充電，這個為電子設(shè)備補(bǔ)能的行為已經(jīng)成為了人類文明中不可缺少的一個環(huán)節(jié)，如同“衣食住行”一樣，成為人們的生活、工作的一個下意識動作。從智能手機(jī)誕生之初的5V 1A充電器到如今的200W超級閃充，充電的魔法到底實現(xiàn)了怎么樣的飛躍式進(jìn)化，本期的硬件編年史將為大家?guī)黻P(guān)于快速充電的那些事。
圖片來源：Ai繪畫 Midjourney
提到充電，就不得不提及充電協(xié)議，如果將電池比作一個普通的水杯，而電能就像是水，充電的過程就像是往水杯里倒水。在這個過程中，充電器就像是水龍頭，負(fù)責(zé)把水（電能）從水管（電源）引入水杯（電池）。而充電協(xié)議就像是水龍頭上的旋鈕，可以調(diào)整水流大小，控制倒水的速度。不同的充電協(xié)議就像是不同性能的水龍頭，可以提供不同速度的充電效果。
圖片來源：Ai繪畫 Midjourney
快速充電技術(shù)的基本原理是通過提高充電電壓和電流，以實現(xiàn)較高的充電功率。在保證電池安全的前提下，快充協(xié)議通過與設(shè)備進(jìn)行握手，智能調(diào)節(jié)充電參數(shù)。此外，快速充電技術(shù)還采用了先進(jìn)的充電算法，確保在整個充電過程中，充電功率能夠根據(jù)電池狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整。
當(dāng)前主流的快充協(xié)議所使用的充電策略；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
當(dāng)前主流的快速充電協(xié)議包括了高通的Quick Charge（QC快充）、USB陣營的Power Delivery（PD快充）、OPPO系的VOOC閃充、華為系的Super Charge Protocol（超級快充）、三星的Adaptive Fast Charging（自適應(yīng)快充）、小米的ChargeTurbo，與未來的無線快充大趨勢的“Qi”充電。
那么今天我們主要圍繞高通的QC快充與USB陣營的PD快充為主要介紹對象，原因是其二者具有廣泛的適用性，同時也能兼顧反映了快充的進(jìn)化史。
QC：Qualcomm Quick Charge技術(shù)
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QC快充是由高通所研發(fā)，就是我們熟知驍龍?zhí)幚砥鞯哪腹?，QC快充通過提高充電電壓和電流，實現(xiàn)更高的充電效率。自發(fā)布以來，QC技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了多個版本的迭代升級，如QC 1.0、2.0、3.0、4.0和5.0。
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QC 1.0 - 2013年
在2013年左右，智能手機(jī)市場迅速發(fā)展，手機(jī)功能和性能不斷提升，導(dǎo)致設(shè)備的能耗增加。傳統(tǒng)的充電方式已無法滿足用戶對于充電速度和便利性的需求。為解決這一問題，高通推出了Quick Charge 1.0（QC 1.0）技術(shù)。
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該技術(shù)可以實現(xiàn)最高5V 2A最高10W的充電功率，采用常見的micro USB接口，同時兼顧了自動限制輸入電流與自動電源檢測的功能，首次搭載在高通600 Soc上，相較于傳統(tǒng)充電技術(shù)（當(dāng)時普及較多的為5V 0.75A或者1A），QC 1.0 實現(xiàn)了近乎翻倍的充電速度提升，但由于剛剛起步，普及程度尚不高。
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QC 2.0 - 2014年11月
在智能手機(jī)風(fēng)起云涌的2014年，快充市場競爭逐漸加劇。除了高通，其他廠商如OPPO、華為等也相繼推出了自家的快充技術(shù)。這些技術(shù)在市場上形成了競爭格局，這也迫使高通也對QC快充進(jìn)行了升級更新，在2014年11月推出了QC 2.0。
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QC 2.0相較于QC 1.0，充電效率得到了顯著提升。QC 2.0支持最高18W的充電功率，充電速度比QC 1.0快約75%。QC2.0可以實現(xiàn)5V、9V、12V的可變直流電壓，最大電流也提升至1.67A/2A/3A，為適配更多設(shè)備留下了基礎(chǔ)，仍然使用micro USB接口。
支持QC2.0的一款車載充電器；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
初代的QC2.0最高可實現(xiàn)18W的充電功率，在后續(xù)的更新中也逐漸放開了36W的最高充電功率（12V 3A），同時加入了雙通道充電、HVDCP（High Voltage Dedicated Charging Port）技術(shù)，并將適配范圍擴(kuò)展到高通200/400/600/800系Soc。
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QC3.0 - 2015年
QC 3.0于2015年發(fā)布，是高通Quick Charge系列的第三代產(chǎn)品。在此之前，QC 2.0得益于更高的兼容性與實用性已經(jīng)在市場上取得了一定的成功。然而面對逐漸競爭白熱化的手機(jī)快充市場，尤其是面對三星Soc對于快充的猛烈發(fā)力，為了進(jìn)一步滿足市場需求，高通推出了更加先進(jìn)的QC 3.0技術(shù)。
QC 3.0首次加入了INOV技術(shù)；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
QC 3.0相較于QC 2.0， 最大的創(chuàng)新之處在于其電壓調(diào)整精度。QC 3.0采用了Intelligent Negotiation for Optimum Voltage（INOV）技術(shù)，使得充電電壓能夠?qū)崿F(xiàn)200mV的動態(tài)調(diào)整，以實現(xiàn)更高的充電效率。據(jù)高通官方數(shù)據(jù)，QC 3.0比QC 2.0充電速度快約38%，效率提高了14%。
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QC 3.0動態(tài)支持3.6V—12V（200mV步進(jìn)）的充電電壓與2A或3A的最大充電電流，最高可實現(xiàn)36W的充電功率，實現(xiàn)了對Type-C接口的支持、兼容micro USB接口時搭載HVDCP+與雙通道充電+技術(shù)，國內(nèi)搭載驍龍820/821 Soc（如小米5）就支持該項技術(shù)。
支持QC3.0的一款車載充電器；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
QC4.0 - 2016年11月
QC 4.0在充電速度和效率方面相較于QC 3.0有顯著提升，支持最高27W的充電功率，充電時間比QC 3.0縮短約20%。此外，QC 4.0還強(qiáng)化了充電安全性，引入了雙并發(fā)獨立電壓和電流調(diào)整機(jī)制，以及電池溫度監(jiān)測等安全措施。
支持QC4.0 Type-C的一款充電器；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
在規(guī)格方面，QC4.0支持的電壓、電流規(guī)格為5V/4.7A～5.6A和9V/3A，且升級了INOV技術(shù)，將步進(jìn)電壓調(diào)整為20mV，讓充電電壓變動更加絲滑、安全。QC 4.0完全兼容USB Type-C接口，并支持USB Power Delivery（USB PD）標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步拓寬了充電協(xié)議的適用范圍，為用戶提供了更加便捷和高效的充電體驗。
知名的高通835 Soc就是內(nèi)置了QC 4.0；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
QC4.0+ - 2017年12月
在2017高通驍龍技術(shù)峰會上，高通發(fā)布了QC4+充電器和高通QC4+車充，QC 4.0+在規(guī)格上與QC 4.0相似，支持最高27W的充電功率。然而，QC 4.0+在充電過程中進(jìn)行了更多的優(yōu)化，包括更智能的熱管理和充電效率調(diào)整。
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與QC 4.0相同，QC 4.0+也完全兼容USB Type-C接口，并支持USB Power Delivery（USB PD）標(biāo)準(zhǔn)。支持的電壓、電流規(guī)格依然為5V/4.7A～5.6A和9V/3A，與QC4.0不同的是，其增加了對QC2.0、QC3.0的支持，提高了該充電協(xié)議的兼容性。
知名的高通驍龍855 Soc就使用了QC4.0+協(xié)議；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
QC 5.0 - 2020年7月
QC 5.0是一種支持100W+充電功率的快充協(xié)議，相較于前代QC4+的28W功率有著顯著提升。QC 5.0的主要優(yōu)勢包括：充電效率提高70%，5分鐘內(nèi)能將電池從0%充至50%；安全性提升，可延長電池壽命；溫度較QC4.0降低10度。
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QC 5.0技術(shù)原理充分利用了USB PD協(xié)議，向下兼容QC2.0至QC4+。相較于前代協(xié)議，QC 5.0支持20V以上輸入電壓工作模式、雙充/三充技術(shù)（串聯(lián)雙/三電芯）、自適應(yīng)輸入電壓、第四代INOV4算法、Qualcomm Battery Saver電池健康管理以及全新的Qualcomm適配器功率智能識別技術(shù)。
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與其他百瓦快充技術(shù)（如OPPO/realme的125W、vivo/iQOO的120W和小米的120W）相比，QC 5.0的原理類似，但它是一種通用型的超級閃充方案，理論上可適用于搭載驍龍Soc的手機(jī)，并共享充電頭和充電線。
一款使用QC5.0協(xié)議的充電器，標(biāo)注了不同接口的單獨/共享功率；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
如今的高通旗艦Soc 8Gen2依然使用QC 5.0
PD：USB Power Delivery協(xié)議
在早期的USB 2.0時代，USB充電協(xié)議BC1.0允許最大提供5Vx500mA=2.5W的電源輸出。隨著USB 3.0的推出，電流上限增至900mA，從而將最大功率提升到4.5W。到了USB BC1.2協(xié)議，最大電流進(jìn)一步提高至1.5A，使最大功率達(dá)到7.5W然而，隨著Type-C接口的普及，7.5W的功率已無法滿足日益增長的需求。因此，USB-IF組織將USB快速充電供電提高到了100W（20V, 5A），催生了USB PD技術(shù)。
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USB PD技術(shù)的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在更高的充電功率上，還包括更先進(jìn)的充電技術(shù)方向，即可以實現(xiàn)不同設(shè)備之間的供電方向切換，如平板電腦與手機(jī)之間互相地充電。為更加便捷地充電留下基礎(chǔ)。
PD1.0 - 2012年7月
實際上，PD1.0就是完成了USB BC技術(shù)的整合與升級，讓其USB傳輸功率從原有的7.5W提升至100W，輸出電壓最高達(dá)到20V，最大電流達(dá)到5A。擁有5V/12V/20V的電壓規(guī)格可選、1.5A/2A/3A/5A的電流規(guī)格可選。在USB用電設(shè)備與USB主機(jī)連接后，其初始功率為10W，但是通過功率規(guī)格選定之后，可以進(jìn)行傳輸功率轉(zhuǎn)換，可選的傳輸功率有18W，36W，60W或者100W。
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PD1.0雖然大大提升了USB設(shè)備之間的充電速度，但其想要實現(xiàn)真·100W的充電速度還是非常困難的，需要多種條件的組合，實現(xiàn)條件較為苛刻。
PD1.0 - 2012年7月
隨著Type-C接口的推出，USB-IF協(xié)會為了能讓這一接口成為未來電子設(shè)備的通用主流接口，發(fā)布了具有跨越意義的PD2.0，確定了USB Type-C接口作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)接口，并為其增添了諸多功能，例如充電、數(shù)據(jù)傳輸和音頻傳輸?shù)?。在充電方面，USB PD 2.0規(guī)定支持5V3A、9V3A、12V3A、15V3A和20V5A輸出，最大充電功率可達(dá)100W。
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由于Type-C接口帶有天然的專用的通信線（CC(channel configure)線），使其在USB PD協(xié)議下，可以電源和負(fù)載之間進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換，進(jìn)而支持功率雙向傳輸。解決了PD1.0時代USB-A/B接口復(fù)雜傳輸?shù)木骄场?/p>
Type-C Pin 分布；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
同年，QC2.0發(fā)布，雖然在充電功率上大不如PD2.0來得迅猛，但當(dāng)年尚未普及的Type-C接口與沒有那么大的充電功率需求，讓PD2.0在2014年并未大放異彩，直到2015年蘋果發(fā)布了使用PD2.0充電協(xié)議的MacBook Pro時才讓世人了解這個基于Type-C所打造的充電協(xié)議。
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PD3.0 - 2015年11月
PD3.0相對于PD2.0來說，只是增加了內(nèi)置的更多安全性協(xié)議，在充電功率與核心功能上并沒有實質(zhì)性的改進(jìn)，增加了對設(shè)備內(nèi)置電池特性更為詳細(xì)的描述；增加了通過PD通信進(jìn)行設(shè)備軟硬件版本識別和軟件更新的功能，以及增加了數(shù)字證書及數(shù)字簽名功能。但充電規(guī)格依然保持了5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A的輸出，向下兼容PD1.0/2.0
圖片來源：充電頭網(wǎng)
PD3.0 PPS版本 - 2017年2月
QC4.0的發(fā)布與各大手機(jī)品牌閃充技術(shù)的突飛猛進(jìn)，讓USB-IF嗅到了壓力，同時為了能夠更好地推行PD協(xié)議，也為了能讓充電品類早日結(jié)束“春秋戰(zhàn)國”的情況，USB-IF對PD3.0進(jìn)行了不改變名稱的“重大更新”。
圖片來源：充電頭網(wǎng)
在原有的充電規(guī)格（最高100W）基礎(chǔ)上加入了PPS（可編程電源功能），PPS規(guī)范整合了目前高壓低電流、低壓大電流兩種充電模式，設(shè)備可根據(jù)電力需求對電源輸出電壓進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，調(diào)幅為 20mV 一檔，它允許設(shè)備之間進(jìn)行更加靈活、高效的快速充電。想象一下，PPS技術(shù)就像一位懂得溝通的水龍頭，它可以根據(jù)水桶的大小和需求來調(diào)整流量，從而使得水桶能夠以最合適的速度填滿；目前其已經(jīng)實現(xiàn)對高通QC4.0/4.0+、聯(lián)發(fā)科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、華為SuperCharge等協(xié)議進(jìn)行適配收錄。
PPS所收錄兼容的其他快充協(xié)議，圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
PD3.1 - 2021年6月
USB PD3.1快充協(xié)議支持最高48V的電壓輸出，充電功率同步提升至240W。USB PD3.1 規(guī)范將原來的 USB PD3.0 內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（Standard Power Range，簡稱 SPR）里面，最大功率保持 100W 不變；同時增加了擴(kuò)展功率范圍（Extended Power Range，簡稱 EPR），最大功率由 100W 擴(kuò)展到 240W。在 EPR 中，新增了 28V、36V 和 48V 三種固定電壓擋和三種可調(diào)電壓擋（Adjustable Voltage Supply，簡稱 AVS）。
PD3.1可以為大功率電動設(shè)備進(jìn)行供電；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
在 USB PD3.1 標(biāo)準(zhǔn)下，USB Type-C 線纜分 20V 等級的普通線纜和 50V 等級的 EPR 線纜兩種規(guī)格。值得注意的是，USB PD3.1 規(guī)范的制定中，華為、小米、立訊精密、慧能泰等多家國內(nèi)公司都積極參與其中，為新標(biāo)準(zhǔn)做出了重要貢獻(xiàn)，被寫入標(biāo)準(zhǔn)起草企業(yè)目錄。
某品牌的240W Type-C PD3.1協(xié)議快充線，比100W版本貴40%左右
一款支持PD3.1協(xié)議，最高單接口140W功率的充電器；圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
總結(jié)：在過去的十年里，我們見證了智能設(shè)備的飛速發(fā)展。令人驚嘆的是，這十年間，充電功率從最初的5W迅速提升至今天驚人的200W。這一巨大飛躍使得手機(jī)從過去需要幾個小時才能充滿電，到現(xiàn)在僅需15分鐘即可達(dá)到滿電狀態(tài)。
Ai筆下未來炫酷的無線充電
隨著歐洲立法對Type-C接口的有力支持，在未來蘋果設(shè)備也將全面轉(zhuǎn)向Type-C接口，在一個完全Type-C時代下，我們可以期待設(shè)備間的充電過程變得更加便捷，無論是手機(jī)、平板還是筆記本電腦，都將得到更為簡化和高效的充電體驗。
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