爱否科技发过一篇文章《关于手机充电,都在这里了》,比较全面的介绍了手机快充的发展历史,摘要如下:
高通在 2013 年推出了 QC1.0 ,采用了 5V 2A 的充电标准。但传统的 Micro USB 接口受物理限制,最大能承受 2A 的电流,于是在 2014 年,高通推出了 QC2.0 ,支持最高 18W(9V 2A)的快充。但是高压快充会造成手机发热,损耗较大。
于是 OPPO 从充电头到充电线进行了全方位专门定制,采用了 22.5W( 5V 4.5A )的充电规格,直接冲给电池,被叫做低压直冲,不仅更高效,还能降低发热。不过兼容性上很差。
2015 年QC3.0 发布,采用最佳电压智能协商算法,允许电压以 0.2V (200mV) 为一档自适应调节,有效缓解了快充时的发热问题。2016 年高通公布了 QC4+,支持电压更加精细的调整(20mv),且兼容PD协议。
自此,快充的两大阵营依然分好,像是联发科的 PEP、三星的 AFC、华为的 FCP、高通的 QC 都是属于高压快充,而OPPO 的VOOC、一加的 DASH、华为的 SCP、荣耀的 MagicPower 都属于低压直冲的阵营。
QC 是高通制定的标准,而大部分安卓机使用的都是高通的处理器,QC 方案就会随着芯片打包出售,是一个比较通用的做法,为了方便,安卓手机大部分都会选择 QC。
其实很早之前 USB-IF 组织就推出过 PD 协议,希望能够一统充电江湖,但是各大厂商为了自身利益,不愿放弃自己的独特体验,迟迟没有跟进。2017年USB-IF 公布了最新的USB PD3.0 技术,加入 PPS (Programmable Power Supply) 解决了困扰我们已久的与其他快充技术的通用性问题:USB PD 3.0可全面兼容 QC4.0/3.0/2.0、MTK PE2.0/3.0、 FCP、VOOC 等快充协议 。
快充协议资料整理如下,数据来源网络,不一定严谨,仅供参考。

3. 地表最强快充

目前充电速度最快的是魅族科技在 MWC 2017 上展示的 Super mCharge 技术:55W(11V 5A)超快快充,官方宣称 20 分钟即可充满一部手机,不过到目前为止还没能成功实现商用。还没发售的华为Mate X 也支持 55W 超级快充。商用充电速度最快的 OPPO Find X 兰博基尼版,充电功率可达到 50W,官方称仅仅只需要 35 分钟就能把手机充满。
就在几天前的 MWC 2019 上,vivo 展示了其最新的 120W (20V 6A)的超级闪充技术,5 分钟充到 50%,13 分钟完全充满 4000mAh
。其实小米高管三个月前也曾在微博上宣称工程师实现了 100W 快充,不过一直没后续。真是厂商代有人才出,快充宝座轮流坐啊。希望快充技术不只是 PPT,还是谁先量产谁牛逼。照这个趋势发展下去,支持电磁炉 2200W 无线充电指日可待啊!

二、PD 快充协议前世今生

1. PD 协议简介

PD 是Power Delivery 的缩写,是USB-IF(USB Implementers Forum,非盈利 USB 标准制订组织)指定的一种快充协议,是想要实现充电的大一统。PD 协议不仅仅是用于手机的,小到蓝牙耳机、大到笔记本电脑,充电功率从 10W 到100W 都能覆盖。
在高通QC2.0 版本发布的 2014 年,USB-IF 同时发布了 PD2.0 协议以及其载体——USB Type-C 1.0 接口标准。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。甚至在 2017 年2月USB-IF 发布基于 PD2.0 协议优化的 PD3.0 协议时,各种第三方快充协议占地称王的局面也没有明显改善。
直到 2017 年5月USB-IF 推出 USB PD3.0 协议的 PPS(Programmable Power Supply,可编程电源供应)规范,才标志了快充标准的最终统一。USB PD3.0 协议规范了电压输出范围:3.0V~21V,步进调幅电压为20mV,吸取了目前快充的精华,通过 PPS 技术兼容其他厂商的快充协议,重新整合成一套「大而全」的快充方案。目前,USB PPS 已和我国工信部泰尔实验室达成共识。同时,谷歌在最新的 Android 7.0 OEM 规范中强调:使用USB-C 接口的手机,快充技术必须支持 USB PD。
PPS 规范中影响最大的一点是,USB-IF 利用自己规则制定者的身份,强行定义了 USB 接口不允许以 USB PD 以外的协议实现电压调整,但是同时 USB-IF 允许第三方快充协议通过兼容 USB PD 的方式继续存在。这一杀手锏意味着的 USB-IF 只给了第三方快充协议两个选择:死亡,或者被收编。
但是 USB-IF 并未堵死所有第三方快充协议的活路,只要承认 USB PD 的「法定货币」地位、接受被收编,第三方快充协议依然可以在自己的小王国里仿照苹果MFi 向配件厂商(或者说用户?)收取授权费。

2. PD2.0 和PD3.0 区别

PD3.0 相对于 PD2.0 的变化主要是三方面:
增加了对设备内置电池特性更为详细的描述。
增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能。
增加了数字证书及数字签名功能。
第一点改动,能够让连接双方,更清楚对方的电源状况,从而协调好双方的供电策略,让Power 变得更加SMART。第二点软件升级功能,则可以让设备的兼容性变得更加优秀。第三点数字证书功能,可以避免不合格的 Type-C 接口设备,因为品质问题而伤害正常的设备。
最后从协议上来说 PD2.0 是PD3.0 的子集,也就是说,PD3.0 是天然兼容 PD2.0 的。其次,从硬件层面来说PD3.0 与PD2.0 的链路层和物理层完全兼容,产品升级的时候,无需进行硬件改动,只需要进行在线软件升级。

3. 并不是 Type-C 都支持 PD 快充

市场上 Type-C 的产品种类很多,但真正全功能的很少。因为如果你把这个 Type C 所有的功能都集成进去的话,这个口的整个的成本会变得非常贵。实际上很多情况下,设备只是具备了 Type C 的某一部分功能:
只有Type-C,即支持正反插,普通数据传输;
支持Type-C,支持PD协议,可快速充电;
支持Type-C,支持PD协议,支持高速信号,支持超快充电;
全功能,支持Type-C,支持 PD 协议,支持高速信号,支持超快充电,支持 HDMI、DisplayPort 等其他协议。

4. PD 快充握手流程

PD 充电器再与手机通信时,设备连接后充电器输出必须是 5V 电压,然后接收输入端从通讯线(CC1、CC2)中传来的询问和匹配要求。输入端在接入连接时,询问输出端能提供多少个电源种类(PDO,有5V 3A / 9V 3A / 12V 3A / 15V 3A / 20V 2.5A 五种电压模式),然后计算最合适的电源要求(RDO,也可以说 PDO),希望多高电压,希望多大电流。双方握手成功后充电头开始以合适的最大功率给设备充电。这也是为什么 iPhone 用PD 充电头充电时会响两下的原因,第一声代表接入充电头开始 5V 充电,然后计算协议,握手成功后再响一声开始以 9V 充电。
由紫米10号移动电源的测试可以看出,在给 iPhone X 充电(电量 80%)时,申请的是第一档(RDO:01)的5V 电压,通信详情界面也可以看到具体的每次握手过程。

5. iPhone 快充过程

iPhone 6 plus、iPhone 7 plus 是支持 5V 2.1A 10W 充电功率的,iPhone 8 及以上的机型支持 5V 2.4A 的Apple 快充标准和 PD 快充协议。
iPhone-5V 充电过程
常见的 5V 充电器都使用 USB-A 型插口,插孔内有 4 片接触弹片,最两侧的是负责供电的 V+V-,而中间两片则是用来传输数据的 D+D-。手机插上充电器的一瞬间,手机与数据线会检测 D+D- 是否具有苹果识别协议,如果无识别协议的话,手机会运行在 5V 0.9A 的充电状态上,只有检测到苹果协议(Apple 2.1A / Apple 2.4A),手机才会按照 5V 2.1A 或者 5V 2.4A 全速充电。
iPhone-PD 充电过程
PD 快速充电依赖于另一种接口 USB-C,USB-A 是通过 D+D- 来进行协议识别的,但USB PD 却要使用 USB-C to USB-C(C-C) 或者USB-C to Lightning( C-L) 线来通讯,也就是说一定要 USB-C 的充电器才有可能具备 PD 快速充电功能。
根据充电头的测试报告,上图记录了 iPhone X 0%~100% 充电全程电流电压数据,iPhone PD 充电策略一共分为5个阶段。
第①阶段:iPhone X 电量为 0% 处于关机状态,这时插入 PD 充电器 iPhone 会检测是否支持 Apple 5V 2.4A 协议,是的话会以 5V 2.4A 进行充电。但绝大部分 PD 充电器并不具有 Apple 2.4A 充电协议,也就是说这些副厂充电器在关机的时候只会以 5V 0.9A 的方式进行充电,直至开机,当然这一段时间并不会很长只有几分钟。
第②阶段:充电自动开机后 iPhone 开始通讯并与 PD 握手,向充电器申请 PDO2(第二个电压档 9V),然后全速大功率进行充电,峰值功率达到 19W 平均功率 14W,直至电量达到 50%,时间长度大概30分钟左右。
第③阶段:随着 iPhone 电池电压升高饱和度提升,为了寿命考虑这时候开始持续降低输入,从14W 功率缓慢降低到 8W 左右,此阶段电量百分比从 50%~75%。
第④阶段:进入第④阶段变为功率恒定阶段,功率维持在 5W 左右,从曲线可以看到在这个阶段内从 PDO2 9V 回落到 PDO1 5V,虽然电压变了但两种电压都把功率恒定在 5W 左右,对应电量百分比为 75%~88%。
第⑤阶段:充电进入尾声,继续维持 PDO1 5V 转为传统恒压(CV)方式充电,电流逐步减少直至充满。
两种充电方式对比
在0-100% 充满时间方面,使用 Apple 5V 2.4A 充电器与 PD 快速充电器充满时间上并无本质上的区别
,Apple 2.4A 充电器需时 2小时30分,而PD 充电器则是 2小时20分,10分钟差距可以忽略不计。不过 PD 快充在这 30分钟时间内可以为手机从 10% 电量回复到 60% 电量(半小时充满 50%),而5V 2.4A 在30分钟时间内只能从 10%恢复到 45%(半小时充满 35%)。
因为支持 PD 的充电头比支持 Apple 2.4A 协议的充电头多的多,性价比也高。紧凑的现实生活方式让手机设备充电变的更加碎片化,PD 快充对 iPhone来说还是一个挺实用的功能。对于 iPhone 8 及以下的机型由于电池容量小,两种充电方式效率一样,就没必要投资 PD 充电器了。

三、参评快充头与测试设备基本参数

上面的快充基础知识介绍完了,下面进入 9 款充电器是实测评比环节。

1. 快充充电器

这次参与对比评测的充电器有纯 USB-A 接口的 iPad 原装 10W 充电头、紫米 18W 旅行充电头、小米无线快充套装中的 27W 充电头。纯Type-C 接口的绿联 18W PD充电头、小米笔记本Air 原装 60W 充电头、华为Matebook 原装 65W 充电头。USB-A 和Type-C 混合的小米1A1C 30W 充电头、倍思1A1C 30W 充电头、爱否F1 2A2C 75W充电头。基本上将市面上各种不同类型的主流充电头型号都覆盖到了。
基本参数列表如下

2. 测试设备

测试用的 USB 电表是 YZXstudio ZY1280P,基本支持检测所有的快充协议,还有一块只能测量电压和电流的炬为 USB 电表,辅助测试。
手机选取了 iOS 阵营的 iPhone X,支持 PD 2.0 协议,最高支持 18W 快充。安卓通用快充协议阵营的小米9,支持 PD3.0 和QC4+,最高 20V 13.5A ,27W 快充。华为和 OV 等各家都有自主协议的快充标准,不具有代表性,各大旗舰机支持的充电协议如下。

四、充电头快充协议与充电功率测试

用ZY1280P 实测了下各个充电头支持的快充协议,倍思1A1C 支持的协议是最多的,除了 vivo 的独家协议外基本主流协议都支持了,其他的充电头各有优缺点,比如小米1A1C 不支持华为的 FCP / SCP 协议,华为不支持 QC4。绿联、爱否等 FCP / QC4 都不支持。这里小米笔记本Air 原装 60W 充电头就要出来挨打了,电表就检测出来个 PD2.0 10W 的协议,也不知道小米为了节约成本在这个充电头里搞的什么鬼,也难怪 Type-C 的线连在充电头上不可拆卸。
下面针对 iPhone X /小米9 /小米笔记本Air 等设备分别测试各个充电头的快充峰值功率。所有手机所宣传的快充都是指低电量(一般小于50%)情况下充电快,到充电尾声阶段都会转化为涓流充电将电池充满并保护电池。
0-100% 完整充电周期测试耗时较长,这里仅测试设备电量低于 30% 时充电头的快充峰值功率。测试结果也仅供参考,峰值功率高不代表完成整个充电周期就快。

1. iPhone X 的充电峰值功率测试

可以看出,iPhone X 本身支持 Apple 5V 2.4A 和PD3.0 快充协议,用USB-A 口给 iPhone 充电的话可以去到 10W 左右的功率,用支持 PD 协议的 Type-C 口充电最大能到 15W 左右,离理论最大功率18W还差一点点,不过比 iPhone 原装充电头万年 5V 1A 的速度不知道快到哪里去了。

2.小米9 的充电峰值功率测试如下

小米9 在使用 USB-A 口充电时,只有用自家原装的 27W 充电头能达到 23W 的功率,其他的 USB-A 口充电器只能到 16W 左右,查了下资料小米9 手机支持 27W Charge Turbo 极速快充其中关键的技术在于内置了独立的电荷泵,用了高通新的充电 IC SMB1390。这颗 IC 与最新的骁龙 855 处理配套组合,让搭配骁龙 855 的旗舰手机超级快充。
小米9 功率测试表格中的 C 口测试数据都是后来补测的,因为原先测试 C 口充电时,不知道 C 口也是分正反面的(下文有具体说明),导致电表没示数,以为测不了呢。后来搞清楚原因后又借来小米 9 补测下 C 口充电功率,不过测试下来所有的 C 口输出只有不到 10W 的水平,可能是补测时手机是75%的电量,用不着快充。奇葩的华为65W 充电头,测了几遍都只有 2.5W 的功率,相同情况下跟其他充电头有明显差别,看来这些个笔记本厂商,做充电头都不老实啊!
小米9 本身是支持 PD 和QC4+ 快充协议的,所以用支持 PD 协议的 Type-C 口充电的话理论上是能达到 18W 的。

3.小米笔记本Air 充电测试

此外还测试了下各个 Type-C 充电头给小米笔记本充电,只有华为和爱否能充电,充电功率跟笔记本的使用情况有关。如果你是小米笔记本的话就得选购一个大于 60W Type-C 大功率充电头了。不过小米1A1C 的产品介绍里面说支持 MacBook、XPS、MateBook 等笔记本。

4.小结

写明支持 PD 协议的充电头基本都没有虚标,给iPhone X 充电都能达到 9V 1.5A 14W 左右的水平,购买哪个品牌都可以。
网上看到过一篇绿联的另外一款 30W 的PD 充电头评测,里面用的跟我相同的电流表给 iPhone 和小米2S 充电时都能达到 17.4W 的水平,基本接近理论值18W了,而且被测 iPhone 的电量是 60% ,不知道是否是真的
,这个充电头京东售价 49,将来有机会买个回来测一测。
网上评测截图,测试手机:iPhone Xs 剩余电量60%,温度为23.6°C。测试充电头:绿联30W PD充电头
网上评测截图,测试手机:iPhone Xs 剩余电量60%,温度为23.6°C。测试充电头:绿联30W PD充电头

五、1A1C 类充电器充电口同时插线测试

对于 1A1C 类双口充电头,大家平时都习惯平时把两根数据线都插上去,这样充电时想用哪根插哪根,省事。不过其中一个口插线是否会影响另外一个口的快充呢,于是有了接下来的测试。
这个测试表明小米 / 倍思这种 1A1C 类充电头无法双口同时快充。爱否 F1 的A口和 C 口是相互独立的,互不干扰,毕竟体积和价格摆在那了。
至于两个口同时插线,安卓数据线没事,但苹果的 MFI 数据线因为里面有芯片,不管你后面插不插手机充电,都会被当成负载。小米 1A1C 就会因为这个原因导致一个口插苹果数据线后另外一个口无法快充。必须拔掉那根 MFI 线,否则另外一个口永远只有 5V 2.4A。
倍思就好多了,就算某个口插着 MFI 线,另外一个口会自动恢复快充协议,无需用户干预,这样随便拿起来一根线都是快充。

六、移动电源之真假快充

在小米进军移动电源之前,市面上的移动电源造型各异,虚标严重,直到小米一代 10000 毫安时移动电源面世,这款充电宝成为了全球最畅销的移动电源单品,也引领了接下来几年移动电源的外观设计和产品定价。除了上面的micro-usb 接口,整体现在看上去依旧没有过时。我之前用过的杂牌移动电源早已难觅踪影,4 年前买的这款小米一代还在。
测试了一下,这款上古的移动电源支持 BC1.2 协议,这个协议也是太老了,之前都没有提到过。BC1.2 标准是 2010 年为了弥补 USB2.0 协议只支持 500ma 的电流而制定的,它将充电电流扩展到 5V 1.5A,后来高通的 QC 技术也是基于此标准。现在用这款移动电源给 iPhone X 充电确实达到了 7.5W 的水平,比原配 5W 快一丢丢。
16 年手机换成了三星 S7,支持 QC2.0,也就是 9V 2A 18W 的充电速度,用小米一代给手机边充边玩就显得有点吃力了,于是换成了 10000mAh 的魅族 M10 移动电源,支持 9V 2A ,最大 18W 的充电功率,测了下支持 QC2.0 协议,实测 9W 的功率比小米一代快上了 20%。
最近乘着 PD 快充大降价,便计划着淘汰 USB-A 和micro-usb,给iPhone X 全面升级为 PD 快充。在同样是20000mAh 的189 块小米移动电源3 高配版和 249 块紫米10号移动电源中选择了后者。
紫米10号支持的协议非常全,给绝大多数手机快充不在话下,实测给 iPhone X 充电达到了14.5W,C 口同时支持 40W 的输出也能给我的小米笔记本Air 充电。同时还支持 USB-HUB 功能,拓展两个接口,可谓是 Mac 党的福音。
但是紫米10号的唯一缺点是太重了,406g 的重量是 iPhone 的两倍,日常出门同时在兜里揣 3 个iPhone 还是有点吃力的。
这就需要一款便携小巧的PD移动电源了,便购入了「倍思 PD快充 充电宝10000毫安 超薄便携小巧迷你移动电源」,重量只有 172g,信用卡大小,比小米一代还轻。
三个口都可以正反盲插,还支持 lighting 输入,这就意味着出门紧急情况下它只需要带一根 C-L 的线就能给自己充电了,不像紫米10号还需要一根 C-C 的线。
参数里标明「支持 PD 双向快充」,最大 15W 输出,看着是不是很棒,完美符合要求?没想到翻车了。
这款移动电源给 iPhone X 充电只有 7.3W,也就是小米一代的水平。
此外,还测试了下倍思小方移动电源的容量看看有没有虚标,实测容量为 34.6 Wh,为标称容量 38Wh 的91%。倍思这款移动电源额放电曲线电压电流都比较平稳。而充电过程中电流纹波较大,而紫米10号则相反,电流很稳定,电压波动较大。
测试没有支持任何快充协议,输入输出都不支持 PD 快充。针对此事我跟倍思的客服扯了一周,他们所谓的「PD 双向快充」是指满足 PD 协议的第一档 5V 3A 标准,可以给支持 PD 协议的设备进行快充,至于输入,也是支持 PD 充电器的。翻译下就是虽然我本身不支持以 PD 协议对设备充电,但是只要你的手机支持 PD 协议,那我们的移动电源能给你手机充电,那就是「支持 PD」。现在 PD 快充一统江湖,基本所有手机都支持了,按倍思的说法,只要是个移动电源,能给手机充电,都能叫做「支持 PD」。
跟产品负责人沟通时我表明了诉求:请倍思下架相关产品并公开道歉。