浅谈QC协议与DP协议发展史

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最快普及的快冲协议,是手机芯片巨头高通推出的Quick Charge,简称QC协议。最初的高通QC1.0阶段将原来的5V1A提升到5V2A,充电功率从原来的的5W提升到10W,提升了一倍。 在QC2.0阶段,受限于MicroUSB接口最高支持2A的电流,高通在快冲方案上面选择了高电压,低电流的方式。QC2.0打破了以往常规的5V的标准输出电压,将电压提升到了最高可支持20V的水平。 不过手机厂商经过各方面考量,使用的多是9V,12V的高压方案,搭配上2A的电流,有了18W或者24W的充电功率。 这种方案的优点是只需要常规的充电线材搭配上高压的充电头就可以使用了,问题则是当12V的电到了手机之后需要在手机端进行降压,降至手机电池能够接受的4.2V,在手机端降压的过程中会产生大量的热量,这就是早期手机产品快速充电发热的主要原因。发热就意味着有能量损耗,这种充电转化率大概只有80%左右。

这时,国际上有一个叫做USB-IF的协会站了出来,这是一个非营利性质的组织,他们大力推广USB Power Delivery,也就是我们常说的PD协议。 目前主流的手机厂商均已经支持PD快冲协议,其中也包括苹果,并且向下兼容部分以往的充电协议。且PD协议使用Type-C作为唯一的指定接口,最高可以达到20V5A(PD3.0已经支持最高21V充电电压)也就是100W的充电功率,可以为笔记本电脑,游戏机等设备充电,一套充电器即可搞定。 USB-PD,英文全称为USB Power Delivery,是USB的标准化组织USB-IF推出的一个快速充电的标准。经过近7年时间的发展与更新,如今的USB PD快充协议已经由最初的1.0版本、2.0版本、3.0版本发展到了现在的PPS 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-PD 1.0 标准,描绘了 USB 3.0 和 USB 2.0 接口最高可达 100W 供电能力的美好想象,但是直到 USB-C 接口的出现,这一想象才开始成为现实。 2014年8月,USB-IF发布了具有革命性意义的TYPE-C 1.0接口标准和USB-PD 2.0 标准。与此同时,高通的 QC 2.0 版本也是在同年发布的。 USB PD让神奇的USB TYPE-C接口,不但具有传统的电能、数据传输能力,还具备了音视频传输能力。而且,不论是电能、数据、还是音视频传输速度,都比传统的传输线要更为出色。与 Micro-USB 相比,USB-C(USB Type-C)接口最大支持 20V 5A 的电力传输,天然更适合快充。但是由于此时 USB-C 接口并非智能手机主流接口,所以高通 QC 协议为首的第三方快充协议依然是市场主流。 2015年底,USB-IF推出了USB-PD 3.0标准。但是,由于市面上的快充标准各不相同,如高通 QC 4.0/3.0、联发科 PE3.0/2.0、华为 Super charge、摩托罗拉 Turbo charge、OPPO VOOC 闪充、一加 DASH闪充、魅族 mCharge 等等 。快充市场群雄割据的局面也没有明显改善。 2017年2月,USB-IF组织发布了USB-PD 3.0标准的重要更新,即在USB-PD 3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply),旨在为当今的快速充电解决方案提供统一的规范。目前其已经实现对高通QC 3.0/4.0、联发科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、华为SuperCharge等标准的收录,意味着可以完美支持这四种快充方案。USB组织甚至已经与中国工信部的泰尔实验室达成了共识,未来将与国标实现统一标准。

微信图片_20210713141157.png PPS能够解决什么问题? 1、PPS让USB接口的输出电压范围,从5V扩展到3.0V21V。 这是一个很重要的改动,因为快速充电存在着高压小电流和低压大电流两大派系。从3.0V21V的供电范围,让PPS可以满足各种技术流派的快速充电。 2、PPS可调整电压幅度为20mV,可以实现低压大电流直充。 20mV一档的电压调整幅度,让低压大电流直充方式成为可能,实际上关于这个技术的争议很大,因为有部分手机厂商希望直接在适配器上实现恒流直充控制,而不是放在手机端。但是USB-IF终究没有同意这一点。主要考量是,恒流机制可能导致某些情况下,输出电压的剧烈波动,不利于手机内部的Bypass路径管理,及手机内部基带模块的供电安全。 3、PPS有脉动机制,保证充电过程的安全性。 PPS一旦进入大电流模式,安全性变得非常重要,因此PPS协议规定,最少每10S,负载和适配器之间要保持一次脉动沟通,避免充电过程失控。