快速充电分析及对测试的影响 张建锋，等 快速充电分析及对测试的影响 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｑｕｉｃｋ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｅｓｔ 张建锋，沈冬波（江苏省电子信息产品质量监督检验研究院，江苏无锡２１４０７３） Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ，Ｓｈｅｎ Ｄｏｎｇ—ｂｏ（Ｊｉａｎｇｓｕ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｐｅｃ— ｔｉｏｎ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｗｕｘｉ ２１４０７３） 摘要：通过对快速充电的原理和协议进行分析，确认不同快充电源适配器的充电特性以及快充电源适配 器在测试过程中遇到的问题及其影响，介绍快充协议的发展趋势。 关键词：快速充电；快充协议；电源适配器 中图分类号：ＴＭ９１１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—０１０７（２０１７）１１－００１５—０６ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｑｕｉｃｋ ｃｈａｒｇｅ，ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｑｕｉｃｋ ｃ— ｈａｒｇｅ ｐｏｗｅｒ ａｄａｐｔｅｒ ａｎｄ ｑｕｉｃｋ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｄａｐｔｅｒ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅ— ｓｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｑｕｉｃｋ ｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｔｏｃｏ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｑｕｉｃｋ Ｃｈａｒｇｅ（ＱＣ）；０ｕｉｃｋ Ｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｆ：Ａｄａｐｌｅｒ ＣＬＣ ｎｕｍｂｅｒ：ＴＭ９１ １ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｃｏｄｅ：Ｂ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１ ００３—０１ ０７（２０１ ７）１ １—００１ ５—０６ ０概述 随着智能手机等数码产品的不断普及，产品具有的 １电池充电原理 一般电池的充电分为三个过程：预充、恒流充电、恒 多媒体功能越来越多，用户在使用这些功能时其内部的 处理器、屏幕等硬件消耗的电量越来越快，为了满足用 户的使用要求，保证手机数码产品长时间运行所需要的 电能，内部电池的容量也越来越大。但是电池容量的增 大会一方面会使产品的安全性降低，另一方面导致手机 充电时问的增加，如果使用普通的电源适配器（充电器） 充电的话，其充电时问会很长，有时为了给产品充满电 要耗费２—３个小时甚至４—５个小时。如果不能解决如此 压充电。预充是为了帮助过放电的锂离子电池恢复内部 介质活性，所以只需要较小的电流，正常使用的电池在 充电过程中其预充时间很短；恒流充电是以恒定的电流 对电池充电，一直使电池的电压达到充电截止电压，当 电池的电压达到充电截止电压时，充电的电压就保持在 这个电压值上恒定不变，随着充电的继续，充电电流逐 渐降低，当充电电流达到预设的电流值时或者下降到零 时，电池的电量就充满了。在整个充电过程中，恒流充电 慢的充电瓶颈问题，将极大地影响用户的使用体验。针 对这一情况，越来越多的手机厂商和电源适配器厂商逐 渐开始研发生产适合大容量电池的快速充电技术，使用 具有快速充电功能的电源适配器充电，让智能手机等数 码产品能在很短的充电时间内获得更多的电量，确保用 是花费时间最长的一个阶段，快速充电也正是对这一过 程进行优化处理以达到缩短充电时间的目的。 电池的能量Ｗｈ（可以看成是电池容量）：功率Ｐ× 时间 ；功率 电压Ｕ×电流，。在电池容量固定的情况 下，快速充电的最基本原理就是通过增大充电功率Ｐ来 户能长时间使用。正如某品牌厂商宣传的“充电五分钟， 通话两小时”，让用户在早上刷牙，吃早餐这样５—１０分 缩短充电所需的时间。而增大功率有三个办法，分别是 提高电压、提高电流以及同时提高电压电流。对于一块 电池，我们假设它的容量是３０００ｍＡｈ，并且标称电压是 钟的零星短时间内给手机充电，从而获得半天甚至更长 的使用续航时间。随着快速充电技术的推广和应用，这 样具有快速充电功能的产品越来越受到用户的青睐。 ３．７Ｖ，换算成ｗｈ佤时）为单位的值是Ｉ Ｉ．１Ｗｈ（３０００ｍＡｈ＊ ３．７Ｖ）；普通的充电器输出电压电流是５Ｖ１Ａ（５Ｗ），在不考 作者简介：张建锋（１９７７一），男，工程师，硕士，从事电子信息产品检测＿［作； 沈冬波（１９７９一），男，高工，学士，从事电子信息产品检测工作。 １５ 电子质量２０１７年第１１期（总第３６８期） 充 《 充电谶止电压 再充电电压值 恒流充电电流 ， ， 瞧魔充电 趄Ｊ盘充电叫 ■略 ～ 冉充电一 一 —Ｐ －ｌ● 一 、 － 一 二． 颈充电电压侄 ’ ， ： 掖充电电流 ■ ■Ｈ■ ■ 一●■ ■ ■Ｍ■ ●忡■ ■Ｈ■ ■ ■ ● ■Ｈ 一■一■…Ⅲ■ 图１电池充电原理 虑任何损耗的理想状态下充满这块电池需要２．２２小时 （１ １．１Ｗｈ／ＳＷ）。现在我们假设充电器调整输出电压电流 为５Ｖ２Ａ（１０Ｗ），那么充满同样的一块电池需要１．１１小 时（１１．ＳＷｈｎＯＷ）。如果充电器的输出电压电流同时提高 调整为１０Ｖ２Ａ（２０Ｗ），那么充满同样的一块电池只需要 ０．５６小时ｆ１ １．１Ｗｈ／２０Ｗ）。 流的要求，需要用专门的ＵＳＢ接口和导线来为手机进 行充电。低压快速充电的充电器在其他手机上不能实现 快速充电，其他手机的数据线用在专用的充电器上也无 法实现快速充电。那就是对充电器、手机以及充电数据 线等电子元件要求更高。 目前比较有代表性的快速充电技术主要有：以高通 Ｑｕｉｃｋ Ｃｈａｒｇｅ ３．０／２．０、联发科Ｐｕｍｐ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｐｌｕｓ为代表 的高压快速充电；以ＯＰＰＯ ＶＯＯＣ闪充为代表的低压快 速充电。 ２快充协议分析 虽然快速充电主要是通过提高电压或者电流来实 现，但是在如何提高电压和电流的方法上，各个手机厂 商和电源适配器厂商又有各自的设计方案和协议。目前 主流的协议有高通的ＱＣ２．Ｏ／ＱＣ３．ｏ协议、苹果的快充协 议、安卓ＢＣ１．２协议、三星快充协议等。 为了分析确认不同快充电源适配器的快充协议及 高压快速充电的优势在于不用对现有的充电接口、 充电数据线和手机电池进行大的修改，只需要手机支持 快速充电模式就可以实现快速充电，成本较低，目前用 这种技术的厂商相对较多，充电器的兼容性较好，缺点 在于要经过电网电源到适配器输出、适配器输出到电池 两次降压，在转化过程中损耗较大，会导致充电时电源 适配器和手机发热严重。低压快速充电主要是提高充电 特性，我们选择几款不同品牌型号手机以及电源适配器 来进行试验，这些电源适配器都具有快速充电功能。 首先我们选取ｊ款不同品牌的手机及其配套的电 源适配器（如图２所示）进行充电，记录下充电电压和充 的电流，最大的特点是充电时损耗相对较低，前期充电 速度比高压充电快很多，缺点在于兼容性较差，由于电 流增大到一定程度，普通的ＵＳＢ端口不能满足其大电 电电流（女口表１所示）。华为手机充电如图３所示，乐视手 机充电如图４所示，ＯＰＰＯ手机充电如图５所示。 表１原装电源适配器充电特性 ｌ ｉ手机品牌型号 华为Ｐ９Ｐｌｕｓ 乐视乐２Ｐｒｏ ０ＰＰ０ Ｒ７ｓ 适配器输出规格 ５Ｖｄｃ，２Ａ或９Ｖｄｃ，２Ａ ３．６Ｖｄｃ一８Ｖｄｃ．３．ＯＡ１２Ｖｄｃ．２．０Ａ ５Ｖｒ１ｃ．４Ａ 充电电压／电流 ９．０３Ｖｄｃ．２．００Ａ ８．９ｌＶｄｅ．１．６５Ａ ５．０４Ｖｄｃ．１．８５Ａ 备注 图３ 图４ 图５ １６ 快速充电分亳斥及对测试的影响 张建锋。等 ｏｐｐｏ Ｂ６８２８２Ｇ６５Ｏ ｊＯ ２ 华为 乐视 图２原装电源适配器 ０ＰＰ０ ● Ｉ ｌ ● 舅■ ｌ ／ 图５ＯＰＰＯ手机充电 图３华为手机充电 在确认ｒ原装电源适配器的怏速危电特一 后再选 用 款具有怏充功能的其他 牌电源适 器（殳Ｉ】罔６所 示）对手机进行充电，以确认小同的快充电源适配器的 特性以及是甭能给不旧的手机进行快速充电 衷２所爪 为其他 ＾睥电源适 器充Ｉ 特性表． ．Ｉ ， 通过Ｉ ｌｎｆ的测试发现，不ＪＩｊ】的快充电源通 器给不 同的手机进行充Ｌｔ￣Ｉｔ，Ｊ－，有的电源适配器无法输 原装适 ， 器的高电门 或高电流，达不到手机产品需要的快允效 果，其中主要ｉ＇ｔ￣－一个 题就是快充电源适眦器和手机之 问的 议 州，无法进行仃效的快速充电： 对于常用的快充ｆ乜源适 器， 快充协议卡¨作Ｊ１Ｊ到 底足什么样的呢？在１ ７ＳＢ端【１ １内部仃四根接线，其巾一 根是ｆＪ．ｔ Ｌｘｔ线，一根足接地线，另外两根线就是Ｄ＋Ｄ一价 图４乐视手机充电 号线，Ｉ）＋Ｄ一信号线决定了不同的允电模式以及／ｆ 同输 川｛｝Ｕ』 （ ｆ１Ｉ冬Ｉ ７所，】 ） 图６其他品牌电源适配器 ７ 电子质量２０１７ Ｉ １期（总筇３６８坶¨ 表２其他品牌电源适配器充电特性 适配器 号 输｝“规格 华为 充电电压、电流 乐视 ８．９８Ｖｄｃ．１．４２Ａ ８．８５Ｖｄｃ．０．８２Ａ ＯＰＰＯ ５Ｉ２０Ｖｄｃ．１．１７Ａ ５．１３Ｖｄｃ．１．１５Ａ ＡＰＳ－ＱＰＯ１ ８Ｗ——Ｇ ５Ｖｄｃ／６Ｖｄｃ，３Ａ；９Ｖｄｃ，２Ａ；１ ２Ｖｄｃ，Ｉ．５ Ａ ９．２３Ｖｄｃ．１．９７Ａ ＨＡ５ｌ１ ５Ｖｄｃ，２Ａ；９Ｖｄｃ，２Ａ；ｌ２Ｖ，１．５Ａ ５．１９Ｖｒｌ（一．１．７ｌＡ Ｕ１２００ ５Ｖｄｃ或９Ｖｄｃ或１２Ｖｄｃ，２Ａ ５．２９Ｖｄｃ．１．９８Ａ ５．２４Ｖｄｃ．Ｉ．４４Ａ ５．２１Ｖｄｃ．１．１５Ａ Ｄ＋ Ｄ一 ＋ ４ ３ ２ １ 图７ＵＳＢ端口图 快速充电原理也就是根据手机端在ＵＳＢ端口信号 Ｄ＋上的电压持续时间超过了１．２５ｓ，就会自动断丌Ｄ＋ 断加载的电压来调整电源适配器自身的输出电压，以目 前各适配器厂商最常用的符合高通Ｑｃ２．ｏ规范的快速 充电电源适配器为例，当将充电器端通过ＵＳＢ数据线 和Ｄ一的短接，由于Ｄ＋和Ｄ一断开，所以Ｄ一信号卜的 电压开始下降；当手机端检测到Ｄ一 的电压开始后， 就设置Ｄ＋ Ｌ的电压调整为３．３Ｖ，Ｄ一上的电压调整为 给手机充电时，充电器ＵＳＢ端口的Ｄ＋和Ｄ一是短接的， 一０．６Ｖ，充电器再次检测到Ｄ＋和Ｄ一信号的后，就调整充 电器的输出电压到快充协议规定的９Ｖ。表３所示为不 同的快充协议对应的ＵＳＢ接口中Ｄ＋和Ｄ一的电压值。 开始会以默认的５Ｖ电压给手机充电，如果手机端使 个０．３２５Ｖ的电压并保持一段时问；充电器端检测到 用了相应的快速充电协议，手机内部就会在Ｄ＋』－加载 一表３充电协议电压逻辑表 快充协议４线对应电压值（直流） 协议类型 Ｖ— Ｄ＋ Ｄ— Ｖ＋ 对应协议输出电压（直流） ０Ｖ ０．６Ｖ ０Ｖ ５Ｖ ５Ｖ 高通Ｑｃ２．ｏ协议 ０Ｖ ０Ｖ ３．３Ｖ ０．６Ｖ ０．６Ｖ ０．６Ｖ ９Ｖ １２Ｖ ９Ｖ ｌ２Ｖ ０Ｖ ＯＶ 苹果快充协议 ２．４Ｖ ２．７Ｖ ２．４Ｖ ２Ｖ ４．８－５．２ｖ ４．８－５．２Ｖ ２．４Ａ电流充电模式 ２．ＩＡ电流充电模式 ０Ｖ ０Ｖ ２Ｖ ２Ｖ ２．７Ｖ ２Ｖ ４．８－５．２Ｖ ４．８－５．２Ｖ １Ａ电流充电模式 ０．５Ａ电流充电模式 安卓ＢＣ１．２协议 ｊ星快充协议 ０Ｖ ０Ｖ 短路Ｄ＋Ｄ一 １．２Ｖ 短路Ｄ＋Ｄ一 １．２Ｖ ４．８－５．２Ｖ ４．８－５．２Ｖ 安卓手机识别到最大电流输出 三星手机识别到最大电流输出 １８ 快速充电分析及对测试的影响 张建锋．等 根据这一原理，我们通过直流电源，将设置好的电 压加剑符合ＱＣ２．０协议要求的电源适配器ＵＳＢ端口 上，在Ｄ＋Ｄ一两端分别加 ３．３Ｖ和０．６Ｖ电压时，在电源 适配器的输出端却没有输 ９Ｖ的电压。虽然快充原理 是通过ＵＳＢ端Ｌ１ Ｄ＋与Ｄ一信号端的不同电压组合，向 配的电源适配器调整输Ｈ｛不同的输 电压。但是这种 不同电压的触发模式并不是依靠简单的Ｄ＋与Ｄ一的电 压值就能让电源适配器输 不同的电压，而是还有一些 协议和时序要求在里面，需要手机端要先发送一个电压 指令信号‘，电源适配器检测到这样的一个电压信号，才 能进行下一步的输出，否则，直接将Ｄ＋与Ｄ一设置成不 同的电Ｊ 直接施加在电源适ｌ眄已器 也是不会改变输 图８电源适配器５７输出 电压的，这主要是为了防止误触发电源适配器输【叶Ｊ高电 压，从而影响被充电设备或手机。 ３快速充电电源适配器对测试的影响 日前在进行检测认汪的时候遇到很多电源适配器 厂商推 了，各种满足快速充电要求的电源适配器。对于 提高电流来实现快速充电的电源适配器，在测试的时候 只需要选择合适的导线并通过调整电子负载的电流就 可以实现加载完成测试，这一类快速充电电源适配器对 测试的影响不是很大。但是对于采用提高电压来实现快 速充电的电源适配器就无法用常规的方法来对电源适 配器进行加载，此类电源适配器有这么一个特点，可以 在一个通用的ＵＳＢ接口上输出多个电压值，一般为 ５Ｖ，９Ｖ，ｌ２Ｖ等多ｆｔ，电压输｝十｛，其配套的手机产晶町以 通过【人Ｊ部的芯片和电源适配器内部的 芷＝片进行相互检 测，使电源适配器输 所需要的不同电压，但是在进行 检测认证的时候．只用以前常用的测试方法已经无法满 足产品发展及测试要求，因为在进行输出电压和电流测 图９电源适配器９７输出 试的时候，需要对标称的电压和电流都进．￣Ｔｆｊｉ１０试，但是 其默认的输 只有５Ｖ，普通的电子负载和模拟负载无 法和电源适配器内部的 芷：片进行相互检测，其他电压值 也就无法通过凋ｌ叶Ｊ，也无法在规定的９Ｖ或者１２Ｖ上进 行加载测试。 图１０电源适配器１２７输出 ４快充协议的发展 前面提到的诱骗器虽然成功地使电源适配器输 Ｈ 了９Ｖ，１２Ｖ的电压值，但是这个诱骗器也只是针对ＱＣ２． 不同的快速充电电源适配器采用的不同的充电方 案和协议，如何在测试过程中使得电源适配器能输出不 同的电压就要根据电源适配器的原理使用专门的电压 调节装置来让电源适配器误以为其输出端连接ｒ与之 ｐｃ．配的负载，从而自动调节输出电压，这种外部设备一 般称为输出诱骗器 根据快充协议的原理，诱骗器通过内部芯片控制， ０版本才有效，如果对于采用其他协议的快充电源适配 器则尤能为力，这样对于后续的测试又带来新的问题， 快速充电技术除了高通的Ｑｃ２．ｏ以外，还有Ｑｃ３．ｏ，华 为的ＦＣＰ快速充电．ＯＰＰＯ的ＶＯＯＣ等等，每一家都有 各自的技术和协议，遇到不同的快速充电电源适配器可 能就要使用不同的诱骗器，如果不同的厂商都使用不同 的充电协议，那么在测试的时候就要配备不同的电压诱 骗器，这对于测试也带来了新的问题和麻烦： 针对目前现有的不同快速充电协议问题，ＵＳＢ ＩＦ协会（ｕＳＢ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｒｓ Ｆｏｒｕｍ）发下转２４页 —— 产生不同的电压施加到ＵＳＢ端口的Ｄ＋Ｄ一信号端，从 而让电源适配器输出不同的电压（如图８、图９、图１０ 所示１ｌ 电子质量２０１７年第１１期（总第３６８期１ 表４隔离芯片ｌＮＮ２６０５故障试验 故障位置 管脚１一管脚３ 管脚８一管脚３ 故障条件 短路 短路 试验后结果 适配器停止工作，熔断器断开，无危险，无异常热。故障移除后，适配器无法正常工作 适配器停止工作，无危险，无异常热。故障移除后，适配器正常工作 管脚７ 开路 适配器停止工作，无危险，无异常热。故障移除后，适配器正常工作 产品安全性的元器件增加到实施规则的安全关键件清 单中，保证产品符合标准要求。 ３结语 本文以型号ＩＮＮ２６０５的隔离芯片为例，依据ＧＢ４９ ４３．１—２０１ ｌ标准对这种新型元器件涉及的重点章节进行 了分析，这种元器件使用于信息技术类产品中是满足标 准要求的，而且更可以满足热带气候条件下和海拔 ５０００米及以下地区的使用条件。同时建议，将这种影响 参考文献： ［１］ＧＢ４９４３．１—２０１ １．信息技术设备安全第ｌ部分：通用 要求［ｓ］． 布了ＵＳＢ ＰＤ ３．０的重要更新，旨在统一快速充电技术 规范的ＰＰＳ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ），ＵＳＢ ＰＤ ３．０作 ５结束语 目前各式各样的快速充电技术都 』一商Ｆ＝｛行研发， 为一个新的规范，集中了目前快速充电规范的各项协议 要求，重新整合成一套全新的快速充电方案，使得快速 充电电源适配器和手机的充电协议规范得以统一，所有 实现快速充电的条件也各不相同，手机、宽电器、数据线 一一对应，缺一不可。如果后续的ＵＳＢ ＰＤ ３．０快充技术 可以普及并统一的话，那么所有不同品牌的手机、不同 品牌的快速充电充电器与数据线都将实现通用。而在检 测认证过程中，对于不同厂商的电源适配器也不需要使 用不同的诱骗装置来调整输出，极大地简化了测试的步 骤和内容，避免了许多不必要的麻烦。 支持快速充电的手机都可以通过一个支持ＰＰＳ技术的 电源适配器实现快速充电。据了解ＵＳＢ １Ｆ协会已和我 国相关部门达成共识，其快速充电技术规范的ＰＰＳ要求 将和我同的 标相一致。同时，谷歌公司在最新的 Ａｎｄｒｏｉｄ ７．０ ＯＥＭ规范中强调：对于使用ＵＳＢ接口的手 机，快速充电协议必须支持ＵＳＢ ＰＤ技术。 ２４