充電5分鐘才能開機？ 移動設備0%充電的秘密

曹操

很多手機和平板用戶都遇到過類似的尷尬：當我們忘記充電導致設備電量低至0%自動關機后，插上充電器時卻無法立刻開機，需要充電至少5～10分鐘后才能喚醒設備。這是怎么回事呢？

無法開機的怪現象

如果你晚上玩得太嗨，忘記給手機充電，那第二天早上你絕對會遭遇令人抓狂的問題：插上電源，按下手機的電源鍵屏幕上僅會閃現一個正在充電的電池圖標（圖1），然后就沒有然后了……此時你需要給手機充電好長一段時間，再次按下電源鍵才能順利開機。如果你本來就起晚了，身邊還沒有移動電源，意味著你上班的一路手機都會處于“失聯”狀態，直至趕到公司或是找到電源插座。

不知道你有沒有注意到另一個怪現象，對可以更換電池的手機而言，如果你沒有安裝電池就插上電源線，此時無論如何也是無法開機的，需要安裝電池后才能激活開機功能。兩個現象似乎都預示著一個問題：充電器無法直接給手機/平板供電。

來自筆記本的反思

就上述問題而言，筆記本電腦的表現可謂完美。無論電池電量是0%還是100%，無論你有沒有安裝電池，只要插上電源按下開關就能看到熟悉的Windows系統界面，以至于我們從未關心過電池、充電時間和開機方面的關系。

然而，隨著Windows平板電腦的普及，我們不得不重新審視這一問題。90%以上的Windows平板（包括幾乎所有的Android平板）和手機一樣，當電池電量耗光之后，都需要插上電源線充至少10分鐘的電力后才能開機。但是，當我們正在使用Windows平板給客戶做PPT演示時遭遇沒電情況時，總不能說“抱歉，您先喝杯咖啡，這平板得充電10分鐘后才能繼續演示，咱們先聊點家常吧”一類的借口吧？

那么，為何筆記本可以無視電池電量而隨時開機，但手機和平板卻面臨著零電力的開機困擾呢？

充電器和負載“不是一路”

移動設備的充電過程涉及到一個非常嚴謹和復雜的路徑管理（圖2）。簡單來說，這個過程存在4個組成部分，分別為外部電源（充電器+電源線）、充電管理模塊（也可稱為電源管理模塊，通常是一個IC芯片）、電池（設備里的電池）以及負載模塊（設備硬件自身，包括屏幕、CPU等一系列組件）（圖3）。

所謂的路徑管理，就是對使用電池供電的設備而言，如何處理以上四個部分的關系。對手機和絕大多數平板電腦而言，它們的路徑管理在設計伊始，就沒有考慮過在充電的同時，讓外部電源同時為負載模塊供電的問題（原因大都是如果充電器同時給負載和電池供電，在充電器連接/拔下的瞬間會造成較大的電壓跳動，存在一些隱患）。

換句話說，它們的外部電源、充電管理模塊、電池和負載模塊處于一種串聯的狀態，外部電流必須經過充電管理模塊允許，經過電池才能給負載供電。如果沒有安裝電池，哪怕你插上電源也無法開機。筆記本之所以無視電池安裝與否都能開機，是因為它的路徑管理采用了一種并聯的狀態，外部電源可以繞過電池而直接給負載供電。

問題來了，既然手機裝上電池就是一套完整的路徑管理，那為何當電量低時哪怕插上電源也無法即刻開機呢？

電池電壓成最關鍵參數

我們經常用mAh這個單位作為判斷手機電池容量的依據（筆記本則需要用Wh這個單位）。一款手機mAh越高，意味著待機時間越持久。當mAh容量降到一半時，代表手機還剩50%電量，降到0%時代表完全沒電。這個沒有錯，但決定手機或平板因電量低而無法開機的更關鍵參數，則是電池電壓（圖4）。

我們都知道，鋰離子電池的電壓是一個浮動的參數，在100%電力時其電壓值會穩定在4.2V左右，隨著電量的耗損，電池電壓則會逐步降低到3V甚至更低。問題就出在這里。

想激活手機的負載模塊，往往需要3.2V以上的工作電壓（平板負載模塊所需的工作電壓可能更高），而我們在給手機充電的過程實際就是mAh（電流）和V（電壓）兩個數值緩慢提高的過程。因此，當我們充電5～10分鐘，只要電池當前電壓大于3.2V自然就可以開機了。

由此我們又能解釋一個現象：很多Windows平板用戶經常一邊充電一邊玩LOL等游戲，但有時會出現電池電量越用越少甚至自動關機等現象。此時就很好理解了，在單位時間里，外部電源給電池補充的電力，小于同一時間內負載模塊所消耗的電池電量，所以才會越用越少直至關機。

可能有同學會問了，不是還有一個充電管理模塊嗎（圖5），它又是干啥用的？

充電管理模塊“牛仔很忙”

在移動設備充電的過程中，充電管理模塊一直處于“牛仔很忙”的狀態。在正常安裝電池且電流電壓符合標準的情況下，當我們按下電源開關的一瞬間，充電/電源管理模塊會輸出VCORE- 1.8V、VDD-2.8V、VMEM-2.8V 、VRTC-1.5V、AVDD-2.8V等供電電壓給手機各部分電路從而順利開機。

當電池沒電才開始充電時，充電/電源管理模塊首先會檢測電池當前電壓，如果低于3.2V則進入預充模式（此時無法開機），緩慢提升電池電壓;當電池電壓提高到3.2V后則進入快速充電模式（也叫恒流充電），這個時候就可以正常開機了;當電池電壓達到4.2V左右后會進入涓流充電模式，直至切斷供電。

此外，充電/電源管理模塊會設定很多關鍵閥值。比如當電池電壓低于3.2V，它會發給CPU自動關機的信號進入UVLO模式，此時RTC模塊（實時時鐘）正常工作，所以當你充電再開機時系統時間顯示正常，鬧鐘也有機會正常提醒。但電池電壓進一步降到3V以內后，充電/電源管理模塊則會激活DDLO模式，此時RTC模塊關閉，導致再次開機時時間復位。

小結

看到這里，相信大家已經對移動設備沒電時無法直接插電開機有了初步的認識。實際上，本文也僅僅是揭開了移動設備充電過程的冰山一角。好消息是，以神舟PCpad為代表的很多新款Windows平板已經支持外部電源同時給電池和負載模塊供電了，對需要設備保持時刻待命狀態的用戶而言，不妨多多考慮類似產品。