关于USB充电的详细解析.doc
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1、关于USB充电的详细解析随着智能手机的兴起,功能逐步强大,配备的电池容量也逐步增大。原来USB的充电能力不能满足现有的充电功率和充电时间的需求。现在的智能手机以及其他USB设备,基本上都配备了快速充电技术。一般来说,对于USB充电功率超过10W(也就是5V 2A)才能称之为快速充电。一开始手机电池都不大,这个时候USB接口默认的5V 0.5A就可以满足充电的需要;但是当智能机出现之后,由于对性能的大幅度渴求导致功耗上升,0.5A已经满足不了需要了;于是定义了一个增强的USB充电识别标准: BC 1.2。它将充电电流最大扩展到5V 1.5A。但是到了2013年左右,出现了3000毫安时以上的智能
2、手机,这个时候就算是5V 1.5A也不能满足需求了,于是再次扩展到5V 2A。谁决定电流大小?手机充电电流是手机来控制的,而不是充电器。也就是说手机就是大坝,充电器只是水库,手机会智能检测充电器的负载能力,充电器功率大质量好,手机就会允许充电器加载更高的电流;充电器设计输出电流过小,那么手机也会限制给自己充电的电流。这就是为什么我们要选购大功率充电器的原因,例如一台手机最大支持5V 1.5A的输入,你买个5V 1A的充电器,就会导致手机只能以5V 1A来充电,不仅充电速度慢,而且因为充电器一直全负荷工作发热严重;反之你买个5V2A的充电头,手机会控制只输入1.5A的电流,充电器负载较低,有充足
3、的余量。iPhone 6/Plus分别最高支持5V 1.5A/2A的充电,但是苹果标配充电器只有5V 1A。对于1800多毫安电池的iPhone6来说其实无关紧要,但是对于接近3000毫安时电池的iPhone6 Plus来说简直要了亲命!实际测试中,iPhone 6 Plus使用iPad充电器的峰值充电电流能到5V 1.9A,原因只有一个那就是节省成本。iPhone6使用12W充电头进行充电电流实测电流(大于1A)iPhone6Plus使用12W充电头进行充电电流实测电流(大约2A)各种功率充电头给iPhoneX充电时间曲线:其实5V 2A就是高通所谓的Quick Charge 1.0技术。当
4、然实际上为了防止充电器满负荷,一般手机都是限制到了5V 1.8A左右的。安卓手机5V 2A的充电技术没有什么限制也没有识别协议。苹果不仅LighTIng数据线有认证,充电器也是有认证的,苹果设备检测到非原装充电器会限制电流到5V1A甚至0.5A。这也是为什么盗版的苹果线充电慢的一个原因。我们都知道,要想提高充电速度,关键在于提高充电的功率。功率(W)=电流X电压,充电器先把市电220V降压到5V输出到手机MicroUSB接口,然后手机内部电路再降压到4.3V左右给电池充电。这里面一共有两个降压的过程。之前充电器输出电压都是5V,大家想着怎么提高电流;但是当达到5V 2A之后,瓶颈就来了:电流再
5、增加势必造成大批Micro USB接口和数据线无法承受。目前通用的Micro USB接口和我们的USB数据线,一般来说只能在2A的电流下保证安全高效的传输,电流超过2A硬件就受不了。关于USB接口:原来Type-A接口就是我们平常用的最多的标准USB接口!也的确,Type-A接口的英文名称就是Standard Type-A USB,这说明它是标准的USB接口,而其它形状的USB接口都是它的衍生物。对于Type-B USB接口,尽管它的出镜率远没有标准Type-A接口高,但想必大家对它也不会陌生,因为诸如打印机、显示器USB HUB等诸多外部USB设备都采用了Type-B USB接口。一般来说,
6、PC上的USB接口均为标准Type-A,而外部设备则多采用Type-B。最后,就是全新出场的type-c接口了。它拥有比Type-A及Type-B均小得多的体积,其大小甚至能与Mini-USB及Micro-USB相媲美,是最新的USB接口外形标准。另外,type-c是一种既可以应用在PC(主设备)又可以应用在外部设备(从设备)的接口类型USB接口全家福(除type-c)什么也比不上一张图直观。我们经常使用的Mini-USB及Micro-USB都是根据USB2.0传输协议诞生,神奇的是,它们也都分别分为Type-A和Type-B。到了USB3.0时代,由于传输速度的提升带来了针脚位的提升,因此仅
7、有Type-A USB3.0接口保持与以往形状一样,Type-B和Micro-USB都改变了外形(体积增大)。Micro-USB3.0接口由于USB3.0接口的传输速度相较USB2.0有了大幅度的提高,因此它的针脚也发生了变化。这样一来,Micro-USB3.0接口不得不在外观上做出改变。Micro-USB3.0接口在高度上与Micro-USB2.0无异,但是长度明显增长了。同样的,A型和B型也在Micro-USB3.0上出现了笔者真的无法理解为什么USB协会每次都要在小型的USB接口上搞个A和B,这里就不多吐槽了。我们接触最多的Micro-USB3.0接口设备就要数高速移动硬盘了,其中绝大多
8、数均为Type-B类型。USB Type-B有点囧(这造型长得就囧,到USB3.0的时候就很难发展了。)同样是Type-B接口,USB3.0(右)比USB2.0(左)增加了接口高度标准Type-A USB接口由于体积较大,因此在发展到USB3.1的今天,它的外形也没有改变。但是Type-B USB接口就稍微有些尴尬了,因为论体积它并不比标准Type-A USB接口小多少,但是或许是设计之初并未考虑到今后的发展,导致了增加的针脚无处放置。因此Type-B USB3.0接口不得不改变了外观,较Type-B USB2.0增加了高度。很少有厂家选用这个接口形式。USB3.1接口与type-cUSB3.
9、1接口与USB3.0接口仍然以颜色来区分在行业内,USB3.0接口被做成蓝色以便和USB2.0接口的黑色相区分。目前,华硕已经推出了配备标准Type-A USB3.1接口的主板,其接口颜色为蓝绿色,与USB3.0相区分。尽管USB协会并未对USB3.1的颜色做出规定,但是以颜色来区分也将是必然。笔者再次重申,Type-C接口与USB3.1标准几乎同时推出,Type-C的规范也确实是按照USB3.1所制定,因此USB3.1当然可以制作为Type-C类型,但Type-CUSB3.1:比如诺基亚N1平板就采用了USB2.0规范的Type-C接口,而华硕Z97-K/USB3.1就使用了标准Type-A
10、的USB3.1接口。除苹果公司产品之外,先进市面上几乎所有的移动设备都采用了Micro-USB接口。而苹果自从iPhone 5开始也将之前的Dock口换为了体积更加小巧的Lightning接口,它与Micro-USB接口的大小相近。而现在,Type-C接口横空出世,未来一段时间内很可能会出现三足鼎立之势。从上到下依次为:Micro-USB-B/Lightning/Type-C上图为三款设备分别为采用Micro-USB接口的安卓手机、采用Lightning接口的iPhone 5S以及采用Type-C接口的诺基亚N1。其中,Micro-USB接口拥有防呆设计,只能单面插入。而Lightning接口
11、及Type-C接口则均可以正反插,大大方便了用户平日的使用。不过在这里还是要说句题外话,那就是自从苹果采用Lightning接口后,算上购买手机附送的数据线,笔者已经更换了6、7条Lightning数据线,它们会在很快的时间坏掉,这可是Dock口时代笔者从未经历的事!或许Lightning接口的耐用度设计还有待完善。Type-C/Lightning/Micro-USB-B公头对比Type-C接口的尺寸为8.3mm2.5mm,它的大小与Micro-USB及Lightning都较为相近,便携度毋庸置疑。USB3.1规格拥有10Gbps的传输速率,是USB3.0 5Gbps的两倍之多,达到了雷电接口
12、一样的速度。拥有超高带宽的同时它还支持高达100W的强悍电力传输功能,另外,Type-C接口还可作为视频输出接口。采用三种接口的主流设备目前HDMI 1.4规范的带宽为10.2Gbps,与USB3.1的10Gbps近乎于等速,加之新MacBook所采用的Type-C接口已经集成了DP、HDMI与D-Sub接口。多种功能的高集成度以及强力的性能,在未来我们完全可以有理由相信Type-C会成为取代诸多视频以及数据接口,成为统一众多接口的完美解决方案。另外,高冷的苹果总会与别人不一样,无论是之前的Dock口还是现在的Lightning口,都异于非苹果设备的Micro-USB接口。但是新MacBook
13、采用了Type-C接口可以说给了大家以期盼:在未来苹果产品是否会统一采用Type-C呢?毕竟Type-C接口是通用标准,这样以后我们再也不用配备很多根数据线了。Type-C是一种既可以用在主设备又可用在从设备上的划时代接口Type-C是革命性的出现,什么这么说?在前文当笔者放出那张USB接口全家福的时候,大家是否都会感觉太乱了呢?没错,主设备接口、从设备接口以及移动设备接口的形状全都不一样,而每类接口还又分为A/B等等我们不禁发出一声感叹:为什么就不能统一呢?Type-C的出现则解决了这一问题,不同于只在主设备使用的Type-A、只在从设备使用的Type-B以及只在移动设备使用的MiniMic
14、ro-USB,它是一种既可以在主设备,又可以在从设备,还可以在移动设备使用的接口。不光USB接口规范众多(混乱),其它接口同样存在这个问题(图为HDMI接口的四种类型)USB接口规范的混乱并不是个例,有很多接口也存在着类似的问题。比如HDMI,我们常见的是标准HDMI(A)以及mini HDMI(B),但还有Micro(D)以及体积庞大的D型,似乎后两者的出现也显得没有必要。视频接口还有苹果的专用接口、DP、DVI等,也是一盘散沙。搭上高速的USB3.1速度规格,拥有小巧的外形,解决了困扰用户多年的世界性难题(终于可以正反插),模糊了主设备和从设备的接口区别,打破了移动设备的专属接口规范,集成
15、了视频传输功能,继承了USB接口一切优良的血统TypeC与快充的关系:Type C接口的触点数量数倍于Micro USB接口,这就使得它能承受的电流强度大大增加;同时Type C加入了互相识别的步骤,可以把自己定义成充电器或者受电设备。换句话说USBType C天然支持快充,同样的电流下USB Type C损失也会更小,而且可以支持双向充电。所以说使用了USB Type C而不支持快充都是耍流氓,比如一加2,只能5V简直。;目测快充的发热和成本也搞不定,最终为了省钱直接把快充给砍了,为了Type C而Type C。TypeC不代表快充,但是TypeC不支持快充很过分。说完USB接口历史,我们再
16、回来看USB的充电:我们可以简单计算一下,小米4/NOTE,输入限流9V 1.2A,实际功率也和5V 1.8A是一样的了,但是电流直接小了1/3,也就是说数据线和接口的损耗大幅度降低了(这是为什么质量好的充电线充电快的原因之一)。而对于真正实现了快速充电的,比如三星S6/EDGE来说,低电量时的峰值充电速度可以达到9V 1.5A左右,功率大约为14W,比5V 1.8A提高了约50%。这才是名副其实的快充。华为Mate8 MOTO X STYLE/联想P1/魅族PRO5,基本上都到了20W左右的充电功率。魅族PRO 5快速充电测试结果数据折线图OPPO R7s快速充电测试结果数据折线图Lumia
17、 950 XL快速充电测试结果数据折线图Moto X Style快速充电测试结果数据折线图华为Mate 8快速充电测试结果数据折线图三星Galaxy S6 edge+快速充电测试结果数据折线图将六款手机的数据综合到同一个折线图进行对比,可见华为Mate 8的充电耗时最长、平均充电速率最低排名,以136分钟的总充电时长名列倒数第一,而微软Lumia 950 XL比华为Mate 8好些,104分钟的总充电时长排在六者的倒数第二。不过两者为这两款手机中电池容量最大的,华为Mate 8电池容量为4000mAh、Lumia 950 XL为3340mAh。手机充电时的电流并不是一直不变的,当你的手机处于低
18、电量的时候,手机会要求充电器全速工作补电,这就是所谓的峰值。在这个时候充电器和手机的降压电路火力全开,充电速度非常快,但是损耗和发热也很大。一般冲到60%80%的时候,根据各个厂家设定的不同,手机会给充电器发送信号降低电流,以达到保护电池、降低损耗、减少发热等目的;在后面这个阶段,充电的功率是大幅度降低的,也就是我们常说的涓流补电。再说一次,充电电流控制在手机手里,跟充电器没有一毛钱的关系,充电器只能被动的适应手机的需要,同样的电压下不存在所谓充电器功率过高冲坏手机的说法;当然如果你做死用只有9V电压的充电器充限制电压5V的手机肯定会出事,当然厂家也不会那么傻。不然高通怎么会大发善心推动大家一
19、起进步呢?Quick Charge 2.0是有所谓的识别受电测能够接受电压值的过程,识别不出来就滚回5V慢慢充电吧。而且高通对硬件的控制非常强,支持Quick Charge 2.0的产品需要通过认证;高通授权给了UL实验室来做(MTK快充认证也是),QC2.0认证费1500美金,约合1万人民币每款,认证周期2-6周。同时还会威逼利诱厂家使用高通的SMB芯片来做快充方案。于是大家得到了启发,纷纷开始做自己的私有识别协议。比如MTK的那个PUMP EXPRESS PLUS啊,华为在荣耀7上自己搞的识别协议啊。但是这些基本原理是一样的,那就是从5V开始充电,然后充电器和手机互相识别,在电流最高2A的
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