超级闪充超有趣|且看OPPO工程师如何实现这项超能力

超级闪充超有趣|且看OPPO工程师如何实现这项超能力

2016年2月29日,西班牙巴塞罗那世界移动大会(MWC),OPPO头一次向全世界展示了SuperVOOC(超级闪充)的技术原型:5V16A,功率80W,能在15分钟时间里将2500mAh容量的电池充满;2018年6月29日,整整29个月之后,超级闪充技术伴随OPPO经历四年多时间推出的旗舰机型Find X量产,但参数却变成了10V5A,功率50W,35分钟时间充满3400mAh容量的电池——连我自己最开始都掉坑里了。为了彻底弄清楚超级闪充的实现之路,我特别走进OPPO研发部门,与该技术的工程师面对面……

原型技术,理想很丰满

超级闪充发布之初,我们不得不说从纸面参数上来看,它是相当华丽,但要将它从实验室搬到消费者的手机当中,对于工程师来说,这却是一项巨大的挑战:(设计产品分三个层次:一、开发一个产品出来,不难。;二、设计一个可靠且好用的产品,有点难。;三、最难的是,以合理的成本设计一个可靠且好用的产品。)

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1.就算不采用超级闪充原型的16A充电电流,即使以5V10A的参数实现50W充电功率的量产,要将10A大小的电流送到机身的电池中,线材、接口、电芯这一路上元件想要达到这样的承受力,难度超级大。比如现在常见的PD充电线就是一个例子,为了达成5A电流的承载力,PD线都是一副又粗又硬的模样,成本高且不说,用户体验也会大受影响,我反正不希望自己包里的充电线是根“棍子”;

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2.对比高压快充技术,低压快充技术的最大优势就是,保证效率、低发热的同时,还能对锂电池过压的可能性进行原理上防呆的特点,但是,如果直接上到超级闪充这个功率级别,成本性价比是一个挑战。焦耳定律表明:Q=I2Rt(热量等于电流的平方乘以电阻和时间),通路内阻不变的情况下,随着充电电流的增大,充电回路的发热量将会呈几何级数增加。还记得荣耀Magic上搭载的5V8A,40W的低压充电方案么?其在实际工作时,8A电流火力全开充电只能持续大约5分钟左右,原因相信也在于此。遥想当年PDP和LCD电视之争,功耗最初是LCD怒怼PDP的死穴,但随着LCD电视机的尺寸越来越大,最后反倒成为自己的死穴……

量产转化,现实不骨感

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还有另一个电功率公式:P=UI(功率等于电压乘以电流),在总功率需求不变,但电流又不能无限提升的情况下,我们当然还可以采用提升电压的方式来搞定功率达成,其实高压充电方案就是这样的想法实现了低成本的功率搬运,只是这样的方案缺点也很明显,因为高电压电流在充入电池前,需要调用降压电路,转换损耗大,发热高,亮屏状态大充电功率减半。

而OPPO依靠原来VOOC技术成为了低压快充流派的带头大哥,在全球范围内已经积累了9000万+的用户群(四舍五入就是一个亿),这种骄傲,VOOC解决方案的基因当然不可能轻易改变,那么这个时候很多人就有疑问了:既然是这样,那么超级闪充充电头端10V5A的这个输出参数又是个什么鬼?10V难道不是高压么?

对于这样的疑问,OPPO的工程师特别解释说:“高压低压充电这个说法不能单纯看充电头的输出,而是要看适配器和电芯的电压倍率来看,超级闪充因为采用了电芯串联的结构,所以电芯部分的电压提升了一倍,充电头的电压由原来VOOC的5V升到SVOOC的10V,充电头的电压也提升了1倍,二者仍然是1:1的电压倍率,仍然是低压闪充,依然是VOOC的基因,还是属于低压充电的范畴。”

解决了这个概念的问题,我们就很容易理解为什么超级闪充充电头的输出参数会是10V5A了。面对前边说到的原型技术向量产转化的两个难题,这样一个变化,就可以很好的解决充电路径成本高昂、发热等一系列的问题。看起来,从VOOC闪充到超级闪充的过渡就这么被“完美”解决了——开什么玩笑,真要这么容易,两年前超级闪充早就出来了,还用等现在?因为,在两块电芯串联变成高压电芯之后,整个手机的充放电内环境又发生了变化,新的问题又产生了:

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1.充电端,由于电芯串联,整个超级闪充的充电味口直接就给调高到了10V级别,这也就意味着,当我们用非超级闪充的充电头对Find X超闪版充电时,将会直面兼容性的问题:受制于标准的问题,所以非超级闪充充电器在与Find X超闪版握手之后,都会被识别为5V的USB DCP充电器,而5V的充电电压在面对串联电芯时,是充不进电的——5V的充电电压连串联电池组最低的6V标准都达不到;

2.放电端,现在所有的手机芯片、元件体系,都是针对传统的3.7V的单个电芯供电而设计的,如果直接让这对CP给整个手机供电,那结果会是啥就不用说了吧;

3.双电芯串联式的工作方式,对这对组合的同步度提出了极高的要求,同时,电池保护的难度也随之提升。

综上所述,正是因为电压这一高一低的变化,让超级闪充的电源管理机制变得前所未有的复杂。为了一站式解决这一系列电压控制的问题,OPPO的工程师与电源管理芯片大厂德仪一起,为超级闪充标准定制了一组专用芯片,并同步编写了专有的电源管理程序,最终解决了这些问题,这也让其成为了整个超级闪充创意的核心之所在。那么这整个系统是怎么工作的呢?

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1.在充电进行握手后,没有检测到充电线那头是超级闪充充电头,而只是其他的USB充电器时,超级闪充电源管理系统会仅将其识别为普通的USB充电器,最多可以达到5V2A共计10W的充电功率。然后在手机内部,管理芯片会对进入手机主板的电压进行升压处理,将其升压到10V的电压,对串联电芯以最大1A的电流进行充电——这个环节,由芯片组中的升压芯片负责;

2.在串联电芯放电为整台手机供电的时候,超级闪充电源管理系统会对电池供给的电压进行降压处理,达到手机元件的需求——这个环节,由芯片组中的降压芯片完成。这里有一个比较重要的知识点,特别说明一下:在这个环节,超级闪充用上了近来人气颇高的“电荷泵”技术。

对此,OPPO的工程师说:“其实在超级闪充在设定之初,我们就有考查过电荷泵技术。转化效率高是这项技术的优势,但它的缺点也明显,就是耐压性不好,不能承受较大范围的电压变化,所以用在充电端时稳定性不太好,但是用在放电环节,它的高效率特性却是非常突出。”

所以,Find X在发布之时说到的电荷泵技术是在超级闪充中有所运用的,只是运用的环节和之前我们看到的魅族E3不同,另外,我此前也了解到下半年发布的华为Mate 20很有可能会用到的40W(10V4A)新快充也是基于电荷泵技术的,到时候看华为是怎样玩转电荷泵技术的优缺点的吧。

但更有意思的是,超级闪充这套技术方案,还有意外的收获:因为这项技术,不但效率极高,而且还可以让电池工作在非常“舒适”的状态,有利于电池容量的最大化,所以标称3400mAh电池容量的Find X超级闪充版以及兰博基尼版在实际使用中,其续航能力约等于采用了3600mAh的电池,即效果与先期上市、普通VOOC版3700mAh单电芯的Find X差不多,挺有意思的。

3.双电芯的配对,是在上游的电池工厂的产线上完成的,机器人会将性能参数、体质最接近的两块电芯自动进行配对,然后再送到OPPO的Find X产线上进行总装。

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到这里,超级闪充最核心的技术难点就被OPPO工程师完全攻克了,而且Find X使用的解决方案,只是技术方案之一,还有性能更好、表现更拉风的技术方案,已经摆上了OPPO内部的技术“货架”,后续会陆续推向市场。而解决这一系列技术难点最后的结果,就是超级闪充与VOOC闪充这两代技术,总共积累了超过700项相关专利。同时,正是因为定制芯片、专用线材接口等方面的高投入,超级闪充的实现成本,比起VOOC闪充差不多翻了一倍,同志们,贵啊!这一切,真心都是用钱堆出来的啊!

超级闪充的其他知识点

在解读完了超级闪充的主要技术实现方式之后,还有一些小知识点就放在这个章节吧。

1.SVOOC使用双电池串联直充的结构,跟第一代VOOC一样,依然是1:1电压倍率,安全、高效。超级闪充的充电头并没有使用电荷泵技术,而是采用定制的AC/DC智能芯片,可以实现6~10V的直流电压输出。所以,不要因为看到有10V这个参数就联想到电荷泵。

2.超级闪充的数据线,其实设定最大的电流承载能力可以达到9A,用来应付5A的实际商用冗余度相当大。这也是OPPO充电技术团队在整个研发过程中所坚持的一个最基本原则,包括VOOC在内,就是安全,足够大的冗余度,在很大程度上就是代表着安全。

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3.超级闪充是USB Type-C接口在OPPO产品上的首次运用,为了保证稳定性和安全,OPPO的工程师在这个接口上也同样做了强化,单是这一个接口,就让整台手机的成本增长了20~30元。

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4.在实验室实测,超级闪充其实可以在30分钟以内就完成3400mAh电池的充电,只是为了宣传方面保险起见,在数值上加了5分钟,即35分钟,反正后边我拿到机器会去验证一下。PS:这个充电速度,你还要啥无线充电啊?对不?

5.最后就再解读一下那个“绕口令”吧,看完整篇文章,知晓了原理,理解起来就简单多了。

SVOOC 适配器+ VOOC 机器 充电 5V4A——超级闪充向下兼容闪充,所以可以达到20W充电;

SVOOC 适配器+ SVOOC 机器 充电 10V5A——原生搭配,没毛病;

VOOC 适配器+SVOOC机器 充电 5V2A——VOOC只能输出5V电压,充超级闪充的机器只会被识别为普通USB充电,内部芯片会做升压处理;

VOOC 适配器+VOOC机器 充电 5V4A——原生搭配,没毛病。

6.有很多人都认为,超级闪充手机+超级闪充充电器+超级闪充车充+超级闪充充电宝,这才应该是完整的一个链条,而VOOC闪充只有在最初的时候推出过相应的充电宝,而这次OPPO的工程师也明确答复,现在内部已经完成了配件产品线的调整,将会有专门的团队负责超级闪充类整个附件产品的定型与量产,对此,我真是相当期待——嗯,来个家用版的超级闪充双头充电器,一边是手机,一边是充电宝,完美!

7.与工程师交流的末了,我问了一个问题:“USB PD已经可以达到100W的功率,为什么OPPO还要自己做超级闪充?”答曰:“USB PD除了说到的线材接口问题之外,还有功率上限,对我们来说,100W不够!”What!!!!

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写在最后

天下之势,合久必分,分久必合,放在充电上可能也一样。虽然现在USB PD一统天下的呼声很高,但我们不难发现,苹果、三星、华为、OPPO、vivo,几乎都在自有闭环充电标准上有所动作,特别是苹果,在今年终于要终结千年不变的5V1A充电头,全面转向C2L的充电体系了。但是,随着充电功率的大幅度提升,稳定与安全是一个永远也无法绕过的话题,相对来说,闭环系统更容易保证稳定和安全,因此,自主充电方案的研发,将会是一个越来越普遍的现象,而像OPPO做了这么多年的低压快充,相信未来还会有更多的惊喜呈现给我们,嗯,真是越来越有趣了。


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