淺析移動設備充電那些事

摩托羅拉手機主打“渦輪快充”（Turbo Charger）技術，而最近市面上還出現了支持快速充電的移動電源。那么，這兩種“快充”是否存在淵源？什么樣的手機才能享受快充待遇呢？借此機會，就讓我們好好聊聊移動設備充電的那些事吧。

充電不僅是硬件的事

在我們的印象中，給手機/平板等移動設備充電，只要將它與數據線和電源連接即可，至于充電速度則完全取決于充電器的輸出電壓/電流。比如，將平板插在電腦的USB2.0接口上肯定沒有插在DC電源上快。實際上，移動設備，特別是Android系統的移動設備在充電方面并沒有想象的那么簡單（圖1）。

接觸過多款Android平板的用戶可能會發現一個問題：有些平板在和電腦的USB接口相連時，可以一邊游戲一邊充電；但還有些品牌在連接電腦時只有待機狀態才能充電，要是看上視頻或打上游戲，電量似乎還會越來越少。而這類現象產生的根源，就是源于Android系統層面的內核配置信息上的問題了。

USB為何充不上電

簡單來說，由于內置的電池、電腦的USB接口、DC電源都可以給Android設備供電，同時后兩者還能給電池充電，而鋰電池自身也需要一個IC芯片來管理充放電……因此Android系統會在/sys/class/power_supply/路徑中的battery、usb和ac等目錄里提前預設好相關的配置信息，在不同的剩余電量、輸入電流和電壓的情況下觸發相應的充電規則（圖2）。

有些Android設備的供電策略很奇怪，在連接電腦時會采取USB和電池同時供電的方式，但此時USB卻始終保持5V電壓和小于100mA的恒定電流。于是，就會出現插著USB使用時依舊耗電的現象。有些用戶總反映平板開機插電腦時間久了會自動關機，就是源于這個問題。如果你的設備不幸出現類似問題，可以通過編譯內核的方式強制優先使用USB供電，并讓USB供電電壓隨電池電壓而升高，只有在耗電較大時才激活電池與USB一起供電。

渦輪快充原來是“馬甲”

回到本文的主題，摩托羅拉手機以“渦輪快充”為主打賣點，很容易讓人誤以為該技術是摩托羅拉自己的獨門絕技。實際上，渦輪快充就是高通Quick Charge 2.0（下稱QC2.0）技術的“馬甲”，也是目前Android設備中已趨于成熟的快速充電技術之一（圖3）。

我們都知道，功率（P）=電壓（U）×電流（I），在電池容量一定的情況下，功率越大意味著充電速度越快。因此，想提高充電速度就有了以下三種方案：

1.高電壓高電流

2.低電壓高電流

3.高電壓恒定電流

問題來了，USB數據線受標準所限無法承載太大的電流，只能實現加壓。而加壓之后又會明顯增加電池和充電器的發熱量，由此就陷入了一個死循環。而QC2.0技術則通過軟硬件的優化，通過“高電壓恒定電流”的方式最終實現了快充效果。

QC2.0技術的工作原理

高通QC2.0技術可以提供5V、9V和12V三種電壓，并最高支持3A充電電流（電流值可根據廠商要求上下浮動）。而摩托羅拉的渦輪快充則支持5V/1.6A、9V/1.6A和12V/1.2A三種充電標準。以Moto X Pro內置的3220mAh電池為例，其標稱電壓為3.7V，換算成Wh（瓦時）后為（3220mAh×3.7V÷1000）11.9Wh。如果用標準的5V/1.6A（8W）充電，在不考慮內阻和轉換率的情況下理論充電時間為（11.9Wh÷8W）1.48小時。在進入9V/1.6A（14.4Wh）快充模式后，理論充電時間就可縮短至0.8小時了。這就是QC2.0的基本原理。

問題來了，提高電壓勢必導致電池/充電器的內阻和溫度增加，QC2.0技術又是如何判斷當前設備是否支持QC2.0，并確保充電安全的呢？

來自軟硬件層面的配合

首先，想使用QC2.0技術，在硬件上必須搭載高通驍龍800或64位的驍龍處理器（圖4），如果設備沒有采用高通處理器，就必須添加一顆支持QC2.0的Charger IC芯片（圖5）。此外，充電器方面也必須符合QC2.0技術標準，即支持9V和12V輸出電壓（圖6）。

接下來就是軟硬件層面的協同合作了。當充電器通過數據線與Android設備相連后，如果手機端硬件支持QC2.0技術就會觸發Android系統的HVDCP（high voltage dedicated charger port）進程自動啟動，它一方面會去嘗試和充電器“溝通”，判斷充電器是否也符合QC2.0標準，另一方面會不斷檢測電池當前的溫度和電壓等信息，并根據/sys/class/power_supply/路徑下各種配置文件的數值去動態調整充電電流或電壓。如/sys/class/power_supply/usb/voltage_max的值為9000000mV，那就會以9V的快充標準充電。

同理，當檢測到電池溫度過高時，QC2.0技術會暫時關閉并將電壓降低到標準的5V實現快速降溫，待溫度和當前電量符合安全閥值標準時再提高電壓繼續快充。換句話說，QC2.0快充并不是一個簡單的靜態過程，而是會隨電池電壓、電量和溫度等參數動態請求充電器調整輸出電壓的過程。

小結

總之，渦輪快充并非什么高端的技術，像努比亞Z7/Z9、小米4等搭載驍龍80x系列處理器的手機在搭配QC2.0充電器時都可激活快充功能。希望QC2.0和MTK pump express等快充技術趕緊普及，而廠商們也能直接標配支持快充的充電器（圖7），減少手機與DC電源親密接觸的時間吧。

擴展閱讀

除了高通以外，聯發科也推出了自己的“MTK pump express”快充技術，其原理和QC2.0技術相似，也是通過“高電壓恒定電流”的方式實現。此外，OPPO特有的VOOC閃充技術原理是“低電壓高電流”，優點是充電速度更快且發熱量低，缺點是需要定制的數據線、USB接頭以及充電器，成本太高。