前较好的手机高倍率电池 1.5c，也只需要1.5a的充电电流，那么换算到充电器端，充电器只需要在9v电压时输出0.75a左右即可，如果在5v电压时，则只需要输出1.4a 左右也能满足，因此，这个项目只需要选择更高倍率的电池即可，而不需要采用快充技术，亦能满足项目对充电的需求。若一个项目的电池是4000mah，2a 充电电流仅为0.5c，如果采用3a的快充方案，也只能达到0.75c，充电时长约需约2.5小时，如果是支持1c充电的电池，采用4a充电，则充电时间可缩短到约1.5小时。
总而言之快充方案的选择，是一个综合性的技术方案选择，它具有水桶效应。我们要根据项目需求，合理地选择，希望以上的技术分析内容，能够给未做过快充方案的同行工程师一些参考信息，同时也希望看到更多的工程师能在快充技术上取得新的进展，给手机用户更好的体验。
点击了解>>车载多功能快速充电器方案，兼容所有安卓快充手机机型。
《 红外线遥控系统 》设计原理、架构图及代码
用6N9P和6N7P DIY靓声胆机,6N9P+6N7P AMPLIFIER
工联院鲁春丛：AI赋智打造工业互联网升级版
美国菲力尔G300助化工气体监控
华为荣耀8青春版图文评测：性价比超高！兼顾美与性能兼得的千元旗舰！
手机快充技术全面来袭，四大方案如何选？
SMT贴片加工中预防短路的方法
2018年AR创企总数增长50%，源源不断地涌入的资金让AR市场继续蓬勃生长
一款双通道、电流模式PWM降压型DC/DC转换器-LT3692
如何保证变频功率测试系统的精度？
在单板的EMC设计上，介绍一些重要的EMC知识及法则
整流器的作用和原理
Western Digital：期望24 TB及以上MAMR技术更多
小米6获得冠军，官网评价蛮高，但是在其他地方评价创新低！
7月5日速度升级GPU Turbo，让你的华为P20更加流畅
小米生态链推出B1防蓝光护目眼镜 本来就近视怎么办？
水中微生物检测仪器的应用及参数
ADP1882-3设计的同步降压电源控制方案
保险丝管的选型：
碱性纽扣电池（LR电池）原理特点及应用