详解高通QC3+:以退为进,重夺顶级快充宝座

2020年4月27日,小米召开了今年的第三场新品发布会。对于大多数用户来说,这场发布会最大的亮点毫无疑问是在外观、界面流畅度,以及隐私保护方面脱胎换骨的MIUI 12;而对于一部分预算不高,但又想体验5G与50倍“望远镜”拍照的朋友来说,2099元起售的小米10青春版,显然也成功拉低了超长变焦机型的门槛。
但是除了新版系统与新款机型之外,其实这次还有一项新技术也伴随着小米10青春版首次亮相。这就是高通推出的全新快充方案Quick Charge 3+,或者简称QC3+。
  • 为何是“3+”,这要从一个历史问题说起

看到“QC3+”这个名称,对手机快充技术稍有了解、或者有一定玩机经验的朋友可能会感到惊讶。毕竟早在骁龙835时代,我们就已经迎来了QC4与QC4+两代快充技术的实际商用。那么,为什么2020年的新技术会被冠以“QC3+”的名号呢?
要弄明白这一点,首先我们需要知道,发布距今已经有数年的高通QC4与QC4+,到底是一个怎样的快充技术。
事实上,全球首款支持QC4+快充技术的智能手机,是发布于2017年11月1日的雷蛇Razer Phone,其所配备的是一款输出规格为5V3A、9V2.67A、12V2A,也就是最大功率24W的QC4+适配器。然而正是这款机型,让不少人对高通QC4+快充产生了一个极大的误解,那就是以为QC4+的输出功率最大只有24W(一说为28W)。
那么,高通的QC4+是不是只有24W输出功率?在wiki上,我们可以找到一张标注详细、引用内容丰富的高通快充版本列表。其中清晰地写明,早在2015年的QC 2.0快充标准上,高通就已经做到了最高12V/3A的36W快充;而到了2017年出现的QC4和QC4+上,最大充电功率甚至高达100W(20V、5A),比如今2020年已经发布的,充电速度最快的手机快充还要更高!
这意味着什么呢?简单来说,就是我们此前其实一直都在使用着“残血版”的高通QC快充产品,那些15W的QC2.0、18W的QC3.0、乃至后来24W、28W的QC4智能手机,通通都没能真正发挥出对应的QC快充最大的速度。
  • “残血快充”从何而来?成本与技术制约皆有之

是不是感觉又被“震惊”到了?然而在经过资料收集后发现,一方面,我们也惊讶于过去竟然用了这么多年“残血QC快充”的这一事实。但在另外一方面,其实对于曾经的智能手机产品来说,所支持的QC快充达不到高通方面标定的最大功率这件事,本身也是情有可原,并不能说是“厂商偷工减料”。
从高通的官方资料里我们可以看到,QC3.0确实是可以达到36W的
首先大家必须要清楚的是,大功率的快充技术本质上是一个综合性的系统工程,不是说某款机型用了一颗支持快充的芯片就可以做到。就拿36W的QC2.0与QC3.0快充来说,要想达到这个充电功率,手机就需要有一颗36W输出能力的快充充电头、一条能够承受12V、3A电压电流的特制USB充电线、一颗足够高效率的电压转换芯片及其周边功率元件,此外还得有一颗(或者是两颗并联)支持大功率输入的快充专用电池,除此之外,还得要设计专为以上所有这些部件散热的结构。
看明白了吗?没错,以上的这些部件,只要其中任何一个不能达到承受36W功率的这个硬性门槛,就意味着相应的快充速度无法真正实现。那么对于早前的智能手机行业来说,当时存在着双芯并联的快充专用电池设计吗,存在着高转化率低发热的GaN(氮化镓)功率元件吗,存在着能够承受12V电压的USB线吗?或许是存在的,但至少无论是从技术稳定性,还是从商用的成本上来说,指望当时的手机使用“满血”的QC快充,都几乎是件不可能的事情。
不仅如此,当时间来到2017年,随着QC4和QC4+的正式商用,问题又进一步被复杂化了。这是因为当时(实际上到现在也是)全球许多国家都已经有了统一数码产品充电标准的动议,而为了迎合“行业趋势”,高通在QC4中不仅带来了高达100W输出的全新私有协议,还加入了对USB-PD、USB-PD PPS3.0通用充电协议的支持。
但是这样一来,一方面这意味着新的快充设备(包括充电头与终端)需要支持3.6V~20V(QC4)、5V/9V(PD)、3V~11V(PPS3.0)三种不同标准的可变电压档位,使得零部件用料进一步复杂化、成本也更进一步上涨,甚至逼得高通不得不在QC4中拿掉了对此前自家QC2.0及QC3.0的支持,直至QC4+上才重新又加了回来。
只能使用双端Type-C接口,就是QC4为了兼容USB PD而做出的巨大牺牲之一
另一方面来说,虽然高通早在2017年就已经设计出了高达100W的自研快充协议,并且也发布了相应的控制芯片,但彼时的USB-PD技术却远不像现在这么成熟。这意味着如果有厂商试图推出能够支持“满血版”QC4或者QC4+的设备,那么这些充电头及智能手机就会面临着只有用QC4模式充电才能实现100W充电功率,可一旦换用当时气焰正盛的“行业通用标准”USB-PD,则功率将会被限制在27W附近。很显然这会带来用户体验上的落差,也可能给相应的厂商造成麻烦,还会直接导致相关产品的成本大幅上升。因此当我们现在再来看初代Razer Phone那个24W的QC4+的设计时,就能明白厂商想要“两边都不得罪”的小心思了。
  • 以退为进,懂得变通的QC3+或将迎来最好时机

综上所述,正因为QC4与QC4+实际上包含了充电功率高达100W,至今都没有过时的高通私有协议,因此当充电功率上限为60W的新方案诞生时,它被命名为“QC3+”自然也就可以理解了。不过可不要因此就小看QC3+,虽然其极限充电功率没有QC4+高,但从某种意义上来说,这可能也就是它唯一“看起来”不如QC4系列的地方了。因为高通这次在新的充电技术里,还有着大刀阔斧的改动。
首先,QC3+取消了QC4与QC4+中引入的,对所谓“统一协议”USB-PD的支持,重新回到了独立的专有技术路线上,因此QC3+不再要求必须使用C to C的线缆,而是只需要传统的USB Type-A to Type-C的数据线即可。很显然,无论是从线材更换的成本,还是从与更多适配器以及设备的兼容性来说,这都是一个意义重大的改进。
其次,QC3+充分吸取了QC4+标准中那些可取的先进部分。比如说它支持了最高20V的电压,同时将电压自动调整的阶梯由原来的200mV修正到了20mV,这意味着相比QC3.0,QC3+的充电功率提高了67%,可自动调整电压的段落数量增大到了10倍,可以实现速度更快,且对设备保护效果更好的快充。用高通自己的话来说,就是“可以在15分钟内充入50%的电量,与QC4+无异”。
QC3+重回私有协议,也重新迎回了对Type-A标准接口的支持
除此之外,QC3+还极大简化了智能手机的充电控制电路设计,它带来了全新的电源管理集成电路(PMIC)芯片SMB1395/SMB1396,在这些芯片内部,诸如过压保护、电流检测等以往需要额外部件来实现的功能,都被实现了集成在其中。这样一来,不仅仅是简化了手机的设计,而且还节约了宝贵的PCB面积,方便厂商放入更多其他的功能部件,比如说多加一颗摄像头、使用大一点的扬声器,亦或者是多布置几枚HiFi电容等等——消费者的最终体验改善,有时也就是从这样一枚集成度更高的充电芯片开始的。
当然,你可能想不到的是,高通QC3+这次除了精简不必要的“累赘”,提高充电速度以及方案本身的集成度之外,它甚至还有一个隐藏的杀手锏,那就是同时支持有线与无线两种充电方式。要知道虽然2020年年初到目前为止,已经有多款支持无线高速充电的机型发布,但它们无一例外都是价格不菲的旗舰产品。而QC3+按照高通目前公布的信息来看,却是专为骁龙765及骁龙765G这样中高端设备所准备的全新快充方案。
这意味着什么?从消费者体验的角度来说,我们或许有理由期待,不久之后就会有2000元价位档,且配备60W有线无线双快充的设备面世。而从自身技术发展的角度来说,高通也不仅仅是搭上了无线快充的顺风车,更重要的是如今适应超高功率充电的器件及电池技术均已成熟,而QC3+放弃兼容USB-PD的这一变化,更是不由得令人浮想联翩。
高通是不是已经计划好了充电功率超过100W(USB-PD的理论上限),采用自有技术的下一代旗舰超快充方案,所以才会更有底气对USB-PD弃之敝履了呢?
【本文图片来自网络】
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