浅析移动设备充电那些事

摩托罗拉手机主打“涡轮快充”（Turbo Charger）技术，而最近市面上还出现了支持快速充电的移动电源。那么，这两种“快充”是否存在渊源？什么样的手机才能享受快充待遇呢？借此机会，就让我们好好聊聊移动设备充电的那些事吧。

充电不仅是硬件的事

在我们的印象中，给手机/平板等移动设备充电，只要将它与数据线和电源连接即可，至于充电速度则完全取决于充电器的输出电压/电流。比如，将平板插在电脑的USB2.0接口上肯定没有插在DC电源上快。实际上，移动设备，特别是Android系统的移动设备在充电方面并没有想象的那么简单（图1）。

接触过多款Android平板的用户可能会发现一个问题：有些平板在和电脑的USB接口相连时，可以一边游戏一边充电；但还有些品牌在连接电脑时只有待机状态才能充电，要是看上视频或打上游戏，电量似乎还会越来越少。而这类现象产生的根源，就是源于Android系统层面的内核配置信息上的问题了。

USB为何充不上电

简单来说，由于内置的电池、电脑的USB接口、DC电源都可以给Android设备供电，同时后两者还能给电池充电，而锂电池自身也需要一个IC芯片来管理充放电……因此Android系统会在/sys/class/power_supply/路径中的battery、usb和ac等目录里提前预设好相关的配置信息，在不同的剩余电量、输入电流和电压的情况下触发相应的充电规则（图2）。

有些Android设备的供电策略很奇怪，在连接电脑时会采取USB和电池同时供电的方式，但此时USB却始终保持5V电压和小于100mA的恒定电流。于是，就会出现插着USB使用时依旧耗电的现象。有些用户总反映平板开机插电脑时间久了会自动关机，就是源于这个问题。如果你的设备不幸出现类似问题，可以通过编译内核的方式强制优先使用USB供电，并让USB供电电压随电池电压而升高，只有在耗电较大时才激活电池与USB一起供电。

涡轮快充原来是“马甲”

回到本文的主题，摩托罗拉手机以“涡轮快充”为主打卖点，很容易让人误以为该技术是摩托罗拉自己的独门绝技。实际上，涡轮快充就是高通Quick Charge 2.0（下称QC2.0）技术的“马甲”，也是目前Android设备中已趋于成熟的快速充电技术之一（图3）。

我们都知道，功率（P）=电压（U）×电流（I），在电池容量一定的情况下，功率越大意味着充电速度越快。因此，想提高充电速度就有了以下三种方案：

1.高电压高电流

2.低电压高电流

3.高电压恒定电流

问题来了，USB数据线受标准所限无法承载太大的电流，只能实现加压。而加压之后又会明显增加电池和充电器的发热量，由此就陷入了一个死循环。而QC2.0技术则通过软硬件的优化，通过“高电压恒定电流”的方式最终实现了快充效果。

QC2.0技术的工作原理

高通QC2.0技术可以提供5V、9V和12V三种电压，并最高支持3A充电电流（电流值可根据厂商要求上下浮动）。而摩托罗拉的涡轮快充则支持5V/1.6A、9V/1.6A和12V/1.2A三种充电标准。以Moto X Pro内置的3220mAh电池为例，其标称电压为3.7V，换算成Wh（瓦时）后为（3220mAh×3.7V÷1000）11.9Wh。如果用标准的5V/1.6A（8W）充电，在不考虑内阻和转换率的情况下理论充电时间为（11.9Wh÷8W）1.48小时。在进入9V/1.6A（14.4Wh）快充模式后，理论充电时间就可缩短至0.8小时了。这就是QC2.0的基本原理。

问题来了，提高电压势必导致电池/充电器的内阻和温度增加，QC2.0技术又是如何判断当前设备是否支持QC2.0，并确保充电安全的呢？

来自软硬件层面的配合

首先，想使用QC2.0技术，在硬件上必须搭载高通骁龙800或64位的骁龙处理器（图4），如果设备没有采用高通处理器，就必须添加一颗支持QC2.0的Charger IC芯片（图5）。此外，充电器方面也必须符合QC2.0技术标准，即支持9V和12V输出电压（图6）。

接下来就是软硬件层面的协同合作了。当充电器通过数据线与Android设备相连后，如果手机端硬件支持QC2.0技术就会触发Android系统的HVDCP（high voltage dedicated charger port）进程自动启动，它一方面会去尝试和充电器“沟通”，判断充电器是否也符合QC2.0标准，另一方面会不断检测电池当前的温度和电压等信息，并根据/sys/class/power_supply/路径下各种配置文件的数值去动态调整充电电流或电压。如/sys/class/power_supply/usb/voltage_max的值为9000000mV，那就会以9V的快充标准充电。

同理，当检测到电池温度过高时，QC2.0技术会暂时关闭并将电压降低到标准的5V实现快速降温，待温度和当前电量符合安全阀值标准时再提高电压继续快充。换句话说，QC2.0快充并不是一个简单的静态过程，而是会随电池电压、电量和温度等参数动态请求充电器调整输出电压的过程。

小结

总之，涡轮快充并非什么高端的技术，像努比亚Z7/Z9、小米4等搭载骁龙80x系列处理器的手机在搭配QC2.0充电器时都可激活快充功能。希望QC2.0和MTK pump express等快充技术赶紧普及，而厂商们也能直接标配支持快充的充电器（图7），减少手机与DC电源亲密接触的时间吧。

扩展阅读

除了高通以外，联发科也推出了自己的“MTK pump express”快充技术，其原理和QC2.0技术相似，也是通过“高电压恒定电流”的方式实现。此外，OPPO特有的VOOC闪充技术原理是“低电压高电流”，优点是充电速度更快且发热量低，缺点是需要定制的数据线、USB接头以及充电器，成本太高。