大电流or高电压，谁是今年最火的快充流派？

ldxd520@tom.com

　电池续航能力一直是包括智能手机在内的智能设备们的软肋，堂堂苹果公司也对此无可奈何。这不，CEO库克大叔在接受央视采访时刚自夸工作很勤奋，每天只睡4个小时，就被女主播无情调侃：“那你得需要2个Apple Watch吧？因为一只Watch只能续航18个小时。”
　　因此，为了满足功率预算、提供较长的电池运行时间及改善客户体验，现在的智能手机和平板电脑电池容量越来越高。这也就意味着电池需要更高的充电电流，以便在0.7C的充电速率下维持大约3小时的标准充电时间。但3小时其实还是太长了，那种“充电5分钟，通话2小时”的快速充电功能，才是劳动人民真正需要的。
　　“我们通常把这种持续时间很短的、快速高效型充电方式称之为‘电源打盹’(power nap)。” 德州仪器(TI)电池管理产品大中国区市场和应用部门经理文司华说，对快速充电功能的渴求并不仅限于智能手机，其他消费类电子产品，例如便携式扬声器、可穿戴式产品、以及工业应用同样呈现出这种走势。想想那些7天24小时全天候工作，且从来没有足够时间可以充满电的刷卡机(point-of-sale)，你就明白了。

　　F1：不同世代智能手机的电池容量
　　换个角度看问题
　　好了，调侃完了，让我们说点严肃的技术话题。TI日前推出了业内首款采用专有MaxCharge技术的全集成5A单节锂离子电池充电器bq25892。与现有电池充电器相比，这款器件的亮点在于支持5A充电电流和高达14V输入电压，在输入电压(Vin)为9V，电流为3.5A时的充电效率高达91%，但温度仅上升18?C。bq25892可在30分钟内实现80%的充电量，一举将充电时间减少50%以上，这让用户可在实现快速充电的同时又不会受到发热过量的困扰。
　　文司华认为，智能手机厂商要想在不增加USB连接器成本的情况下提供较高的充电功率，提高输入电压是最合乎需要的选项。例如此前采用TI bq24192进行设计的客户可以使用传统的USB充电方式对其系统实施充电，但也能将输入电压设定为高达17V以向系统输送更高的功率。
　　在充电系统中采用高电压输入是一种模式性的转变，因而对传统的电池充电器设计提出了挑战。比如，输入电压的提高改变了充电器中电源转换器的损耗分布，低侧开关FET的传导损耗更加显著，因为该损耗与电流的平方(I2)成正比。
　　由于支持带有多重握手协议的可调升压适配器，包括在D+/D-上交换信号、用于HV适配器VBUS上的电流脉冲控制，新推出的bq25890、bq25892和bq25895系列可以独立识别并兼容普通5V及更高电压输出的专有适配器。所谓独立识别，是指充电IC作为主板门户芯片，不需要任何其他芯片的介入，自己就能够识别不同电压的适配器。

　　F2：业界最高效率的5A充电
　　专有快充VS升压快充，哪个会更火？
　　新系列还拥有一些有利于提供高充电电流的特性，其中之一就是电阻补偿(IRComp)。在过去的两年里，由于高能量密度的原因，电池单元的1000mAh归一化阻抗从200mΩ的中等水平增加了50%左右。当较高的阻抗遇到高充电电流时，将在充电路径寄生电阻和内部电池阻抗上引起电压降，导致充电过早地进入恒定电压模式，从而使充电时间延长。而IRComp功能则把充电器端子电压增至高于电池调节电压(高出的幅度为IxR压降)，以使充电器能够在恒定电流模式中停留足够长的时间，由此实现快速充电。
　　“充电5分钟，通话2小时”依靠的是大电流充电，因此必须要配备阻抗更小的特殊线缆和适配器。普通消费者可能感觉不到，但毫无疑问，增加的成本已经摊薄在手机之中。“苹果、OPPO等厂商推出的专有快充方案是一个流派。”但文司华认为，今年乃至今后几年更火的快充方式，将属于“不增加市场成本”的升压快充派，从1C到1.5C不等，今年国际国内手机厂商发布的数款带有快充功能的手机已经印证了这一趋势。
　　另一方面，对于任何一个电芯来说，只要使用大电流之后寿命一定是减少的。虽然当前的电池技术就算用1.5C充电也能实现几百次以上的循环，但人们还是希望通过配备电量计IC实时监控电芯老化特性。尽管TI在电池全方位实时诊断、充电方面拥有从负责电池寿命监控MaxLife到快充技术MaxCharge在内的一整套完整方案，但文司华提醒设计人员在设计时也要考虑灵活性，不必非要将两者整合在一起。
　　集成架构VS分离架构，哪个会更好？
　　说到快充，还有两家不得不提的厂商：高通和联发科，各自拥有Quick Charge 2.0和Pump Express快速充电技术。其中，Quick Charge 2.0技术在Quick Charge 1.0的基础上采取了新的规范，采用了电压与电流都进行增大的原理，完全适配骁龙400、600和800芯片。高通将充电电压从5V提高到9V，而充电电流则由1A暴增到1.6A。根据高通官方给出的实测案例，第二代Quick Charge技术能在30分钟内为一款电池容量为3300mAH的智能手机充入60%的电量。
　　PUMP EXPRESS技术内置于PMIC的电源管理集成电路和DC壁式充电器，可以为智能手机或平板电脑的充电时间省时高达50%。该技术允许直流壁式充电器根据电流决定充电所需的初始电压，可为快速直流充电器提供的输出功率小于10W(5V)，为充电器提供的输出功率大于15W(高达12V)。
　　“无论你是哪家主芯片平台的客户，高通的、MTK的、还是华为海思的，都不妨碍他们采用我们的充电芯片。”文司华分析称，这两种快充技术皆须搭配相应处理器和PMIC，一定程度上将影响系统设计弹性。此外，快充须耐受9V/12V电压，以及4.5 A左右的大电流，若手机仅采用内建简易锂电池充电控制功能的PMIC，势必将为电池寿命和充放电安全性埋下隐忧。所以现在几乎国际和中国大陆一线OEM手机厂商都对分离式设计感兴趣，期待通过该方案降低快充对锂电池造成的影响，各家旗舰机型，包括中端以上机型都要使用一颗单独充电IC。
　　MaxCharge是TI专有快充通讯协议，并将导入其锂电池充电芯片，让系统厂能以分离式设计导入手机或平板，提高耐电压、耐电流和动态功率控制能力。但TI方面此次刻意淡化了不同协议之间的“争执”，用文司华的话来讲，就是“过度拘泥于协议有意义吗？普通消费者根本不需要了解这些，他们更关心是否拥有一个安全、快速、高效、发热低的完美充电过程。”
　　他强调说，基于分离式架构和MaxCharge快充协议，快充充电芯片与充电器之间的握手(Handshaking)将不用再通过处理器，可增进系统配置灵活度。同时，独立的快充充电芯片也为系统增添路径管理(PowerPath)、过电压/过电流/过温度保护、电量监控计等功能留出了更多空间，并能加入各种演算法建立充电模型，以动态调配输出功率，确保电池使用寿命和安全性。