充电器是如何给手机充电的?

10块钱的充电器和30块的充电器有什么区别?

手机充满了不拔会损害手机吗?

快充是什么?

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12个答案
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fu-80DIYER,摄影师,电容技术顾问

2016-05-22 10:02

谢邀。这是个比较大的东西,我慢慢编辑······

问题1:充电器是如何给手机充电的?

现代手机基本都是内置电池管理芯片,负责电池的充电、保护、测量等工作。那对于充电电源来讲,要求就会比较低,一般我们手机原配的充电器,就是一个紧凑型的小型开关电源。

这是一个典型的开关电源电路,用来吧220V的市电高效率的变换成我们需要的低电压。输出电压一般为5-5.5V之间,输出电流为0.5A-3A不等。当然支持最新的快充规范的会有更多输出电压档,这个我们后面讲。

然而手机里面的可充锂聚合物电池的标称电压是3.7V,放电范围一般是3.2-4.2V,外置电源不能直接的接入电池进行充电,这会导致电池电流过大,而且超电压,从而损坏锂电池。

就算电压降低到合适电池的电压,锂电池也不能用这种恒压充电方式,毕竟锂电池比较娇贵,为了控制发热,延长寿命,增加安全性,现在大多数种类的电池都采用更安全的恒流充电方式。

采用恒流充电方式可以很好的控制热量,电池会更安全也更可靠。

这部分的功能是手机内置的电池管理芯片来完成的,因为电压电流的转换不可能完美,尤其是在大电流充电的手机上,会明显的感觉到手机会发热,这是必然的。因为毕竟有损耗,损耗就算有热量产生。转换效率只能无限的接近100%而不可能达到。

说到不同品牌的手机,还有个东西不得不说,这就是识别电路。

这部分的东西,是直接连接在充电器的USB输出接口附近的,用于手机识别充电器是否符合要求。

这是苹果手机的典型识别电路,用的是电阻方式,通过检测D+ D-脚上面的电压值来决定设备处于何种充电电流下,决定设备能不能充电。

如果没有这个电路,设备只会工作在最低限度下。三星等一票安卓手机也是类似,只是方案更简单粗暴一些,D+ D-直接相连就可以了。两种方案其实两边都能兼容,但是混插的结果,就是只能小电流充电,按照以前的实际测试经验看,大概也就100-200mA之间的样子,不能大电流充电。


题外话,相同充电电流下,感觉发热高的手机实际上可能散热设计更好一些,因为在差不多发热的情况下,导热快才能保证核心温度更低。所以不用太纠结充电发热了,散热设计合理的情况下,发热大充的快,发热小充的慢,基本是普适的。


问题2:10块钱的充电器和30块的充电器有什么区别?

这就是区别,图随意找的。

正品充电器的电路设计更安全可靠,用料也讲究,对使用安全的要求甚至超过了对性能的需求。而劣质充电器只是完成了电路的搭建,仅仅能使用,其余保护一概没有······

其实上面的图右边应该改成低劣,不能侮辱了高仿这个词·····业内的高仿可是一点都不比原装差的。

当然我不是为高价原装货洗地,我这里只认可正规大厂做的经过安规认证的充电器,因为高价原装货也是那些OEM厂家做的,最多用料档次略低一些以适应成本压力,但安全方面还是可以信赖的,用料档次和使用安全不能简单的画等号,毕竟还要看合理的设计和制造工艺这些东西。

问题3:手机充满了不拔会损害手机吗?

现代手机的电源管理很是完善,手机充满了以后,充电器处于轻载工作情况,输出电流很小,因为电池基本充满了,能流经的电流非常小。这时候往往是芯片自动停止充电,电池转成放电模式。同时也使用外置的充电器,共同工作。

理论上而言,充满不拔对手机不会有损害,因为有很多保护机制在控制这个过程。但考虑到连接了充电器以后,系统变复杂,出问题的概率确实也会变高,所以充满了拔还是不拔,全由你自己决定。考虑到安全,无人看管的场合,还是拔掉比较好。

问题4:快充是什么?

快充就是快速充电啦·······笑

最开始,手机充电器的电池都很小,本身耗电也不大,很多手机一周甚至一月一充电,所以充电器的电流也可以做的比较小,从300mA-700mA之间比较常见。

后来进入了智能机时代,虽然手机的使用感更好了,但是耗电也大啊,电池也就越用越大了,那么,问题来了,还是沿用以前的手机充电器的话,充电速度会非常慢,这时候,手机充电器的输出电流也就越做越大了。这一阶段,输出1A-2A之间比较常见。我们现在使用的大部分手机的充电器都是属于这一规格。

但是啊,人类的原罪之一是贪婪啊······

还记得当年的 充电5分钟通话两小时 么?

因为电池很难做到更高的功率密度,为了解决用电难题,现在最常见的有三种快充方案,其余还有更多的方案比较小众就不讨论了。

一般能看到最多的,是高通快充2.0(Quick Charge 2.0)(3.0也有了)、OPPO VOOC、联发科PEP 2.0这三种快速充电方案。

QC方案和PEP方案类似,是通过提升充电器的输出电压等级来进行快速充电,这个方案对USB口没有任何改变,可以直接使用,通过手机和充电器之间的通信,来决定充电器的输出电压幅度,一般常用到9V甚至12V,最大输出功率能有24W。而现在5V2A的充电器才10W。提高电压是为了提高输入功率,因为一般USB口受不了超过2A的电流。高电压在内部是经过DC-DC电路转化的,又变成了低压电,但是电流可以比较大,能超过USB口的限制。说白了就是绕过USB口的2A电流限制。

VOOC方案是另一个解决办法,加大电流。通过对整个充电环节的加强,以及额外的大电流触点,通过专用线缆来进行快速充电,充电器规格输出一般5V4A,也就是20W输出,目前最高有5V6A的产品30W。USB口是特制的,但兼容普通USB线,但是充电速度会下降。

码字完毕,以上······

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即使充电两个小时,也没有人能跟你通话5分钟T_T

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上面@fu-80 的答案已经很全面了,但很多人对于锂电池的恒流充电和高通Quick Charge提高输入电压的关系没太看懂。@fu-80 在讨论区又做了一些解释,但是貌似还有人没明白,我在这里试着再解释一下……

这是@fu-80 的第三张图,盗来用用

基本上所有手机内部的电源管理芯片都是这样做的。注意,这个图是手机内部电源管理芯片对锂电池充电时的电压电流曲线,跟外部的所谓“手机充电器”没关系。

看上图的恒流恒压转折点左侧,一开始电池开路电压低,很容易达到很高的充电电流,所以先用较低的充电电压,保证充电电流在电池的允许范围内。随着电池开路电压升高,充电电流会降低,为了保证充电速度,就会提升外部充电电压来维持足够的充电电流。

再看上图的恒流恒压转折点右侧,当充电电压升到4.2V左右时,电压就不会再提升了。这时,由于电池开路电压会继续升高,所以充电电流会逐步降低。当电流降到很低时,就算是充满了,因为由于电池的自放电特性,这个电流不可能完全的降到0。这时有的电源管理芯片会切断输出,另一些可能会维持这个很低的电流。

OK,总结一下。恒流阶段保证电流不过大的情况下,尽量提高充电速度。恒压阶段保证电压不过高。那么这个电流和电压的限制到底是多少呢?

最大充电电压,是由锂电池的电化学特性决定的。基本在4.2V左右,根据材料的细微不同,可能有0.1V的上下偏差。

最大充电电流,是由锂电池的容量和制造工艺决定的。制造工艺决定了最大充电速率,通常标称为0.5C、1C、2C等。这个充电速率换算为充电电流的时候会引入容量因素,比如,600mAh容量的电池,如果最大充电速率是0.5C,那么最大充电电流就是0.5*600=300mA。可以看出,容量虽然影响充电电流,但是不影响恒流充电时间,因为容量和最大充电电流电流是等比变化的。会对恒流充电时间产生影响的,是最大充电速率。

了解了电压与电流的限制,再看实际的充电时间。

恒压段电压是不可突破的,否则会造成电池永久性损害。而恒压段的电流与电池制造工艺有关,不过无论工艺怎么提高,这个电流一定小于恒流段电流。所以,对于恒压段的充电时间,基本取决于电池本身,手机电源管理芯片做不了什么也无需做什么。

而恒流段能承受的最大电流,随着电池工艺的提升,一直在稳步提高。手机电源管理芯片所需要做的,就是跟上电池的发展,提供足够的电流。最快的方式就是在充电电压升到4.2V之前,一直维持最大电流充电。

好了,上面啰嗦了这么多。总结下来就是,给锂电池充电时,最大电压不能超过4.2V,而充电速度的改变,主要靠提升充电电流。

那么,就引发了很多人觉得矛盾的地方。高通Quick Charge为什么提高充电电压而不是电流

于是,我再强调一遍,所谓“手机充电器”的电压、电流,不是电池的充电电压、电流。电池的充电电压、电流,是由上面所说的手机内部的“电源管理芯片”来动态控制的。所谓“手机充电器”只是手机内部“电源管理芯片”的能量来源,它就是一个恒压输出的开关电源,他的外壳上写的电压是开关电源的输出电压,写的电流是开关电源的最大输出电流。

OK,那我们需要更大电流的时候,为什么要提高外部供电电源的电压?

孤立的讲电压或者电流都是耍流氓!电池从空到满,需要的总能量E是一定的,E=Pt。我们想减少充电时间t,就必须提高充电功率P。也就是说快充的本质是提高电源管理芯片的输出功率,在转换效率一定(实际上这个充电控制部分也是个输出可控的开关电源,效率是比较高的)的情况下,输入功率(也就也是外部所谓“手机充电器”的输出功率)也就要提高。电源管理芯片输出功率与输入功率之比就是效率。

怎么提高功率?

P=UI,提高电压和电流中的任意一个,都能提高功率。充电控制部分的输出端电流提升,输出功率提升。而对应的输入功率提升,可以由输入电压提升来达到。这个工作就是由电源管理芯片中的开关电源来完成转换的。

那么既然提高电流和提高电压都能提高功率,高通为什么要选择提高电压?这样看似弊端更多,因为要先做协商,确保手机端可承受高压。而如果维持5V,提高适配器的最大电流不是更容易?

那再问另一个问题,长途输电为什么用特高压?直接220V还省了变电站呢。这是为了降低传输损耗。线路传输中损耗的功率P=UI,看似跟电压电流都有关啊,升高电压或者升高电流都会增加损耗啊?嗯,这里的U不是线路对地电压,而是线路两端的压降。这个压降怎么算?U=IR,流过电流与线路的电阻乘积。这两个公式代入一下,P=I^2*R,线路损耗与线路电阻成正比,与电流成指数关系,与线路上传输的电压无关。传输同样功率的情况下,用大电压小电流比小电压大电流要节省很多线路损耗

正因为线路损耗只与电流与电阻相关,所以生产USB线缆时的线径、线长所产生的电阻,USB接头的接触电阻等等阻值的最大限值都是根据某一特定电流来确定的。这个特定电流是多少呢?在USB2.0及以下标准中,是500mA,而在USB3.0中增加到1A。如果电流超过这个数值,会产生两个问题。一是线路发热严重。二是线路压降增加导致用电端电压不足。因此,在保留现有USB线缆和接头的情况下,无法继续提高电流,那么增大功率的手段就只能是增大电压了。

实际上,在最新的USB3.1规范所定义的Type-C接头上,已经能够通过20V的电压来获得更大的功率。不过这个的普及还需要时间,毕竟无法实现对原有标准的向下兼容。

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我一直有个问题没想明白,按理说只要输入电压不高到把手机内置的降压给击穿,手机内置的降压模块应该都是会把电压降到合适的范围内的,快充那么高的电压在搞啥?怎么运行起来的?

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收藏起来。

这个问题,小孩子早晚会问的。

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失魂鱼业余BB摄影师兼后期制作者

2016-05-25 18:33

至少我的原装诺基亚充电器 用了7年没坏 手机都换3台了 一直用着诺记的 充电快 满电了会停 不发热了

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手手不乖电子DIYer,安装造价工程师

2016-05-26 08:24

三星S6EDGE+,充电器输出5.0V 2A或者9.0V 1.67A,后者就是快充,大概2小时从0到满,需要手机和充电器配合,不具有快充功能的手机连接只有5V输出,免得搞坏手机。

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那边冲边用会有什么影响,特别是边充电边玩游戏···

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论航模动力电池替换手机原装电池和配套使用航模充电器的重要性。。。多夸张?5000mah 15分钟充满电池,你怕不怕

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天哪 物理渣肿么可以看得懂。。。

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