如今,快速充電已成為手機的一大賣點。2016年國產手機銷量逆襲王OPPO借 “充電五分鐘,通話兩小時”讓VOOC閃充深入人心;兩大平臺商,高通的Quick Charge和MTK的 Pump Express也均在市場上有廣泛應用。

不過,各家快充標準彼此之間并不兼容,這給用戶帶來了一定的困擾。今年10月底 ,Google在Android 最新兼容性定義文件中表示,希望未來Android設備都能采用USB Type-C接口的Power Delivery充電標準,并強烈建議不要支持修改 Vbus 預設電壓,或修改sink/source輸入電路的第三方充電技術。隨后,高通緊接著宣布升級QC到4.0版本,其中很重要的一點就是對USB Type-C和USB PD的兼容。高通稱,對QC 4.0適配器的功能進行了標準化,幫助確保單個配件支持多種充電實現和移動設備。

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谷歌和高通相繼發聲發力,讓這場快充標準之爭進一步升級。這對快充技術及USB Type-C接口市場發展有何影響?手機終端廠商又如何看待快充兼容問題?有機構預測稱,新一代USB Type-C市場總規模將超過千億元,國內配件廠商該如何把握?快充技術國家標準何時正式推出?

2016年深圳高交會期間,在工信部電信研究院泰爾終端實驗室舉辦的一場探討“終端接口與快充技術協同發展”的技術論壇上,來自終端、芯片以及快充國家標準制定組的相關代表進行了解析介紹。

手機廠商:傾向于基于規范做,但我們需要創新空間

作為首家在手機上配備Type-C接口的廠商,樂視發表了自己對Type-C快充的看法,其相關負責人表示:

首先,4000mAh電池已成為主流配置,且越是中低端的手機對電池容量的需求會越高。電池容量的上升同步帶來對充電時間的要求。目前2A充電已經成為最低需求,大多數企業主要在實現3A及以上充電。實際上,充電電流從3A到5A甚至8A、10A,終端廠商對充電的需求是永無止境的。

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Type-C接口連接器定義的最大通流為5A,并保留10A的通流定義,滿足快充要求,這也是終端廠商所看中的。與此同時,集合了充電、數據和音視頻接口功能的Type-C非常強大,該生態圈的建立將形成一個接口打遍天下的局面。但目前的問題是,增加了手機及配件的成本,同時某些接口功能定義沒有完全規范化,整條產業鏈沒有完全搭建起來。

要實現快充的普及,充電器的通用型是急需解決的問題。實際上,終端更傾向于基于規范做出適配性產品。然而目前USB PD 協議還沒完全定型,早前的PD 2.0協議并不能滿足中國市場對快充的需求(現在已經推出 USB PD 3.0)。在這方面,中國通信標準化協會 (CCSA)已經建立渠道讓企業與USB-IF進行直接的技術溝通,效果也非常顯著。

樂視相關人士也表示,在PD規范成熟之后,作為終端廠商,還是希望能夠在接口上能夠進行進一步的創新。CCSA如何在幫助企業保證創新的同時又使得Type-C快充規范化?比如,企業所推出的快充產品,能否通過拿到權威機構的第三方認證,實現兼容互通?

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對于Google可能的強勢做法,市場普遍認為一方面有利于設備安全性和規范性,另一方面來講卻在限制行業競爭以及企業創新。有業內人士直言,Google試圖想主導Type-C生態圈,而倘若Google進一步限制不符合其標準的快速充電技術,使得QC、PE等第三方標準不再適用。這將導致15W(Type-C即支持3A/5V,不需要跑PD協議,也不需要增加E-MARK芯片,如上圖所示)以上快充成本的增加,如何實現基于Type-C的低成本快充是下一步需要考慮的問題。

手機快充標準戰國時代能否終結?

除了芯片開發商高通的QC以及聯發科的PE之外,不少手機廠商也有自家的標準,比如OPPO的VOOC閃充、華為SCP、一加的Dash charge等等。每家的標準都有各自的優缺點。

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比如,VOOC采用低壓直沖。特點是充電速度快,充電器直連電池,整體硬件設計拋去了大量升降壓設計,故而線路損耗小,發熱小,效率高。屬于雙向數字通信,在終端和充電器都有控制芯片。因為全部采用特制的充電器、數據線和電池,導致相較于高壓從電模式,成本問題比較突出。另外,使用者少,與其他同類產品的通用性也幾乎為零。

而高通QC采用高壓充電,在終端側需要有電壓轉換設計,這就有功率損耗,并且會導致終端側發熱,效率也相對處于中等水平。優點則是成本低,有廣泛的生態系統。據報道,高通QC4.0充電效率提升最高達30%,并可提供高達28W的充電功率。

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華為的SCP推出相對較晚。據泰爾終端實驗室劉偉介紹,推出時間晚一些的好處就是能實現彎道超車,華為SCP兼顧兩種快充模式,即支持高壓充電,又能支持大電流充電。缺點即成本較高,使用者少。

除此之外,劉偉還介紹稱,USB-IF的PD協議本身并不是為快充應用而產生的,起初是用于供電,但功能形式上能應用于快充,因此也逐漸加入到快充應用領域。

多家快充標準的出現不可避免的出現了兼容性問題,不同方案不能兼容,而使用同一方案的不同終端廠家之間也不一定能兼容。劉偉表示,從節約社會成本的角度,多種協議并存不利于行業發展,最佳方案就是:確定唯一的方案,一個安全性更好,充分考慮高電壓和大電流兩種方式,開放并智能的實現協議升級,且具有一定擴展性的最佳方案。目前,泰爾終端實驗室的下一步工作就是尋找最合適的接口形式,爭取實現這一最佳方案。

快充技術國家標準要來了!

適配器-終端統一接口系統部分有望明年完成

在此次論壇上,標準起草人之一泰爾終端實驗室徐春瑩也透露,快速充電技術國家標準已經處于送審稿狀態。

據悉,該標準全名為《移動通信終端快速充電技術要求和測試方法》,由中國信息通信研究院負責起草,包括國內外芯片廠商、終端廠商、電源、電池和線纜廠商均有參與討論。從2014年6月在CCSA申請標準立項,經過了多次意見征求和討論。

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目前,針對適配器-終端采用USB A-USB Micro B/USB A - USB C接口的系統的技術指標、試驗方法與協議組成已經基本完成。而針對適配器-終端采用統一接口的系統的部分,其相關編寫工作正在開展,有望在明年上半年完成。

該快充標準內容中,界定了快充的定義,即30分鐘進入電池平均電流≥3A或總充電電量大于電池額定容量的60%的充電方式,且需要具有協議通信。

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該快充標準內容中,還以不同的技術指標要求,對快充適配器進行了能力要求分級,類似于家電類產品的能效分級。此外,對充電器、線纜、終端、電池的電氣特性和可靠性等進行了規定。對今后規范快充市場有極大的指導意義。

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徐春瑩還提到,今年7月和8月,項目組與蘋果和華為舉行了兩次三方會議,就標準中快充協議的細節進行探討。目前入選協議包括:FA快充協議、FB快充協議、FC快充協議、FD快充協議和FE快充協議五種。

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手機適配器未來發展:兩個方向

我國是手機配件的重要生產國,市場規模及市場份額逐年遞增。手機適配器作為快充應用中重要的一端,未來發展方向當然值得探討。

來自安森美半導體的FAE工程師指出,適配器未來會向為兩個極端走,一個是標準低成本的15W,而大于25W的傾向于采用PD協議。前面提到的FA/FB/FC/FD協議都是高電壓快充,平均輸出功率在25W以內,未來會轉移到更低成本方案;FE協議屬于大電流快充,平均輸出功率在25W-35W,未來會趨向于電流電壓同時提高,這一方向,比較成熟的方案就是PD協議了。

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目前的手機鋰電池容量已經到了3000 mAh - 4000mAh,充電倍率則從以前的0.8C發展到快充1.2C以上。據該工程師介紹,充電倍率大概在2-2.5C的快充產品已經量產, 而3C以上的樣品也已經出來了。不過,3C以上充電倍率的產品,成本較高,特別是8A的方案會有很多安全問題需要克服。

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未來一兩年內,主流的快充將會是在27W左右。例如,5V@5A的方案,不需要跑PD協議,只需要Type-C接口+E-Mark cable即可。

為什么要強調PD?由于USB PD標準一直在改變,適配器產品必須要采用MCU方案來支持,這樣才可以通過線上線下更新軟件來升級,但采用MCU,成本就很難降下去了。

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安森美FAE工程師補充道,所以PD是否可以廣為使用,取決于PD標準是否完全定下來。