充電技術(shù)應(yīng)考慮的問題

第一：電池的接受能力

充電這個(gè)事情，說的通俗一點(diǎn)，就是喂飽電池。那首先得考慮一下電池的感受。以目前市面上比較流行的iphonexplus，華為P9，樂2，小米note為例，電池容量都不超過3000mAH。按照4.35V作為最高電壓，1.5C充電來看，最大可能接受的充電功率約為20W，當(dāng)然，這是極限情況。除了功率接收能力，還要涉及到電流接受能力。在1.5C充電時(shí)，3000mAH的電池充電電流將達(dá)到4.5A，因此，電池觸點(diǎn)和電芯內(nèi)部的電流傳輸結(jié)構(gòu)都要進(jìn)行必要的優(yōu)化。

第二：適配器的功率提供能力

在不考慮接口承受能力的情況下，20W功率對(duì)適配器來說是輕而易舉。但是傳統(tǒng)的MicroUSB接口，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范里面最大電流承載能力是2A，最高電壓是5.25V。僅僅有10.5W，無法達(dá)到20W的要求。怎么解決這個(gè)問題呢？顯然有兩種解決方案，增大電流，或者提升電壓。如果不改動(dòng)物理接口，增大電流是不可能的選項(xiàng)，所以，提升電壓，是MicroUSB時(shí)代的唯一選項(xiàng)，這就是高通QC快速充電方法的由來。所以，我們可以看到，1.5A是QC標(biāo)準(zhǔn)比較推薦的電流，因?yàn)?A是MicroUSB的極限，業(yè)界的普遍共識(shí)是，不要把器件用到極限值，而是要預(yù)留余量。在這方面，OPPO與高通走了相反的道路，他們給MicroUSB在物理上打了補(bǔ)丁，增加了額外的接觸針，專門用來傳輸大電流。最大充電電流達(dá)到了4.5A，但是電壓維持在5V不變。同樣達(dá)到了超過20W的功率傳輸。而Type-C接口的出現(xiàn)，讓這個(gè)問題不再存在，因?yàn)門YPE-C口最高支持5A輸入電流，完全能夠滿足現(xiàn)有手機(jī)電池的快速充電需求。

第三：手機(jī)的充電管理及散熱能力

手機(jī)的充電管理及散熱能力。充電管理，必然涉及到電壓變換，恒流控制等環(huán)節(jié)，帶來充電效率的下降和散熱問題。因此，理論上最佳的充電設(shè)計(jì)方案是，手機(jī)內(nèi)部不做充電管理，完全交給外部適配器去控制。在這一點(diǎn)上，QC是比較吃虧的，因?yàn)楦唠妷旱碗娏鬏斎?，必然?dǎo)致手機(jī)內(nèi)部要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，變?yōu)榈碗妷汉痛箅娏?。這會(huì)帶來手機(jī)散熱上的大問題。所以，從技術(shù)的角度來看，QC的歷史局限性，已經(jīng)凸顯。更為嚴(yán)重的問題是，TYPE-C接口和USBPD中都嚴(yán)禁采用除USBPD以外的方式來調(diào)整充電電壓。高通為此做出了很大的努力去說服USB-IF組織，試圖在TYPE-C接口中，讓QC和PD同時(shí)存在。但是，很可惜，被無情的拒絕了，最新的TYPE-C1.2和USBPD3.0維持了關(guān)于這一特性的描述。因此，QC不論在技術(shù)上還是在理論上，都將面臨著被淘汰的危險(xiǎn)。當(dāng)然，高通自身是很清楚這一趨勢(shì)的。因此，已經(jīng)在最新的處理器內(nèi)核中，集成了USBPD的協(xié)商功能。

USB-PD快速充電通信原理

USB-PD的通信是將協(xié)議層的消息調(diào)制成24MHZ的FSK信號(hào)并耦合到VBUS上或者從VBUS上獲得FSK信號(hào)來實(shí)現(xiàn)手機(jī)和充電器通信的過程。

如圖所示，在USB-PD通信中，是將24MHz的FSK通過cAC-Coupling耦合電容耦合到VBUS上的直流電平上的，而為了使24MHz的FSK不對(duì)Power Supply或者USB Host的VBUS直流電壓產(chǎn)生影響，在回路中同時(shí)添加了zIsolation電感組成的低通濾波器過濾掉FSK信號(hào)。

USB PD的原理，以手機(jī)和充電器都支持USB PD為例講解如下：

1） USB-OTG的PHY監(jiān)控VBUS電壓，如果有VBUS的5V電壓存在并且檢測(cè)到OTG ID腳是1K下拉電阻（不是OTG Host模式，OTG Host模式的ID電阻是小于1K的），就說明該電纜是支持USB PD的；

2）USB-OTG做正常BCS V1.2規(guī)范的充電器探測(cè)并且啟動(dòng)USB PD 設(shè)備策略管理器，策略管理器監(jiān)控VBUS的直流電平上是否耦合了FSK信號(hào)，并且解碼消息得出是CapabilitiesSource 消息，就根據(jù)USB PD規(guī)范解析該消息得出USB PD充電器所支持的所有電壓和電流列表對(duì)；

3） 手機(jī)根據(jù)用戶的配置從CapabilitiesSource消息中選擇一個(gè)電壓和電流對(duì)，并將電壓和電流對(duì)加在Request消息的payload上，然后策略管理器將FSK信號(hào)耦合到VBUS直流電平上；

4） 充電器解碼FSK信號(hào)并發(fā)出Accept消息給手機(jī)，同時(shí)調(diào)整Power Supply的直流電壓和電流輸出；

5） 手機(jī)收到Accept消息，調(diào)整Charger IC的充電電壓和電流；

6） 手機(jī)在充電過程中可以動(dòng)態(tài)發(fā)送Request消息來請(qǐng)求充電器改變輸出電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)快速充電的過程。

QC3.0快充協(xié)議CX7916

概述：

CX7918/CX7916是一款USB移動(dòng)設(shè)備充電接口控制芯片，特別的，它采用高通QuickCharge3.0A類/B類規(guī)范對(duì)HVDCP進(jìn)行自適應(yīng)充電。CX7918/CX7916根據(jù)移動(dòng)設(shè)備發(fā)送的電壓請(qǐng)求能夠精確的調(diào)整HVDCP輸出電壓，從而節(jié)省最高75%的充電時(shí)間。

當(dāng)移動(dòng)設(shè)備插入U(xiǎn)SB端口后，CX7918/CX7916能夠自動(dòng)識(shí)別其類型并作出合理相應(yīng)，從而使得移動(dòng)設(shè)備總能從充電端口獲得最大電流。CX7918/CX7916支持AppleiPad，AppleiPhone，SamsungGalaxyNote，兼容BC1.2或YD/T1591標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備以及幾乎所有的現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備。CX7918/CX7916在啟動(dòng)輸出電壓調(diào)整之前會(huì)自動(dòng)檢測(cè)所連接的受電設(shè)備是否兼容QC2.0或者QC3.0協(xié)議規(guī)范，如果檢測(cè)到受電設(shè)備不兼容QC2.0或者QC3.0協(xié)議，CX7918/CX7916則禁止輸出電壓調(diào)整，僅以5v電壓輸出以確保舊型USB受電設(shè)備能夠安全工作。

特點(diǎn)：

支持QuickCharge3.0的A類和B類規(guī)范

USB充電接口智能識(shí)別

Apple2.1A/2.4A

SamsungGalaxyNote2.0A

BC1.2&YD/T1591BatteryChargingSpecifications

4kVESD

-40~125℃℃工作溫度范圍

輸出5V時(shí)的功耗低至1mw

CX7918封裝形式SOP-8；CX7916封裝形式SOT23-6

pd協(xié)議和qc協(xié)議的區(qū)別

USB-PowerDelivery（USBPD）是在一條線纜中同時(shí)支持高達(dá)100W電力傳輸和數(shù)據(jù)通信的協(xié)議規(guī)范。USBType-C則是一個(gè)全新的正反插USB連接器規(guī)范，能夠支持USB3.1（Gen1和Gen2）、DisplayPort和USBPD等一系列新標(biāo)準(zhǔn)。USBType-C端口默認(rèn)最高可支持5V3A。如果在USBType-C端口中實(shí)現(xiàn)了USBPD，它就能支持USBPD規(guī)范中定義的100W功率（5V20A）。因此，擁有USBType-C端口并不意味著它支持USBPD。