上次我们聊了高通QC快充已经融合进了USBPD协议中,并且PD还是搭配USB-C强制推行的,但我们都知道,虽然PD3.0最高可以达到W的功率,但在手机端,各家对其的支持并不是很好,想要实现大功率快充还是得依靠自家的私有协议。那么为什么PD和QC这些公有协议难以在手机上普及呢?
低压vs高压路线之争先来说QC,在QC2.0和QC3.0时期,也就是14-17年,当时智能手机大部分还使用着单电芯、常规升降压电路、MicroUSB接口。为了提高充电功率,如果使用大电压,那么在手机内部进行降压转换就会导致更高的发热量,如果使用大电流,那么常规的USB-AtoMicroUSB线缆是无法承载过高的电流的,必须采用特制线缆。
QC2.0使用的是固定大电压方案,QC3.0引入了可调电压机制,其实就是为了匹配电池不同状态下的充电电压。但是受限于线缆和接口,其实际应用的上限也不过18W,并没有达到理论上的36W。
与此同时,以OPPO为代表的国产厂商,纷纷选择自研低压快充方案。其中OPPO是在完全没有使用QC的前提下直接采用的低压VOOC闪充。华为、vivo、努比亚、魅族都是在第一代高压快充的基础上推出的第二代低压快充,其中它们的第一代高压快充大体都是改造的高通QC或联发科PE。
当然并不是所有厂商都去自研低压快充,小米当时就是高通QC的坚定拥护者,一直采用的高通的充电管理IC,这和小米在SoC上和高通的深度合作一致。而使用自研快充方案的品牌,大多是使用的定制的充电管理IC。所以说,在QC2.0和QC3.0时期,QC和同时期的低压快充本质上是两种路线,它本身也并非行业公认的标准,当然得益于高通在SoC领域的优势,即使是自研低压快充的手机,也是部分支持高通QC2.0,但一般不会特意再去兼容QC3.0。
PD的情况我们上次说了,眼高手低进度慢,在各家已经开始使用可调电压时还仍然是固定电压机制,不过得益于USB-C接口的优势,在16、17年,华为、小米、魅族就在部分高端机型中相继增加了对PD的支持,功率等同于QC2.0。
电荷泵时代方案之争年,USB-IF推出PPS,理论上可以实现20V5AW的可调电压快充,意在整合各种快充协议。同时它也指明了下一阶段手机快充的方向,那就是可编程电源输出与机内降压实现低压直充相结合。我们最近两三年反复听到的电荷泵就是其中的关键所在。
USB-IF制定的标准CC线材有3A、5A两种,以各家手机厂商使用的5V低压直充为例,其最高功率也仅为25W。特制超过5A的充电线的成本过于巨大,荣耀第一代Magic使用的5V8A40W和OPPO在年MWC展示的5V16A80W方案都未能延续5V低压直充的生命,进一步提高充电功率势必要提高电压。
那么如何解决过去传统降压电路带来的发热问题呢?答案就是电荷泵。
电荷泵(chargepump)是一种直流-直流转换器,利用电容器为储能元件,可将充电器输出电压减半,相比传统降压电路,电荷泵电路的效率更高,约为90-95%。首先提出利用电荷泵实现高压输出转低压直充的是魅族在年MWC发布的SupermCharge11V5A55W方案,首次量产是在18年初的魅蓝E3上,实现了标称10V2A20W快充。同一年,vivoNEX、OPPOFindX、华为Mate20Pro都采用了电荷泵技术。
但无一例外的,它们都不支持PPS。为什么呢?PPS虽然是年就宣布的,但是实际的应用产品要迟至年才上市,更别说去适配PPS快充的充电IC了。较早适配PPS快充的应该是隔年发布的小米9,因为它采用的是高通最新的电荷泵充电ICSMB。小米将其新一代27W快充称之为小米ChargeTurbo。上一期我们也说,QC实际上是以PPS的形式实现的,加之高通自家的充电IC,小米9自然也是支持高通的QC4+。而早前的vivoNEX、华为Mate20Pro,以及之后的初代iQOO都是使用的德州仪器的充电IC,它们自然是没有动力去额外适配高通的QC4+,也就是PPS。
并且在电荷泵应用的早期,各家的策略也不尽相同。例如OPPO,在FindX上虽然使用的是电荷泵降压,但并非应用在充电降压,而是首次采用串联双电芯分压,利用电荷泵来做主板供电时的降压,这和其他家应用电荷泵的方式是完全不同的。所以虽然USB-IF在推出PPS的时候,已经规划了未来快充的蓝图,但具体的实现方案究竟如何设计,它本身是不参与的。像OPPO、华为、vivo这些在早年已经自研快充技术的厂商,显然不可能直接放弃过往的投入直接转投PPS,而像小米、红魔、联想这些没有早期包袱的,当然可以直接基于已有的PPS实现更高的充电功率。
魔改PPSPPS的理论最高功率为20V5A,但如果是10V、11V的标称档位,那么理论上限则是55W。而像OPPORenoAce,使用的是10V6.5A65W的功率,类似这种并不走高压档位的设备,不能直接默认使用PPS就可以达到W上限。
在使用PPS达成27W快充后,小米、红魔等厂商纷纷走向了魔改PPS的道路。例如小米的W快充,就是使用的私有6APPS,突破了公版PPS的5A上限。红魔、moto的百瓦级别的快充,也是同理,都是使用了更高的电流。但它们之间也有不同,小米并没有一味沿用高通的方案,而是像OPPO、vivo一样选择了自研私有方案,也就将其对公版PPS的支持停留在了27W左右。而红魔、moto则只是在公版PPS的基础上去做了部分修改,依然还是保留着对公版PPS的良好支持。
当然以今天的视角来看,各家如果想要兼容高功率的PPS,显然都是可以做到的,并没有早期的种种技术困难。但是私有协议的限制必定是有助于各家自身的配件生态的,这部分利益的存在使得主流的几个品牌都限制了对PDPPS的兼容性,而努比亚、moto、魅族等非主流品牌则是选择将更好的兼容性做为卖点。
迟至今日,年PPS推出时的统一愿景仍然未能实现。