隨著近年來智能手機的普及，手機在人們日常生活中的功能由僅僅局限于打電話，發展到集商務、娛樂、信息交流和生活支付為一體。各種APP的噴涌而現，為了滿足其應用需求，智能手機在硬件的配置上也在飛速發展，大屏幕、處理器、RAM 和 ROM較往日翻倍，但同時，高頻處理器、藍牙、GPS 和 WiFi等等功能都在大量的消耗電池的電量。然而，限于體積，手機鋰離子電池容量的提升已達到極限，較長的充電時間和較多的充電次數嚴重影響了手機使用體驗。可喜的是，快速充電技術的出現另辟蹊徑，解決了困擾已久的手機續航問題。
快充技術指的是一種能夠在最短時間內迅速達到電池能夠存儲的電量，并且在這個過程中不會對電池的壽命造成負面影響的技術 。現在市場上主流的手機快充技術有四種，其中有：OPPO的VOOC閃充技術、聯發科MTK 的 Pump Express Plus、華為Super Charge快充技術和高通的 Quick Charge3.0。本文首先會對這四種快充技術的原理進行分析，然后簡略地介紹快充控制芯片內部模塊設計及其發展改進。
1.快充技術的分類
從快充主要原理來講：功率（P）=電壓（U）x電流（I），在電池容量量一定的情況下，功率標志著充電速度，那么將會有三種方法來縮短充電時間：

OPPO的VOOC閃充技術

作為提高適配器輸出電流的代表，OPPO的VOOC閃充技術，把控制電池充電電流的電路設計在適配器中，適配器以 5V 大電流輸出，從而提升充電速率。由于采用了特殊材料的連接線可以保證連接線能夠承受較大的電流，同時該連接線的材料阻抗低于普通材料的 USB 連接線，可以減少由于大電流帶來的連接線損耗。作為 OPPO 的獨門絕技，該充電技術具有一套定制的電路、電芯、接口、數據線，配以智能 MCU 芯片的適配器。但由于其把恒流電路、恒壓電路、溫度檢測電路以及各類保護電路都設計在了適配器中，在手機內部僅有一個限流電阻，防止充電電流過大。這使得閃充技術受到一定的局限性：它必須定制的各種特殊的元器件，并且不能于其他適配器混用，最終導致現在市場上使用閃充技術的手機廠商及機型都很少。

聯發科MTK 的 Pump Express Plus
MTK 現在的快充技術有兩種規格，一種是 Pump Express，另一種就是 Pump Express Plus。內置于手機內部的電源管理芯片（Power Manager IC,PMIC），通過Pump Express Plus，Pump Express 協議，允許適配器根據電流決定充電所需要的初始電壓，PMIC通過 USB 連接線的 Vbus 把指令傳輸給適配器，適配器根據指令調整輸出電壓，適配器輸出電壓可跟隨指令逐漸增加，其中指令是通過脈沖電流的形式傳遞的。
其中，Pump Express，它可以控配器以 5V/4.8VV/4.6V/4.4V/4.2V/4V/3.8V/3.6V 輸出，輸出功率小于 10W；而Pump Express Plus在Pump Express 的基礎上增加了 12V、9V 和 7V 三個檔位，可以控制適配器輸出大于 15W 的輸出功率
這一套 MTK 的專有協議，旨在為功能手機、智能手機及平板電腦等移動設備
快速充電，其最大充電速度比傳統充電器快 45%，它能夠更加高效地向電池輸送電能，從而縮短充電時間，但協議的具體內容 MTK 尚未公布，另外從技術角度上來看，它是通過脈沖電流信號來傳遞指令，其抗干擾性和穩定性可能還需要進行更多的驗證。
三．高通的 Quick Charge2.0
QC2.0 技術分為 A 級和 B 級兩種標準，其中 A 級標準適用于手機、平板電腦以及其他的小型設備。輸出電壓規定為 5V、9V 和 12V 三種電壓，這意味著高電壓的適配器器可以匹配更多的設備，從而減小劣質充電線和較長充電線所帶來的損耗，從而進一步的提升充電功率。另外 B 級標準在 A 級標準上增加了一個 20V 電壓，輸出電壓規定為 5V、9V、12V 和 20V 四種電壓。
QC2.0 其工作原理是：手機通過 USB 連接線的 D+/D-兩個端口傳遞電壓信號，只要適配器中含有可以解碼該電壓信號的芯片，并檢測到D+和D-上的電壓后，就可以控制 AC-DC 電源芯片使適配器輸出的電池充電所需要的電壓。
具體D+和D-上的電壓和充電器輸出電壓對應：

注：當DP=3.3V，而DM=3.3V時，充電頭輸出20V。
當DP=0.6V，而DM=3.3V時，表示QC將進入continuous mode（也就是QC3.0模式）。
盡管通過 D+/D-傳遞電壓信號的穩定性和抗干擾性明顯高于 MTK 的電流脈沖信號，但這一快充技術的實現必須要求適配器能夠解碼 QC2.0 協議，這也就限定了適配器的匹配范圍，而且其電壓切換時會造成手機發燙。其升級版QC3.0通過移除手機DC/DC轉換器簡化無線充電器架構，全面使用了Type-C接口取代原來的MicroUSB接口，提升最大電流到3A，大大降低DC/DC轉換電路的明顯損耗，從而有效緩解了快充時的發熱問題。QC4.0則又加入了“智能最佳電壓技術”（INOV），并且加入USB PD支持。相比QC3.0 200mV的步進電壓調節檔位，QC4.0進一步優化INOV算法，極大地提高精度，實現為電池提供最適合的充電電壓，減少快充的無用損耗。

華為Super Charge快充技術

華為SuperCharge低壓大電流快充方案，采用4.5V/5A或5V/4.5A輸出，跳過了手機端的電壓轉換，直接從充電器輸出電池電壓和最大充電電流。其采用電荷泵原理，將外部的10V/4A充電變為內部5V/8A的充電轉換。同時，通過大幅領先業界的降阻抗技術（較其他廠商手機的阻抗降低60～80%）和散熱設計技術（8層高導熱散熱層等），解決了超大電流充電的機身發熱和散熱問題。
電荷泵原理圖：

2.手機快充控制芯片
快充控制芯片的設計首先確認要滿足哪種快充技術方案。基于此對芯片進行應用的定義，時序的定義以及引腳的定義。芯片應用的定義確定了芯片的應用范圍，時序的定義保證了芯片能夠握手我們之前確定的協議，引腳的定義滿足了芯片能夠實現預定功能的要求。
快速充電控制芯片內部模塊包含帶隙基準源、計時模塊、快充實現模塊和恒壓限流模塊。

帶隙基準模塊
無論在數字電路中還是在模擬電路中，帶隙基準已然成為集成電路中最重要的模塊電路。一個與電源電壓變化和溫度變化無關的參考電壓是實現整體芯片高精度、高穩定性和高可靠性的重要保障。
要實現與電源電壓變化和溫度變化無關的基準，我們可以把帶隙基準分成兩部分來看，一部分是與電源電壓變化的基準，我們可利用自偏置電路得到一個與電源電壓無關的電流，乘以固定阻值的電阻得到到一個與電源電壓無關的電壓；另一部分是與溫度變化無關的基準，我們可以把兩個具有相反溫度系數的量適當的疊加，那么就可以顯示出零溫度系數，選取兩個具有相反溫度系數α_1和α_2的電壓 V1 和 V2進行疊加即可得到一個與溫度無關的電壓基準V_ref=α_1 V_1+α_2 V_2。 ????
帶隙基準模塊內部的具體電路包括帶隙基準（BG）電路、基準分壓電路、基準電流源電路和欠壓保護(UVLO)電路。BG 電路、基準分壓電路和基準電流源電路都采用了溫度補償和負反饋實現了較低溫度系數的要求，可以為芯片其他模塊提供精確的基準電壓和偏置電流。同時 UVLO 電路采用了類似于帶隙基準電路的結構，保證了啟動電壓可能受到工藝制造誤差而引起的變化的范圍較小。
快充實現模塊
快充實現模塊是芯片中的邏輯實現模塊，它不但負責把手機傳輸回來的電壓信號轉換為數字信號，判斷該手機是否某一快充技術協議，并控制計時模塊是否工作，以及控制恒壓限流模塊的輸出信號。
快充實現模塊內部的具體電路包括快充模式啟動電路、快充信號檢測電路、快充模式使能電路和快充電壓選擇電路。這四個電路構成了本芯片主要的工作邏輯，啟動電路用于檢測手機是支持某一協議，檢測電路用于檢測手機反饋的數字信號，使能電路用于反饋手機該適配器為快充適配器，選擇電路用于保證芯片正確的邏輯以及為恒壓限流模塊選擇正確的基準電壓。
計時模塊
當手機接收到充電信號時會通過端口給芯片反饋電壓信號，如支持高通的 QC2.0 協議的手機，在這過程中需要 D+和 D-兩個端口保持短路 1.25s。另外在進入快充模式后，手機會通過 D+和 D-端口向芯片傳回手機所允許的最大充電電壓，為了保證不會出現震蕩或誤判，芯片中還設計了一個 39ms 的延遲，以確認36ms 之后 D+和 D-的信號是否仍然保持不變，是則控制 AC-DC 芯片使適配器輸出手機所允許的最大充電電壓。可見，快充控制芯片中必須有一個計時模塊來精確計算時間，以實現對應的邏輯運算控制。
通常來說，計時模塊中都包含三個子電路：震蕩發生器（OSC）、時鐘控制電路和計時電路。在計時模塊中 OSC 電路產生方波，時鐘控制電路和計時電路利用方波的周期實現精確計時。
恒壓限流模塊
手機反饋回來的信號經過快充實現模塊的編譯選擇不同基準電壓加載到恒壓限
流模塊。恒壓限流模塊包含了兩個運算放大器，它是芯片的輸出模塊。
恒壓限流模塊內部的具體電路只有恒壓限流電路（由兩個運放組成，實現普通的一級放大）、恒壓限流外圍電路（補償恒壓限流電路的系統環路的穩定性）。
3.快充控制芯片技術路徑及快充行業發展
如今，電池技術發展受到阻礙，處于科研前沿的石墨烯超級電池的正式商用貌似遙遙無期。所以無論是當下還是不久的未來，快充技術都將是解決手機續航問題的最為有效解決方案。
但我們可以看到的現象是：市面流通的快充技術，由于“高壓低電量、低壓高電流和同步提供電壓電流” 標準劃分為三大派系，并且各個手機廠商有屬于自己快充標準，使得各個細分協議存在極大差異，兼容性更是無從談起（一個充電器即可滿足所有數碼設備快充需求）。

值得慶幸的是，這一困擾智能手機用戶的難題已為第三方方案供應商所解決。他們設計的電源管理芯片可適配眾多快充技術標準，同時支持如華為SuperCharge、OPPO的VOOC以及高通的QC4.0等協議標準，并廣泛應用在充電寶、充電器和車載充電等不同細分領域之中。
如SW3517 ，便是一款高集成度的多快充協議雙口充電芯片。它不僅支持 A+C 口任意口快充輸出，還支持雙口獨立限流。其集成了 5A 高效率同步降壓變換器，可支持多種快充協議、CC/CV 模式以及雙口管理邏輯。外圍只需少量的器件，即可組成完整的高性能多快充協議雙口充電解決方案。

無論是哪種快充技術，快充控制芯片必將朝著高兼容（適配眾多快充技術標準）、智能化（算法控制提供合適電壓，減少損耗）、多場景（廣泛應用在充電寶、充電器和車載充電等不同領域）的技術路徑發展。
從目前的快速充電市場看，高電壓恒電流的快充模式被普遍廠商所接受。無論是高通的 Quick Charge還是聯發科MTK 的 Pump Express Plus都采用著這樣的方案，不過同時也帶來了較大的安全隱患。雖然高電流恒定電壓的模式會顯得更安全，但USB Power Delivery方案所提倡的的標準統一符合了消費者的需求，方為快充技術未來的發展趨勢。
值得注意的是，快充領域的一項新的技術——無線快充技術，正在快速地崛起。同時，越來越多的GaN器件被運用到快充產品中，其相較于第一、二代半導體材料的高熱導率和耐壓性能更是給快充市場帶來新一輪沖擊。

‘’不忘初心，方得始終‘’。無論是哪款快充控制芯片，哪種快充技術，其目的都是為了解決智能手機日常使用場景中的續航問題。我們理應抱有如此美好期盼：快速充電技術將會給我們帶來更為安全、更為快捷、更為統一兼容的充電體驗。
我好像忘了PD的原理介紹啊啊啊啊，對不起啦，沒精力了

總結

以上是生活随笔為你收集整理的快充技术及电源IC芯片的浅显认识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。