最常見的手機電池快充方法

電池快充的本質(zhì)就是在單位時間里將盡可能多的電能送入電池存起來，而電池電壓是由其自身的狀態(tài)決定的，我們在實施快充時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方法，一個是電源本身就是大電流輸出的，這時將大電流引入電池即可。很顯然，這時的電源電壓應(yīng)當與電池電壓相當，實際上是需要略高一點點，多出來的部分就落在電源與電池之間的連接電阻上了。另一個方式是將高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榇箅娏?，這時的電源電流并不大，但在轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷阂院蟮碾娏髯兇罅耍@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。

最早使用大電流實現(xiàn)快充的手機品牌好像是 OPPO，他們把手機的充電接口做了改造，傳輸線和充電適配器也是特制的，因為傳統(tǒng)的東西在這時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。這個方案也被后來的許多廠商借鑒并且有了更快的速度，如華為的超級快充技術(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。

實際上，這兩種方法都改變了電壓，一個升高，一個降低，同時還要能夠適應(yīng)傳統(tǒng)的 5V 供應(yīng)，所以手機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載脈沖來傳遞信息，一種利用 D+/D- 的狀態(tài)改變來傳遞信息。當 USB Type-C 型接口出現(xiàn)以后，可以利用的東西就多了起來，它的 CC 線可以進行雙向通訊，后來就出現(xiàn)了 PD（電源傳輸）協(xié)議，把可程控電源（PPS）變成了一個現(xiàn)實可行的東西，到今天已經(jīng)開始普及了，我所在的立锜也趁此機會在 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，本號文章里解剖過的華為產(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這個感覺的，過去可不敢有這樣的想法。

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

很顯然，相當于鋰離子電池電壓的電壓出現(xiàn)時，我們將電池和充電端口直接接通即可實現(xiàn)充電過程，這時候需要在兩者之間加入一個可控的智能開關(guān)對此過程進行管控，其電路圖就如下圖所示的樣子：

這個圖看起來簡單，外圍幾乎沒有什么元件，但實際的 IC RT9750 內(nèi)部還是很復(fù)雜的，因為它畢竟是一顆實實在在的充電 IC，需要實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)計者可以通過它向其內(nèi)部發(fā)送各種指令或是讀取其內(nèi)部檢測到的狀態(tài)，其內(nèi)部框圖是這樣的：

其核心是從 VBUS 到 VOUT 之間的開關(guān)，其他的一切都是圍繞它而存在的供電、檢測和控制電路。如果充電用電源適配器和接口都是特制的，在手機里用這顆 IC 負責充電大概也就夠了，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手機充電適配器都可以連接上來并完成充電而不會有風險存在，因為即使是特殊產(chǎn)品，他們的初始電壓也是 5V 的。

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

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

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確的電池電壓，同時將電源電壓設(shè)置為與電池電壓相當或是其2倍，因此需要精確的測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：

此圖也來自 RT9759 的規(guī)格書，其中的主要內(nèi)容有 4 個，頂部是 RT9759，由它實現(xiàn)電壓折半充電，其效率最高達 97.8%，根本不用擔心它會給快充造成發(fā)熱問題；再往下是一個 Buck 架構(gòu)的充電 IC，圖中推薦的型號是 RT9471D 或 RT9467，當然也可以是其他型號，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 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，有 RT1711、RT1715 等系列器件可用。這種方案對傳統(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)的下一步會如何發(fā)展真的很難說，但我覺得現(xiàn)在的技術(shù)在滿足手機需求方面應(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。