2023.07.02 14:30

手機百瓦快充時代來臨-看懂快充技術發展,快充協議規範與差異

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今年的世界行動通訊大會(MWC)期間,紅米發表了300W快充技術,五分鐘內就可以充飽4,100mAh電池的手機;無獨有偶地, realme 也在同時發表了搭載 240W快充的 realme GT Neo 5,十分鐘內就能將4,600mAh的手機電池充飽電。在各大廠商競相推出超快充技術時,我們來盤點一下目前市場上的快充技術有哪些?以及圍繞著快充的相關問題。

目前手機市場快充的發展現況

隨著手機的性能越來越強大,人們對手機的依賴度變高,各大手機品牌無不想方設法延長手機的使用時間,不論是加大電池電量或是提高充電速度,種種嘗試都讓手機快充技術在這五年間快速發展,其中發展得最快的以中國廠商莫屬。 

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卯足全力拼快充

回到2018年,當時華為尚未受到美國禁令影響,旗下手機各方面技術都快速成長中,當年發表的 iPhone XS 系列最高僅支援9V/2A 18W快充時,華為就率先在旗艦手機 Mate 20 Pro 上搭載了40W的 SuperCharge 有線快充以及15W的無線快充,換句話說無線充電的速度就幾乎追上當年 iPhone 有線充電的速度。

同時期也極力在發展快充技術的品牌還有 OPPO,喊出了「充電五分鐘,通話兩小時」的口號,與華為 Mate 20 Pro 同樣在2018年發表的 OPPO R17 Pro 就搭載了10V/5A的 SuperVOOC 閃充技術,大約30多分鐘就能充飽100%的電力,同期旗艦機在同樣充電時間下大多只能充50%左右電力,速度比別人快上一倍。 

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百瓦快充時代來臨 

隨著時序推進,在美國貿易禁令之下,華為手機發展卡關,接棒的則是小米開始快速發展快充,2018年推出的小米8和同期旗艦手機一樣僅支援18W充電,不過隔年發表的小米9就大幅推進到27W,接下來幾乎是以季為單位的推出充電速度更快的手機,到了2020年不過兩年的時間,就推出了支援120W有線秒充的小米10至尊紀念版,訂出自家的 HyperCharge 快充協議,正式宣告超過百瓦快充速度時代來臨。

快充競速時代,魔改版技術宣示

雖說超過百瓦的充電速度聽起來很快,畢竟手機體積這麼小、電池這麼小,有著媲美或是超越部分筆電的充電速度好像已經很夠用了,但廠商可不這麼想。

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realme光速閃充架構

從 OPPO 分家獨立的 realme 繼承了 SuperVOOC 閃充技術並持續發展,在MWC 2022上發表了光速閃充架構,可以支援100W至200W之間的充電功率,只要充電5分鐘就能為當時發表的旗艦機 realme GT Neo 3充電50%,在今年的MWC 2023上更是推出了支援240W快充的 realme GT Neo 5,以前要充電5分鐘才能通話兩小時,現在充電30秒就能提供兩小時的通話時間,9.5分鐘就能把電池電量完全充滿。 

為什麼可以充這麼快?

之所以可以達到這麼高的充電速度,realme 表示他們採用了全新的充電架構,手機內部有三路100W電荷泵並聯,電池採用可支援高電流的10C超薄極片電池,手機充電器則是採用230W雙GaN設計,可以輸出20V/12A的電流,並轉化成10V/24A的電流輸入手機,且 realme 表示充電轉換效率高達98.5%。

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除了手機內部和充電器的搭配,為了要能支援這麼大的電流通過,充電線也是特殊訂製的12A充電線,採用21AWG加粗銅導線製造,提高充電線的承載能力20%,簡單來說就是從手機內部設計、充電線到充電器全都要使用 realme 推出的配件才能達到240W的快充速度。

至於為什麼是240W而不是其他數字,主要是因為目前 USB Type-C 2.1最高就是支援240W充電,除非 USB IF 制定出更高規格的規範,不然採用 Type-C 2.1的裝置最高就是240W。

紅米的300W快充怎麼來的?

既然 USB Type-C 2.1的規範最高是240W,那為什麼紅米會公布300W快充的實測影片呢?原因是該影片展出的手機Redmi Note 12 Pro+為「魔改版」,就是非量產的實驗性手機,因此不受 USB IF 協會規範限制。

和 realme 一樣,紅米也是從內到外全部改裝示範手機,包含採用多個訂製的6:2電荷泵晶片並聯,比起傳統4:2電荷泵晶片可以改善大電流發熱的問題,且轉換效率高達98%,電池則是採用15C高倍率電池來滿足大電流需求,同時在電池內部加入新型硬碳材料,比起一般石墨結構可以提供鋰離子更大的反應空間,電池則是採用三明治堆疊方案,在雙電芯之間填入相變材料,提高散熱表現;充電器也是換成雙GaN充電器來提高充電效率並縮減體積,最終展示出在高達290W的峰值功率,並得到5分鐘內充飽4,100mAh電池的充電速度。

充電安全設計

快充速度這麼快,相對的許多人就會擔心安全問題,對此,不論是 realme 或是紅米都在快充系統中放入多項安全防護機制,以 realme 為例,高功率充電要解決的首要問題就是溫度控制,因此 realme 特別加大了手機內的液冷系統,提高電池的覆蓋面積來強化散熱效率,安全性方面多數廠商都會加入防火設計、溫度感測器等,透過多層保護機制來降低意外發生的機率,當然,自己說不準,現在也有第三方實驗室會進行安全認證,例如德國萊茵TÜV實驗室就有安全快充認證。

至於長時間使用快充會不會導致電池壽命變短呢?由於手機電池內都有設計充電晶片,可以避免電池過充或過放的問題,即使是快充,就目前機制看起來對電池的影響也不算太大,若是真的擔心的話,手機內也通常會提供設定讓使用者在充電滿一定百分比之後就放緩充電速度來保護電池。

蘋果、三星、Google的快充政策

相較於中國廠商幾乎全力發展自家的快充協議,中國以外的手機品牌對於快充採取的態度就相對保守許多,就以蘋果為例,即便是最新的 iPhone 14 Pro Max 最高僅支援27W PD快充,這是小米四年前的快充速度,三星甫發表的 Galaxy S23 Ultra最高支援45W快充,相比競品來說同樣稱不上快,Google 的 Pixel 7 Pro 最高只支援23W充電,充飽一台 Pixel 7 Pro 大概需要100分鐘,就現在的標準來看其實稱不上快充。

為什麼不發展快充?

許多人最好奇的是,為什麼相較於中國品牌手機,其他國家的手機似乎不太注重快充呢?有些人推測是因為快充的需求量沒這麼大,大部分人在住家和工作地點之間往返,兩處都有插座可以充電,開車也可以使用車充,出門也可以攜帶行動電源,快充好像不是那麼必要,也有人覺得快充限制很多,必須要用指定的充電器和充電線,對電池壽命又有影響,其實沒比較方便。

對於這個問題,上述品牌其實比較想改善充電協議各自為政的狀態,特別是 Google,想統一充電標準,讓 Android 手機只要都是使用快充充電器和充電線就能享有快充。

而對於快充的看法,Google 曾在自家論壇中表示,在設計 Pixel 電池時必須在電池壽命、電池續航力以及快充之間權衡,魚與熊掌不能兼得,若是選擇高能量密度的設計,必定得捨棄掉快速充電的能力,這樣才不會讓電池老化速度過快,Google 認為電池壽命對於使用者來說是比較重要的一點,但也考量到使用者在手機快沒電時會有快充需求,因此仍然設計了只要充電30分鐘就能將電池從0%充到50%,並且大約在一小時內就可以充到80%,80%之後則以涓流充電的方式來保護電池,延長電池壽命。

三星自家快充協議

三星雖然沒有像中國品牌一樣拼百瓦以上的快充,不過三星其實也有自己的快充協議:AFC 和 SFC,AFC 是基於 QC2.0開發的快速充電,SFC 則是基於 PD 3.0 PPS 開發的快充協議-6QC和 PD 又是什麼呢?接下來我們繼續說明。

各品牌自有快充協議

品牌

快充協議名稱

Huawei

FastCharge Protocol(FCP)

SuperCharge Protocal(SCP)

OPPO

VOOC

SuperVOOC

realme

DART

SUPERDART

Samsung

Adaptive Fast Charge(AFC)

Super Fast Charging(SFC)

vivo

FlashCharge

SuperFlashCharge

Xiaomi

HyperCharge

認識更多快充規格:QC、PD

除了前述各家自己設計的快充規格之外,有沒有各個裝置之間共通的快充協議呢?當然有囉!像是高通的 Quick Charge(QC)、USB-IF協會制定的 Power Delivery(PD)就是多款手機共通的快充規格。

高通快充技術:QC

身為 Android 手機的主要處理器供應商之一,高通的QC快充通用於採用高通處理器的手機上,目前最新的版本為QC5,支援100W快充,只要五分鐘就能將裝置電量從0%充到50%,且相容於舊的QC4+、QC4、QC3等充電協議,更和 USB PD3.0規格相容。雖說QC5支援到最高100W充電,但不代表採用此充電協議的手機就能提供100W快充,比方說像是 ROG Phone 6雖然支援QC5充電協議,不過只支援65W快充,還是要看手機本身的充電設計而定。

PD快充協議

除了高通的 QC 之外,另一個常見的快充協議則是由 USB-IF 協會制定的PD快充,目前發展到PD3.1版本,PD3.0支援最高100W功率,PD3.1支援最高240W功率,這也就是為什麼目前商用快充技術無法高於240W,因為現階段支援的最高功率就是240W。

在發表PD3.0快充協議時,USB-IF協會同時推出了附屬PD快充協議的PPS充電標準,PPS名為可編程電源(Programmable Power Supply),簡單來說就是可以依照充電設備的需求動態調整輸出的電流和電壓,進而降低充電轉換損耗率,提高充電效率,並減少充電時設備發熱的情況,因此有些充電設備會特別標示 USB-PD 3.0(PPS),即代表支援此協議。

5個關於快充的常見疑問

對當前手機市場的快充技術有所認識後,在實際使用快充時,不免還是有些一知半解,畢竟各家技術不同,快充協議也有別,以下也整理幾個市場常見的欵問,讓大家在使用手機快充時,可以更有效率,也更加的放心。

Q1:為什麼我的手機有快充,但充電速度還是不快?

在看完了前面的快充技術介紹之後,相信很多人對這個問題應該都有答案了,由於快充需要手機、充電線、充電器三方相互配合,才能達到手機設定的最高充電速度,因此若是其中一環不符合相關的快充協議,就可能無法發揮快充充電速度,舉例來說,若要使用 realme 的240W快充就一定要使用原廠的充電器和充電線才可以,若是使用其他充電器,除非支援 realme 的充電協議,不然就會改以 PD 或是 QC 等其他充電協議的充電規格來充,自然速度就沒有那麼快了。若是一定要發揮手機的最高充電實力,最簡單的方法就是整套充電裝置都使用原廠配件,這樣就不用擔心充電協議不相容的情況出現了。

Q2:手機快充充電器可以用在筆電上嗎?

由於近年推出的筆電大多都設有 Type-C 充電埠,因此就有人好奇,手機的快充充電器可以用在筆電上嗎?答案是可以,不過充電效率要依照快充協議而定。手機充電器通常會支援自家的充電協議以及 PD充電協議,若是筆電也支援 PD充電協議的話,就可以透過 PD充電協議來充電,大多數新推出的輕薄筆電對於充電功率需求比較不高,通常可以直接用手機的快充充電器充電,不過如果是電競筆電的話,由於對於充電器功率要求就高,因此用手機充電器充電可能會出現充電速度緩慢或是充不進去的狀況出現,基本上要看充電器能否通用,還是要看各自裝置支援的快充協議而定。 

Q3:無線充電也能快充嗎?

前面提到的快充技術指的都是有線充電,那麼無線充電的的快充目前發展狀況如何呢?無線充電採用電磁感應的原理為裝置充電,不過因為電力轉換的過程會發熱、傳遞電力時會有耗損,所以無線充電的效率遠不及有線充電,目前無線充電大多採用Qi無線充電標準,無線充電瓦數大多落在10W至20W間,少數會有高於20W的無線快充裝置,小米則有推出自家旗艦機可用的50W無線充電,不過目前仍不普及。

Q4:為什麼220V快充在台灣使用充電效率會打折扣?

目前不論是300W快充或是240W快充都是在220V的環境下測試的,但台灣的主要電壓是110V,若是在台灣使用的話,因為變壓器轉換的緣故,除非特別設計,不然很難達到如此高的充電瓦數。就以 realme 的240W充電器上的充電組合來看,在220V的環境下,輸出最高可以達到20V/12A 240W,但在110V的環境下最高輸出僅為20V/8A 160W,沒有更高的輸出功率提供,因此自然充電效率會打折扣。

Q5:快充到底會不會傷害電池?

目前的快充技術幾乎都設計有完整的安全方案,不論是溫度、電壓、電流超過安全範圍之後,就會自動降低輸入電流來保護電池,在手機設定中通常也挑調整充電方式來達到保護電池的效果,此外,每回新快充技術發表時,也通常會提到充電多少次不影響電池壽命,因此雖然不能說快充完全不會影響電池壽命,但影響程度不嚴重,比起快充傷害電池,溫度和充放電次才是影響電池壽命的主因,例如邊充電邊玩手機導致手機溫度升高、或是手機長期在高溫環境下使用都會影響電池壽命。

Q6:為什麼拿A品牌的充電器充B品牌手機無法充電?

因為環保的緣故,近期不少新手機出貨時,隨包裝不會附上充電器,因此許多人會拿其他舊裝置附的充電器來充電,不過有時候充電器或充電線接上去卻沒辦法充電,為什麼會有這種情況出現呢?最主要是因為充電協議不同的緣故,比方說若是拿舊的 OPPO VOOC 充電器來充 iPhone 或 iPad 就可能會充不進去,因為舊的 VOOC 充電器不支援 PD充電協議,但 iPhone 僅支援 PD充電協議,因此兩種裝置充電協議無法相互溝通,就會出現無法充電的狀況。

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