智能手机快充技术的标准发展简史

2023-11-07   中国质量万里行   文/又又   点击：次

　　“一机在手，天下我有”。智能手机发展至今十多年，极大的丰富了人们的工作生活，创造了一大批炫目又实用的功能，这对手机续航能力提出了更高的要求，“续航焦虑”成为所有人的“心头刺”。

　　解决“续航焦虑”，办法无非有两个：一是大幅提升电池容量，延长手机使用时间，二是提高手机充电效率，缩短等待时间。就目前来看，在电池行业还未有突破性进展且要兼顾机身大小的前提下，手机厂商更倾向于快充技术来缓解用户的这份“焦虑”。

　　理论上讲，充电速度和充电功率相关，功率越大，充电速度越快。根据物理常识：功率（P）=电压（U）x 电流（I），若要提高功率，有三种办法，一是电压不变，提高输出电流；二是电流不变，提高输出电压；三是同时提高电压和电流。当前的快充技术也都基于此。

　　快充标准正式亮相

　　智能手机快充最早可追溯到2010年，这一年USB IF发布了USB BC 1.2协议。该协议的出现规范了当时USB充电的混乱局面，并且把充电电流提升到1.5A，按照当时标准的5V充电电压，充电功率达到了7.5W，这在当时电池容量普遍在1500mAh左右的情况下，算是不折不扣的快充。

　　USB IF全称USB Implementers Forum，成立于1995年，是由苹果、英特尔、微软、惠普、瑞萨、德州仪器、意法半导体等七家公司发起开创的非营利性组织，该组织致力于发展USB技术并推广其应用。USB IF定义了USB的技术规格，通过提供标准并统一化的传输接口规格，便于电子设备之间的连接传输。截止2023年，USB IF协会会员超过12000家，其中不乏华为、小米等中国企业。在USB PD（英文全称Power Delivery意为电力传输）和USB Type-C技术的普及过程中，USB IF协会扮演着一个不可或缺的角色。

　　2012年7月，USB IF发布了基于当时普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0标准，为日后USB PD标准的发展打下基础。

　　2013年，芯片厂商高通利用自己芯片和通信的优势，推出了Quick Charge 1.0（QC 1.0），突破了1.5A的充电电流限制，将其提高至2A，实现了10W快充。QC协议的推出意味着所有使用高通芯片的手机都支持10W快充。

　　2014年高通QC2.0充电协议发布，因为当时安卓手机充电线普遍为Micro USB 2.0，其构造原因电流2A已到尽头，QC2.0将充电电压提高，最终充电功率可达18W。

　　2014年8月，USB IF协会发布了具有革命性意义的USB Type-C 1.0接口标准和USB PD2.0标准，实现了功率双向传输和最大100W供电的设想。但此时Type-C接口并非智能手机主流接口，USB PD2.0标准并不出彩，反而是一众手机厂商看到了其中的机会。

　　多种标准明争暗斗

　　第一个吃螃蟹的是国内厂商OPPO。就在2014年，OPPO手持VOOC闪充技术惊艳亮相，它自上而下定制了一套从充电头，充电线，电池端的解决方案，将充电电流提升到了5A，在电压恒定为5V的情况下，充电功率达到了25W。“充电五分钟，通话两小时”的口号响遍大江南北。

　　VOOC闪充技术的出现也意味着快充技术的竞争从公有协议开始蔓延到手机厂商的私有标准。

　　不得不提到的是另一家芯片厂商联发科，它推出的快充协议Pump Express（PE）。最有代表性的当属魅族，基于此协议，紧跟VOOC闪充技术之后，迅速推出自家的mCharge快充，短短几个月，mCharge2.0版本，充电功率达到24W，与OPPO可谓一时瑜亮。

　　2015年，高通推出了QC 3.0，该技术加入了INOV最佳电压智能协商算法，200mV为一档设定电压，它的出现可以让充电电压从3.6V到20V灵活选择，并且向下兼容QC 2.0。与此同时，Type-C接口的普及将充电电流上限提高到了3A，而QC 3.0可以根据充电电流匹配相应的电压，效率大为提升。

　　同在2015年，苹果发布了业界首款搭载USB PD2.0快充标准的New MacBook，USB PD快充标准开始被更多人所熟知。

　　11月，USB IF发布了基于USB 3.1中Type-C接口的USB PD3.0标准。其规定电压的输出范围为3.0V-20V，电压调节幅度为20mV，比高通QC3.0更为精准，覆盖了高压恒电流和恒压高电流的快充方案，最高可以提供100W的充电功率。

　　有了VOOC和mCharge珠玉在前，国内外一众手机厂商也持续发力。华为先后推出FCP和SCP的快充技术，小米推出了ChargeTurbo闪充技术，vivo推出了FlashCharge技术，三星则推出了FastCharge技术等等，私有协议提高了各个品牌的技术壁垒，加剧了市场竞争，不过也增加了用户使用成本。

　　2016年，谷歌显然关注到充电市场的激烈竞争，开始旗帜鲜明的支持USB PD。在安卓7兼容性定义文档（CCD）中，谷歌“强烈建议‘厂商’不要支持第三方专有充电方式”，因为“可能与支持USB PD标准的充电器或设备产生互操作性问题”。并指出“可能将要求所有USB-C设备确保对USB-C充电器具有完全的互操作性”。

　　2016年11月，高通发布了QC4.0协议，采用了更精细的INOV 机制，电压调节幅度从QC 3.0的200mV 调整为20mV。更重要的是，开始支持USB-C接口，并兼容USB PD协议。

　　加持PPS的USB PD3.0优势尽显

　　2017年2月，USB IF发布了USB PD3.0标准的重要更新，在USB PD3.0标准的基础上增加了PPS（Programmable Power Supply，可编程电源供应）规范。该规范加入了对高压低电流和低压高电流两种快充方式的支持，而这两种方式正是安卓阵营最常用的快充形式，意味着高通QC、联发科PE、华为SCP和FCP、OPPO的VOOC等等一众标准都被囊括到USB PD3.0中。

PPS囊括QC、PE、VOOC、SCP、FCP等标准，图片来源于网络

　　2017年6月高通迅速发布了QC 4.0+，增加对QC3.0、QC2.0的兼容支持。

　　2017年9月，苹果公司发布了iphone8，自此之后的所有iphone设备均将USB PD协议作为输出协议，这无疑是给USB PD强有力的背书。

　　PPS规范的及时加入，又有了苹果和安卓两大巨头的支持，USB PD3.0标准得到了空前的发展。其最高100W的充电功率和强大的兼容性，使得不同的手机均可通过一个支持USB PD3.0协议的充电头进行充电。

　　2020年7月，高通发布QC5快充协议，兼容USB-PD充电标准，支持100W+超级快充。手机厂商们也迅速升级了自己的快充标准，120W，150W甚至240W的快充技术频上热搜，成为新的卖点。但私有协议终究是私有，无法与其他品牌兼容是最大的发展桎梏。

　　USB PD3.1开启更多应用场景

　　当USB PD3.0的快充标准有了广大的群众基础后，USB IF显露出更大的“野心”。2021年5月，USB PD3.1发布，新增了28V、36V、48V三个拓展输出电压，电流5A不变，最大输出功率提升至240W。这意味着USB PD快充除了传统的手机，笔记本电脑，还可向家用小电器、电动工具、智能家居、两轮电动车、LOT物联网设备、通信与安防设备等领域提供快充标准。

　　一款充电器可以给手机充电，可以给电脑供电，也可以用在电动螺丝刀上，甚至还可以给电动自行车充电，这已经成为现实。USB PD3.1推动USB-C接口和快充这两件事情更加统一，从根本上降低了智能设备在充电上的“消耗”。

　　有人说，USB PD 3.1开起了万物皆可快充时代的大门。

USB PD快充标准最大输出功率可达240W，图片来源于网络

　　值得一提的是，华为、小米、联想、立讯精密、赛尔康、矽力杰、硅谷数模、慧能泰、英迪芯、德润微等10家本土企业也参与了本次标准的修订，为推动USB PD3.1标准的落地作出重大贡献！体现出本土企业正在崛起，并获得国际标准协会的认可。

　　国产快充标准任重道远

　　全球充电器独立市场规模庞大，但中国厂商想要持久的分一杯羹却不容易。一方面，于国内消费者而言，国内各厂商快充技术不兼容，用户体验不佳；另一方面国际USB PD标准一家独大，增加了厂商独立发展的风险；再者，快充技术的分化发展也不利于国家的统一管理。

　　在这样的背景下，尽快推出国内统一的快充标准显得迫在眉睫。千呼万唤之下，《移动终端融合快速充电技术规范》（简称UFCS）终于出现。

　　UFCS全称Universal Fast Charging Specification，中文名为融合快充标准，是由信通院、华为、OPPO、vivo、小米牵头，联合矽力杰、瑞芯微、立辉科技、昂宝电子等企业共同努力完成的新一代融合快充协议。该协议旨在制定移动终端的融合快速充电标准，解决互配快充不兼容问题，为终端使用者创造快速、安全、兼容的充电使用环境。

　　有业内专家将UFCS与USB PD 3.1进行了对比分析，表示UFCS具备高效通信，高精度调节能力，更符合大功率充电时的安全要求；而USB PD最大的优势在于场景覆盖更广，但受限于USB-C口，电流最高只能5A，可能会成为制约其发展的X因素。

UFCS与USB PD 3.1标准对比，图片来源：充电头网

　　改变各种充电协议互不兼容的局面，并成为快充行业通用的快充标准，实现快充市场大一统，是UFCS融合快充的美好愿景，对于终端快充产业链所有人而言都有较为深远的影响和意义。

　　截止到2023年9月，全国已超过60款产品通过UFCS融合快充认证。未来，随着UFCS融合快充技术的不断推广，必将有更多的企业和产品通过认证，促进行业的健康发展。