充電週邊 2015-11-19

【行動周邊】淺談快速充電原理

隨著行動裝置的應用功能日益強大，耗電量越來越大，為了讓行動裝置的鋰電池充電時間縮短，各家廠商都在加緊研究開發快速充電技術。日前版主寫了一篇”淺談快速充電對鋰電池安全性與壽命影響“，闡述”最新”的快速充電技術可能會造成鋰電池壽命或多或少影響，某網友以本身使用HTC One M7已2.4年但手機鋰電池還頭好壯壯為例認為版主的觀點是屁文，版主實在忍不住回覆該留言: 「HTC One M7有支援高通Quick charge 2.0嗎?」

廣義來看，只要輸出功率大於Conventional Charging的5W（5V / 1A），都可以被稱之為快速充電。但該文版主提出的『快速充電』指的是狹義的快速充電定義，透過加大電流或電壓讓輸出功率大於10W以上。目前可以輸出功率大於10W以上的快速充電技術陣營主要有高通的Quick Charge 2.0/3.0、OPPO的Vooc閃充、聯發科 Pump Exress Plus、德儀TI的Max Charge、USB的USB 3.1 PD及Apple 20V…。

因目前可以支援高通快速充電規格的行動終端商品最多，本文以高通快速充電技術為例，闡述快速充電的基本觀念及列出目前可支援高通快速充電的手機型號:

1. 行動裝置的快速充電原理:

Android行動裝置充電大都透過Micro USB ，一般的 USB (USB 1.0~3.0)所能承受的電功率有限，充電大多被限制在 5伏特電壓以及 2 安培以下的電流 (10W)。在經過電力系統的轉換以及電線傳輸過程的耗損，實際傳輸到手機上的功率通常已經少於 7.5W。

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為了突破傳統 USB 充電的充電限制，讓裝置的充電速度可以更快、更有效率，各廠商致力研發「端點對端點」的快速充電方案，透過增大電流或是電壓的方式來提高充電速度。由於充電電流或電壓大小通常是由行動裝置(手機或平板)決定的，行動裝置處理器廠商變成了快速充電技術發展的要角。

我的行動裝置明明就有支援快速充電，但為何充電速度還是很慢呢 ? 快速充電要發揮功效是在必須使手機端與充電設備達成快速充電協議才能運作，必須同時具備三個缺一不可的要件才行~支援快速的處理器(行動裝置)、支援快速充電的變壓器及4 Line的充電傳輸線。

A.4 Line的充電傳輸線:

行動裝置要如何辦別不同來源的充電電流或電壓容量呢? 通常是透過 Micro USB 中間的 D+ D- 兩條線與行動裝置溝通所以支援快速充電的充電傳輸線必須是4 Line的Data傳輸線，不能用一般的2 Line 的充電線。

在充電類型方面，一共有三種定義：標準下行埠(Standard Downstream Port，SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port，CDP)及專用充電埠(Dedicated Charging Port，DCP)。USB充電規範中，一般分成兩種~標準USB電流(輸出電流500mA以下， SDP)及AC充電(USB AC charging Mode，常見輸出電流種類有500mA、 1000mA、2000mA)。由於一般的USB 2.0端子具有4個腳位，分別為負責傳輸資料的D+、D-、供應電源的5V及GND. Micro USB端子則具有5個腳位USB OTG線材，多了1股定義為ID的未包覆裸線.

Android行動裝置通常是透過D+、D-腳位導通狀態，來做為充電模式判斷依據。若D+與D-短路，行動裝置就會判定為得以AC模式進行快速充電。Apple、Moto、Samsung平板電腦則是在裝置與線材端的特定訊號腳位，加入分壓電阻器用以識別裝置類型。

影響Micro USB充電傳輸線成本(售價)主要有三個-USB連接器插拔的信賴度、線的材質與線的種類。除了線的種類(兩線、四線、五線)會影響行動裝置辨識充電種類外，線的材質內阻大小也會影響充電效率。一般而言，純銅的阻抗低，傳導效果最好，但廠商為降低成本會以銅包鋼或銅包鈻的導體來當純銅綫。網友測試HTC原廠附贈的Micro USB充電線線頭尾電阻值為0.2歐姆左右，但坊間低價的USB充電線測出的電阻值居然高達3.5~5歐姆。若以5歐姆的線材使用5V 1500mAh輸出，結果只有250mA輸出到行動裝置，難怪會充不飽。

總言之，若要使用快速充電最好要使用原廠附的傳輸線或是要確定該傳輸線必須為4 Line的充電傳輸線。

B.支援快速充電的變壓器:

執行快速充電必須使用可以支援大電流或高電壓的AC充電器，若只是將USB傳輸線置入電腦USB充電端子或是不支援快速度充電的行動電源是無法執行快速充電的。一台可以支援Quick Charge 2.0的高電壓(9V或12V)充電器，才可以才能發揮最高3A的充電電流。

目前各手機品牌推出可以支援的快速充電器名稱雖然不同(如Moto Turbo Charger 2.0、HTC Rapid Charger 2.0及ASUS BoostMaster ..)，只要快速充電器有註明支援QC 2.0及通過台灣BSMI認證，基本上都是可以相容的。快速充電器可支援QC2.0充電器評測請詳見港都狼窩。

特別提醒，使用支援快速充電的變壓器若使用在不支援快速充電的行動裝置，只要變壓器是有台灣BSMI合格認證的，基本上不會對行動裝置有安全影響，但無法發揮快速充電功能。

圖片來源: 網路

C.支援快速充電的處理器:

行動裝置的充電控制通常是透過處理器來控制的，高通不同型號的處理器支援不同快速充電規格。

支援Quick Charge 1.0 主要是高通S600處理器；支援Quick Charge 2.0的處理器則有高通Snapdragon S200、S400、S410、S615、S800、S801、S805。不過，並非採用該型號處理器就有支援Quick Charge 2.0 ，目前台灣上市手機中已知支援Qc2.0的手機機型如下(2015/11/19)，更多可支援機型查詢詳見高通官網:

支援Quick Charge 3.0的處理器則有Snapdragon S820、S620、 S618、S617、S430 等處理器選配使用，目前已知HTC One A9。

QC3適用處理器

特別提醒，若使用不當的快速充電器或Micro USB充電傳輸線，將會影響充電效率，甚至造成人身安全問題。選用支援快速充電的壓器必須經過台灣BSMI認證，才可確保使用安全性。不過，Micro USB充電傳輸線並不需要認證，坊間充電線品質良莠不齊，選購時要特別小心注意，以免賠了夫人又折兵。

2. 高通10W以上的快速充電技術:

A.Quick Charge 2.0:

高通快速充電技術是提高充電器輸出電壓及電流的方式來實現電池的快速充電，根據 Quick Charge 2.0 的規格定義，Quick Charge 2.0 Class A 可透過 Micro USB 提供最高 24W 的電力輸出，在 USB-C 則可提供更高 36W 的輸出；Quick Charge 2.0 Class B 甚至可提供高達 60W 以上的的輸出功率。Quick Charge 2.0 提供了四種充電電壓（5V、9V、12V、20V），輸出電壓從 5V 提高到 9V，電流也從 1A 提高的 1.6 A~ 2.0A。

qc2規格