PDQC快充的知识讲解.ppt
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PDQC快充的知识讲解.ppt
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手机电量恐惧症?
电量低于多少感觉到恐惧,充电器给手机充电的过程:
1.100-240V的高电压转变成我们所需要的低电压(5V.9V.12V.20V等)2.充电器通过不同的电压电流档位给手机供电(5V-1A,5V-2A,9V-2A,12V-1.5A)3.手机内部的电源管理芯片对手机充电进行管控,经过3个阶段a:
恒流阶段b:
恒压阶段c:
涓流阶段快充的最大意义是手机充电的0%-80%电量时间,尤其是从0%-50%的充电时间比传统的普通充电有飞速的提升。
并不是全程都是快速充电,快充技术的概念原理W=Pxt(功=功率x时间)P=UxI(功率=电压x电流)W=UxIxt(功=电压x电流x时间)机器充电一般涉及到功率、电压、电流三个概念,而它们三者之间的关系则是:
在电池电量一定的情况下,功率既意味着充电速度,功率越大,充电时间就越短,而功率则由电流和电压决定。
最大充电电压,是由锂电池的电化学特性决定的最大充电电流,是由锂电池的容量和制造工艺决定的快充必须同时具备三个因素:
支持快充的手机、支持快充的充电头、数据线,主流有线快充协议标准:
PD协议(USBPowerDelivery):
PD3.0,PD2.0QC协议:
(QC4.0+,QC4.0,QC3.0,QC2.0)苹果5V-2.4A/2.1A协议三星-AFC协议华为-FCP协议华为-SCP协议OPPO:
VOOC闪充协议,QC协议的发展历程:
在NOKIA时代,一块800mAh的电池能用上两三天,所以搭配5V0.5A的充电器完全够用,两三个小时就能充满。
QC1.0(2013年):
5V-2A智能机时代电池容量提高到2000mAh以上。
QC2.0(2014年):
5V-2A,9V-2A,12V-1.5A智能机爆发增长,电池容量越来越大,机身越做越薄QC2.0的意义:
划时代的改变了充电电压从保持了多年的常规的5V提升至9V/12V,功率提升至18W,线材不需要特殊处理。
QC2.0的缺点:
电压每提高一档,效率约下降10%,这些能量大部分转化为热量,,QC3.0(2015年):
3.6-6.5V/3A6.5V-9V/2A9V-12V/1.5A高通也觉得5V到9V步子迈的太大,开发出独特的电压智能协商(INOV)算法,在QC2.09V/12V两档电压基础上,进一步细分电压档,采用独特的INOV算法,以200mV为一档设定电压,电压最低可下降至3.6V最高20V,并且向下兼容QC2.0,效率提升最高达38%,充电速度提升27%,发热降低45%.QC4.0(2016年):
兼容USB-PD协议,C口在USB-IF协会的强制要求下,高通推出QC4.0,提升功率至28W,并且兼容USBPD协议。
取消了12V电压档,5V最大可输出5.6A,9V最大可输出3A,并且电压档继续细分以20mV为一档QC4.0+:
在QC4.0的基础上性能进一步提升,高通QC协议为什么提高充电电压而不是电流线路损耗与线路电流成正比,与线路上传输的电压无关。
传输同样功率的情况下,电流越低线损越低MicroUSB接口,在标准规范里面最大电流承载能力是2A,在保留现有USB线缆和接头的情况下,无法继续提高电流,那么增大功率的手段就只能是增大电压了OPPO与高通走了相反的道路,他们给MicroUSB在物理上打了补丁,增加了额外的接触针,专门用来传输大电流。
最大充电电流达到了4.5A,但是电压维持在5V不变。
同样达到了超过20W的功率传输。
而Type-C接口的出现,让这个问题不再存在,因为TYPE-C口最高支持5A输入电流,完全能够满足现有手机电池的快速充电需求。
TYPE-C接口和USBPD中都严禁采用除USBPD以外的方式来调整充电电压。
高通为此做出了很大的努力去说服USB-IF组织,试图在TYPE-C接口中,让QC和PD同时存在。
但是,很可惜,被无情的拒绝了,因此,QC不论在技术上还是在理论上,都将面临着被淘汰的危险。
当然,高通自身是很清楚这一趋势的。
因此,已经在最新的处理器内核中,集成了USBPD的协商功能。
几种USB接口介绍,MicroUSB接口,在标准规范里面最大电流承载能力是2A。
与以前常见的“USB-A”接口不同,PD快速充电依赖于另一种接口“USB-C”,供电方面USB-C口最大支持20V-5A也就是100W的电力传输需求.USB-A是通过D+D-来进行协议识别的,但USBPD却要使用CC线来通讯,也就是说一定要USB-C口的充电器才能具备PD快速充电功能。
B口/MicroUSB口/Micro口,苹果5V-2.4A/2.1A协议iphone原厂一直配备的充电器只有5V-1A即5W的功率,充电速度非常慢iphone6plus、iphone7plus是支持5V-2.0A即10W充电功率iPhone8/8P/X进一步提升功率,支持5V-2.4A即12W充电功率此外iPhone8以后的手机都支持PD快充协议,不过目前需要用原装的C-Lightning原装数据线才能实现快充Ipad也支持5V-2.4A即12W充电功率一个充电器是否支持apple协议,需要看这个充电器兼容性,也就是是否支持apple协议手机插上充电器的一瞬间,手机与数据线会检测D+D-是否具有苹果识别协议,如果无识别协议的话,手机会运行在5V0.9A的充电状态上,只有检测到苹果协议(apple2.1Aapple2.4A),手机才会按照5V2A或者5V2.4A全速充电。
PD快充协议-全名USBPowerDelivery定义:
我们可以理解为USB-PD协议是在一条线缆中同时支持高达100W电力传输和数据通信的协议规范,是美国USB-IF协会为促进行业标准推出的一个为适应现代化快速充电的需求,而推出的一个通用充电标准;这个标准兼容了高通、MTK、华为、OPPO各家之前的自有协议,同时加以了规范和补充,使之成为了一个完善的协议。
现状:
支持USB-PD协议的手机就已经成为了2017年至2018年的旗舰手机的标配PD和Type-C口的关系:
有Type-C输出的,不一定支持PD协议充电;支持PD协议的充电器,一定是Type-C口输出。
PD选C口的理由:
Type-C口支持正反插入、支持更强的电力传输,更快的传输速度(最高10GBPS)C端口默认最高可支持5V3A。
如果在C端口中加入PD协议,它就能支持USB-PD规范中定义的最高20V-5A100W功率。
目前主流的PD2.0充电器规格有:
PD18W:
5V-3A,9V-2A,12V-1.5A,15V-1.2APD30W:
5V-3A,9V-3A,15V,2A,20V-1.5APD45W:
5V-3A,9V-3A,12V-3A,15V-3A,20V-2.25APD60W:
5V3A,9V3A,12V3A,15V3A,20V3A,PD幕后推手:
USB-IF组织为支持和推动市场与用户对USB兼容外设的认同,英特尔在1995年与业界同行成立了USBImplementersForum(通用接口业界联合组织,简称USB-IF组织)美国USB-IF组织,主要活动为推广、营销USB标准,并维护规格及认证程序。
USB-IF对于USB接口的进步一直有着功不可没的付出,类似如Type-C接口的推广,又包括USB-PD协议,可谓一直不遗余力。
业界惠普、英特尔、微软、APPLE、Samsung、Qualcomm、Google都早已加入.USB组织提供了标准的传输接口规格,让计算机与外围设备间的连接轻松许多。
一般应用到USB的信息产品包括了打印机、键盘、屏幕、网络装置、扫描仪等,PD3.02017年春节期间,USB-IF组织发布了USBPD3.0的重要更新,旨在一统快速充电技术规范的PPS(ProgrammablePowerSupply),USB-PD3.0协议兼容了高通QC3.0与4.0,华为的SCP与FCP,还有OPPO的VOOC在PSS规范里,将不允许USB接口通过非USB-PD的协议来调节电压电流,这也变相的要求其它快充标准必须是符合USB-PD协议的。
所以在这么一个强有力的组织机构下,接口的统一速度也会得到一个强有力而实质性提升,用户的阵痛期相应度过的也就更快。
PD快充的优势:
所有不同品牌的手机、不同品牌的快充充电器与数据线都将实现通用。
再也不用满屋找充电器和数据线了PD关注的是两个或者多个设备,甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程,电能传输可以是双方向的,甚至是组网的,可以具备系统级供电策略USBPD3.0:
同时覆盖高压低电流、低压大电流,电压输出范围:
3.0V21V,步进调幅电压为20mV,电流档位:
1.5A、2A、3A和5A简而言之,USBPD3.0吸取了目前快充的精华,重新整合成一套“大而全”的快充方案,以实现手机快充大一统,所有支持快充的手机都可以通过一个支持PPS技术的充电器实现快充。
重回那个一个充电器所有手机都不怕的时代,快充的运用:
充电器,移动电源,车充,墙充面盖,太阳能充电器用到USB接口的地方都可以实现快充,快充发展瓶颈:
目前快充技术受到锂离子电池物理特性的限制,功率的增大也是在有限范围内的增大。
另外快充技术只在电池的恒流充电阶段(0%-80%电量)对充电时间有明显的改善作用,电池充电的恒压充电阶段和涓流阶段(80%-100%)耗时依然没有方法解决。
未来的发展:
提升电池的性能,发明新的电池取代现有的锂离子电池,未完待续!
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