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充电协议与快充
充电基础
充电器本质
充电器 (Adapter) = AC-DC 电源 + 协议芯片
老式充电器: 固定输出 5V
快充充电器: 根据设备请求动态调整电压/电流
标称功率 ≠ 始终输出功率
65W 充电器 = "最大能输出 65W", 实际功率由设备决定
USB Power Delivery (PD)
PD 版本
| 版本 | 功率 | 电压 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| PD 2.0 | 最高 100W | 5/9/15/20V | 基础协议 |
| PD 3.0 | 最高 100W | +PPS | 可编程电压/电流 |
| PD 3.1 | 最高 240W | +28/36/48V (EPR) | 大功率设备 |
PD 电压档位
SPR (标准功率范围, ≤100W):
5V/3A = 15W
9V/3A = 27W
15V/3A = 45W
20V/5A = 100W
EPR (扩展功率, >100W, PD 3.1):
28V/5A = 140W
36V/5A = 180W
48V/5A = 240W
注意: 电缆也需要支持相应功率!
普通 Type-C 线 = 3A (60W @20V)
EPR 线 = 5A (100W+), 必须带 E-Marker 芯片
PPS (可编程电源) — PD 3.0
传统 PD: 只能选固定电压档 (5V → 9V → 15V → 20V)
设备收到后内部降压 → 发热
PPS: 设备实时控制充电器输出
电压: 3.3V~21V, 20mV 步进
电流: 0~5A, 50mA 步进
→ 手机电池直连充电器输出!
→ 无需内部降压 → 不发热 → 充电更快
Galaxy S20+ 的快充 = PPS
Pixel 的快充 = PPS
大部分 Android 快充 = PPS
私有快充协议
Qualcomm Quick Charge (QC)
QC 2.0: 5/9/12/20V (通过 D+/D- 协商)
QC 3.0: 3.6~20V, 200mV 步进 (INOV)
QC 4.0/4+: 兼容 USB PD, 基于 PD 增加 QC 特性
QC 5.0: 100W+, 双电芯串联充电
QC 4.0+ 之后本质上是 PD + QC 增强
手机也基本转向 PD/PPS, QC 的影响力在下降
国内厂商私有协议
OPPO/VOOC/SuperVOOC: 低压大电流 (5V/6A~10V/6.5A)
→ 充电器直接控制电池, 手机不发热
→ 必须专用线和充电器
华为 SuperCharge: 类似 VOOC + PD 混合
早期 5V/4.5A 或 4.5V/5A
后来转向 PD/PPS
小米 Turbo Charge: PD/PPS + 私有增强
现状: 大家都在往 PD + PPS 靠拢
但私有协议的"超快充"(>100W) 仍非标
私有协议 vs PD
充电速度 (实际):
私有协议 100W+ > PD 65W > PD 18W > 5V/2A
互操作性:
PD 充电器可以充大部分设备 (15~100W)
私有协议充电器 + 别人手机 = 慢充 (可能只有 5V/2A)
建议:
买充电器: PD + PPS 优先 (兼容性好)
多设备: GaN 多口 PD 充电器 (一充多用)
Li-Ion 充电曲线
CC/CV 充电法 (所有锂电的基础)
阶段1: 涓流 (Trickle)
电池电压 < 3.0V 时, 小电流 (~0.1C) 预充电
阶段2: 恒流 (CC, Constant Current)
以设定电流充电 (典型 0.5C~1C)
电压逐渐上升
阶段3: 恒压 (CV, Constant Voltage)
电压到达 4.2V (或 4.35V 高压电池)
电流逐渐下降
电流 < 0.05C → 充电完成
电压
4.2V ┤ ┌──────────
│ ╱
│ ╱
│ ╱
3.0V ┤─╱
└─────────────→ 时间
涓流 CC CV
C-rate: 1C = 电池容量数值的电流
例: 3000mAh 电池, 1C = 3A 充电电流
0.5C = 1.5A
快充本质
传统: 全程慢速 CC+CV → 安全但慢
快充: 电池低电量时大电流 CC → 电池 ~50% 后逐渐减速
"0-50% 15分钟" 是可能的
"0-100% 15分钟" 不可能 (CV 阶段不可避免)
快充加速 CC 阶段
CV 阶段无法加速 (电池安全要求)
BMS (电池管理系统)
基本功能
保护:
- 过充保护 (每节 > 4.25V → 断开)
- 过放保护 (每节 < 2.7~3.0V → 断开)
- 过流/短路保护
- 温度保护 (0~45°C 充电, -20~60°C 放电)
均衡 (多串):
- 被动均衡: 高电压电芯通过电阻放电
- 主动均衡: 高电压电芯能量转移到低电压电芯
计量 (Gauge):
- 库仑计 (Coulomb Counter): 积分电流 → 精确 SOC
- 电压查表: 粗略, 不够准
多串电池
单节 Li-Ion: 3.7V 标称, 4.2V 满电
1S = 3.7V, 适用于小功率设备
两串 (2S): 7.4V 标称, 8.4V 满电
常见于: 对讲机、航模、手持设备
三串 (3S): 11.1V 标称
四串 (4S): 14.8V 标称
常见于: 笔记本电池、电动工具
多串必须带均衡充电!
否则某节过充 → 起火爆燃
无线充电
Qi (感应式)
基于电磁感应 (两个线圈)
频率: 110~205 kHz
功率:
BPP (基础): 5W
EPP (扩展): 15W
MPP (Qi2/磁吸): 15W (Apple MagSafe 协议)
Qi2: 基于 Apple MagSafe 的开放标准
效率: 通常 70~80%
对齐: 线圈必须对准 → Qi2 加了磁铁 (MagSafe 模式)
其他无线充电
Apple MagSafe: 15W (Qi2 兼容), 磁吸对齐
三星 Fast Wireless: 15W (私有扩展)
小米/OPPO 私有: 最高 50~100W (但发热大)
AirFuel (谐振式): 更远距离、多设备同时充, 但未普及
快充功率选型参考
设备 典型快充功率
──────────────────────────────
TWS 耳机充电盒 5W (不需要快充)
智能手表 5~10W
手机 18~65W (PD/PPS 为主)
平板 20~45W
轻薄本 45~65W PD
全能本 65~100W PD
游戏本 100~240W PD 3.1 或专用充电器
小型 IoT 5W (Micro USB 或 Type-C 5V)
关键词: USB PD, PPS, QC, CC/CV, BMS, C-rate, 均衡充电, Qi, 无线充电