手机充电功率发展史
手机充电功率发展史
手机快充已成为行业标配，从最初的5V0.7A线性充电发展到现在的PD3.0协议，充电功率呈指数级增长。本文将详细介绍手机充电技术的发展历程，从基本原理到各种快充方案，再到当前行业统一标准的趋势。
充电原理介绍
充电方案是通过控制电压和电流来实现的。在设计充电方案时，需要遵循两个最基本的物理公式：
- 功率公式表明要想提升充电功率，无非是提高充电电压或者是加大充电电流。
- 但充电通路无法做到0阻抗，电流增大后，根据焦耳定律，充电通路发热也会增加。又受限于手机尺寸影响，散热面积不足。电流过大会影响使用者体验，正如某米初代1和2系列，一味追求性能为“发烧而生”。
因此，在设计手机充电方案时，需要综合考虑手机温升等因素，以达到最佳平衡。
线性充电
线性充电是一种通过开关电源直接将充电器5V电压给电池供电的方式，即将开关的管子工作在饱和和截止区。
这种充电方式具有简单、可靠和成本低廉的特点，但缺点是效率较低，因为调整元件在工作时会发热，导致能量损失。这种充电方式主要在智能机出现前的功能机中应用。目前主流手机已淘汰这种充电方式。
5V/2A——BC1.2充电
BC1.2 (Battery Charging v1.2)是USB-IF下属的BC(Battery Charging)小组制定的协议，主要用于规范电池充电的需求。该协议出现后，将不同厂商的手机充电端口和充电协议统一起来，也是智能机充电协议的鼻祖。
BC1.2规定了充电端口及充电类型，该协议规定了VBUS/D+(DP)/D-(DM)/ID/GND信号。当检测到ID变化时，CPU和D+/D-交互数据识别充电是DCP/CDP/SDP哪种类型（后续在我主页详细介绍识别过程和原理），以便充电器输出500mA/900mA还是2A。
高通在此基础上增加了AICL(Auto Input current limite)功能，即识别DCP后，由于不同充电器或充电通路阻抗不同导致压降不同，压降过大会限制充电电流达不到2A充电。该功能在满足最低压降情况下，尽可能增加了充电电流。
百花齐放
随着智能手机行业发展，简单的5V2A充电无法满足用户。于是根据充电功率衍生2种方向：1）电流不变，增加输入电压，即高压充电(BUCK型充电芯片）；2)电压不变，增加输入电流。即低压直充方案。
- 高压快充
高通的QC2.0/展锐SFCP/MTK PE2.0以及华为的SCSP私有快充协议都是提高电压来提升充电功率，本质上都是高压快充方案，但是由于BUCK型充电芯片效率只有约80%-90%。充电功率上升后，充电发热较严重，此方案一般充电功率不超过20W。
- 低压直充方案
该充电方案最具代表的是VIVO/OPPO，最开始原型为OPPO推出的“充电5分钟，通话2小时”。充电器的输出动态可调，直接对电池充电，不经过充电芯片，用户体验好；但相应的充电电流大，根据焦耳定律，对充电通路阻抗要求严苛，充电器和充电线必须单独购买，因此成本相应增加不少。一般在高端产品使用。
两者方式似乎都会有各自优点和缺点，且两种充电方式由于温升和成本最终将功率限制到30W以内。但是有市场就有竞争，有竞争就会有新技术的突破。于是就有了2者优势结合起来Super Charge，即40W以上的超级快充。于是高通先后发布了QC3.0/QC4.0充电协议，最高功率100W；华为FCP；小米的?MI Turbo Charge；VIVO推出的SuperFlashCharge、PPS协议。越来越多的充电器，越来越高的充电效率。真可谓百花齐放。
PD/UFCS充电大一统
对于用户来说享受快充带来的便利的同时，也引出了一些问题，单一品牌的充电器无法对其他品牌使用。即各品牌的快充协议都是私有协议，即自家设计研发的充电协议，因此具有充电速度快的优点，但也同样因此而具有一定的局限性，只能通过自家的充电器、设备实现快速充电，其他品牌无法使用。于是为了解决这个问题，USB-IF协会2021年5月发布了PD3.0协议。与此同时2022年国内华为、小米、OPPO、vivo四个主要国产手机厂商很早就牵头搞了一个UFCS融合快充协议，至此这两个协议完成统一。
PD3.0：PD协议芯片负责与手机通过CC引脚交互，并动态调控充电器的输出电压和电流。通过单片机输出想要设置的电压和电流，通过DAC给误差放大器做参考，误差放大器的输出调整光耦发光二极管的电流，从而调整初级的AC-DC的开关占空比获取所需要的输出电压和电流。PD3.0的发布不只是用于手机行业，还适用于所有USB充电的行业。
UFCS协议，全称Universal Fast Charging Specification，中文名为融合快充标准。它是由信通院、华为、OPPO、vivo、小米牵头，联合多家终端、芯片企业和产业界伙伴共同努力完成的新一代融合快充协议。这个协议旨在制定移动终端的融合快速充电标准，解决互配快充不兼容问题，为终端使用者创造快速、安全、兼容的充电使用环境。UFCS协议是用D+/D-引脚进行通信的，传统的USB 2.0充电器也有D+/D-接口，因此无论是USB-A口充电器或者USB-C充电器在硬件设备上都可以支持UFCS协议。