突破24W限制手機快譯功率緣何越來越高

24W的門檻限制

智能手機對“快充”的參數指標總是隨時間而不斷增大的。比如，在充電標準還以5V/1A為主的時代，5V/2A（10W）就算快充;在5V/2A一統江山后，只有功率超18W才能被冠以快充的稱號。

在快充技術的發展歷史中，又逐漸衍化出了“低壓高電流”（如OPPO VOOC、-加DASH、華為SFCP）和“高壓低電流”（如高通QC2.0、華為FCP）兩大陣營，但前者受制于“P=I^2*R”這個公式，電流大小多在4A左右;后者受制于高低電壓的轉換（電壓轉換的損失會直接轉換為熱量），大都以9V電壓為充電標準。以上，就導致快充功率普遍在10W到24W之間徘徊的現象。

不斷突破的充電功率

誕生于2016年底的榮耀Magic應該是首次刷新快充紀錄的手機，這款產品采用了5V/8A的“低壓超大電流”方案（Magic Power技術），可以實現在當時看來非常夸張的40W充電功率（圖2）。

榮耀Magic的特色在于繞過了手機里的充電管理IC，將DC-DC降壓的過程放到了充電器端，由充電器直接產生恒流源對電池充電，從而避免了機身內部“高壓→低壓”轉換帶來的高發熱。同時，榮耀Magic還大幅增加了USB Type-C充電線的線材直徑，用以承受最高8A的大電流，緩解來自“P=I^2*R”的發熱壓力（如果阻抗不變，發熱量是電流平方的數倍）。當然，像榮耀Magic的這種低壓超大電流方案，無論是充電器還是線纜都需要專門定制，其成本最終都將轉嫁到消費者身上。

在2017年初，魅族還曾發布過“Super mCharge”快充技術，它采用了11V/5A“高壓高電流”方案，可實現55W的充電功率（圖3）！ 和Magic Power相比，Super mCharge無需單獨定制充電器和線纜，也不需要改動當前產品的電路設計，它的核心在于一顆擁有更高轉換效率的充電單元——電荷泵（Charge Pump）。雖然SupermCharge技術直到2019年初也沒能商業化量產，但電荷泵卻已然成為了近期眾多超過24W快充技術的幕后英雄。

電荷泵的工作原理

正如前文所述，手機充電器端的輸出電壓多以5V、9V和12V三個檔位為主，而手機內置電芯（電池）的輸入電壓則多在3.3V到4.35V之間，這意味著充電過程需要經過電路降壓，損失的能量將以熱量的方式呈現出來。問題來了，降壓環節都是由充電IC來負責，而這顆IC基本都集成在手機內部，哪伯是高品質的充電IC，其轉換效率也多在89%左右。

換句話說，當手機以18W功率充電時，會有大約2W的功率被轉換為熱量;當以24W功率充電時則會提升到3W，而這就是很多原本支持最高12V/2A的快充技術，在實際應用中卻多被限制在了12V/1.5A和9V/2A等保守檔位上的原因（圖4）。

電荷泵技術是一種DC-DC轉換器，它利用電容作為儲能單元進行電壓變換，在本質上依舊是一顆充電IC，只是其轉換效率可以從普通充電IC的89%提升到98%左右，還可選擇在電壓減半的同時電流倍增的功能。電荷泵的超高轉換效率可極大地緩解手機充電時的發熱問題，哪伯在40W功率的充電狀態下也僅有1W的損失被轉換成了熱量，比以往的18W還要“清涼”。

接下來，我們就來看看電荷泵技術在新款手機上的應用情況。

華為/榮耀的40W快充

無論是華為Mate 20 Pro帶來的HUAWEI SuperCharge，還是榮耀Magic 2所支持的新一代MagicCharge，都可實現高達40W的充電功率（10VAA）（圖5）。然而，這兩項技術的原理卻和第一代榮耀Magic的40W快充有著本質上的區別。

華為/榮耀的40W快充技術背后的秘密就是電荷泵，其原裝充電器將10V的輸出電壓和4A的輸出電流通過USB Type-C接口送進手機，再由手機內部的電荷泵將電芯的充電電壓降到5V，同時還將充電電流從4A提升到8A，最終在手機內部營造出了一個5V/8A低壓大電流的充電環境（圖6）。以榮耀Magic2（3500mAh）為例，只需15分鐘就能充到50%，30分鐘就能充到85%。

當然，在這個過程中少不了對電荷泵的智能監控，并根據手機內的溫度通知充電器實時調節電壓和電流參數。此外，由于這套方案充電器端的輸出電流只有4A，所以市面上任何一根支持5A電流的USBType-C數據線都能搭配Mate 20 Pro/Magic 2的原裝充電器對手機進行40W快充，并向下兼容華為/榮耀早前的22.5W超級快充和18W快充標準。

iQOO的44W快充

作為vivo的子品牌，iQOO手機除了武裝驍龍855外，另外一個主打賣點就是高達44W（11V/4A）的vivo SuperFIashCharge超快閃充技術了（圖7）。和華為/榮耀的40W超級快充相似，iQOO超快閃充技術依舊是電荷泵技術的受益者，兼容任意一根支持5A電流的USBType-C數據線。

iQOO手機的特色在于同時采用了兩顆電荷泵充電IC（圖8），并將它們分別安置在電池兩側（雙IC雙路分離式）來優化系統溫升，同時引入了FFC和mCU控制器實時檢測并控制充電狀態，并與原裝的充電器進行通信，按需調整充電器的輸出功率，確保充電始終維持在最高的工作效率。

在兩顆電荷泵充電}C的幫助下，即使是8A的電流峰值，每顆充電}C的最高工作效率都能達到97%，峰值充電時間是單顆電荷泵的2倍到3倍，輕松地讓iQOO手機（4000mAh）15分鐘充進50%的電量。同時，當主板充電IC開始升溫、充電效率受到影響時，位于電池底端的小板IC就會承擔更多的高效充電任務，從而讓iQOO手機在亮屏充電時做到“充電快，發熱慢”的效果。

小米9的27W快充

小米9（3300mAh）主打的27W極速快充方案又稱“ChargeTurbo”（圖9），號稱快充30分鐘可充進70%的電量，其高速供電的背后同樣是電荷泵技術在助力。根據小米官方的科普資料來看，小米9的27W快充得益于兼容QC4+的充電器、以電荷泵為主的充電IC，以及支持1.5C充電倍率的電池，最大允許的充電電流是4.8A。作為對比，上代小米8的1C電池最大僅支持3.3A的充電電流。

和上述產品相比，小米9的有線快充功率并不算太高，但它卻擁有另一項本領，那就是支持20W功率的無線閃充技術，30分鐘可充電40%，90分鐘充滿全部電力，基本達到了小米8的18W有線充電的效率（圖10）。

沒錯，小米9的20W無線閃充技術的核心還是和27W有線快充相同的半壓直充方案，即電荷泵技術。這款產品的無線充電底座在搭配原裝27W充電器時可以輸出20W的充電功率，并讓手機端以15V/1.34A來接收功率輸入。

在小米9進行無線充電的過程中，首先會經歷傳統的DC-DC降壓流程，以20mV精細調壓來保證下一級電荷泵充電的穩定性。接下來，才會通過電荷泵技術進行2：1變壓操作將電量充進電池內，中間的轉換效率超過了97%。

OPPO的50W快充

2018年，OPPO針對Find X和R17 Pro定制了SuperVOOC超級閃充技術（圖11），50W（10V/5A）充電功率是OPPO早前VOOC閃充的2倍以上，只要35分鐘就能完全充滿手機。SuperVOOC的背后原理，主要體現在使用了2塊1850mAh（R17 Pro）/1700mAh（Find X）電芯串聯的設計（圖12），在保障安全性的同時分壓穩流，讓每塊電池芯承載的電壓、電流不超過5V/5A，實現了大功率下充電效率成倍提升的目的。

同時，OPPO專門設計了獨立的降壓芯片，通過對“電荷泵技術”的反向運用，讓雙芯電池在工作時，能夠精確控制電壓電流，保障穩定輸出，并用專門定制的VCU智能控制芯片來全線路控壓控流控溫，提供全方位的安全保障。需要注意的是，無論是VOOC還是SuperVOOC，都需要使用OPPO原裝的USB Type-C數據線，這一點沒得商量。

看到這里，相信不少朋友還會產生一個疑問，那就是華為/iQOO/小米9陣營，以及OPPO雙電芯串聯陣營，哪種方案更完美？

華為/iQOO/小米9的技術原理，是直接輸入較高的電壓，通過電荷泵降（電）壓增（電）流，這個方案的特色是充電器只負責輸出，由手機端控制充電器輸出的電壓和電流（充電功率），管理IC無需太過復雜，電池能量密度更高，成本相對較低。

SuperVOOC的技術原理是提高輸入電壓，由兩個串聯的電池各自分壓，放電時通過電荷泵降壓。在整個充電過程中的電流控制完全交給了充電器，手機端負責回傳電池電壓信息。其優點是充電功率未來還能再提升一個量級，可以在短時間充進更多的電力。但它的缺點也很明顯，雙電池和雙管理IC會拔高成本，難以在有限的空間里進一步提升電池密度（容量偏低）。

總之，隨著“電荷泵技術”在智能手機領域的普及，未來會惠及更多主流價位的手機，希望2019年18W快充可以成為過去時，讓更多新品可以邁過30W快充的門檻吧（圖13）。