销量过亿！华为40W超级快充是怎么炼成的？

【导语】本文介绍了华为40W超级快充背后的黑科技，之前发表在“菊厂搞机”公众号。手机的充电一直是热门话题，现将此文重新发出，帮助更多网友了解实情。

“超级快充销量突破1亿！产品包括超级快充手机、移动电源、车载充电和单独销售的充电器！”

六月的上海MWC，华为手机产品线总裁何刚向外界宣布了华为超级快充产品的最新成绩。

华为超级快充，诞生于2016年11月的Mate 9，三年来深受消费者喜爱。

2018年9月，华为Mate 20 Pro更是将这一超级快充升级到40W。目前，40W超级快充已经普遍用于P30 Pro，nova 5，nova 5 Pro，荣耀Magic 2等手机，和超级快充移动电源、车载充电等产品，几乎深入消费者生活的方方面面。

那么，华为40W超级快充到底牛在哪里，我们今天就来聊一聊：

·        华为40W超级快充是什么原理？

·        电荷泵是什么神操作？为什么能够做到近乎100%的充电转换效率？

·        为什么华为超级快充又快又安全？

1.手机快充的原理

智能手机刚开始兴起的时候，电池容量比较小，低功率的充电器（5V/0.5A，5V/1A）就可以满足充电的需求。

随着电池容量的大幅度提升，普通充电器无法满足需要了，于是快充应运而生。

手机充电原理，实际就是从高电压的充电器，向低电压的电池输入电荷。

类似于水塔向水龙头放水，从高水位的水塔（充电器），把水（电荷）输送到低水位的水龙头（电池）。

要想水龙头出水更快，要么把水塔装得高一点，提升压强差从而让水流得快一点；要么把水管换大，让相同时间内的水流得多一点。

基于这个简单原理，手机快充也有两个方向：

第一种就是高压快充

高压快充通过充电器将输入给手机的充电电压从5V提升到9V或者12V，甚至更高，相当于把水塔安装高一点从而加快速度，如9V/2A，12V/2A快充。

第二种就是低压大电流

低压大电流快充相当于把水管换粗一点，让单位时间的水流更多。如华为SuperCharge的4.5V/5A或5V/4.5A。

华为在Mate 9上率先应用SuperCharge（超级快充），使用华为自有SCP充电协议，充电功率达到22.5W。

Mate 9和SuperCharge

那高压快充和低压大电流快充分别有什么优点和缺点呢？

高压快充的好处是直接兼容市面上的主流手机，手机电路不用做调整，充电线也不用更换，无论是MicroUSB还是Type-C都能使用。

所以芯片厂商提供的充电方案，一般走这种路线。

高压快充的缺点就是充电的转换效率比较低，因为9V充电器充电时，需要在手机端将电压转换为电池电压（3.6V-4.4V），目前最高水平的转换效率也就94%左右。

这就意味着，在手机端转换时损失的能量都变成了发热。当手机充电芯片监测到充电过热时，充电器就会降低充电功率，快充变慢充。

华为SuperCharge低压大电流快充方案，采用4.5V/5A或者5V/4.5A输出，跳过了手机端的电压转换，直接从充电器输出电池电压和最大充电电流。

华为SuperCharge不仅达到手机充电的最大功率，而且从源头减少了一个发热源，又快又安全。

当然，华为SuperCharge由于充电电流提升到了Type-C的最高电流5A（USB3.1的规定），对充电器、充电线、手机和电池都提出了更高的要求：

1)充电器方面：220V市电到4.5V或5V的电压转换全部在充电器完成，所以充电器的转换效率和散热很关键，否则要做成笔记本的充电器那么大了。

2)充电线方面：普通充电线缆一般只支持2A电流，那么5A的充电线肯定要加粗了。

3)手机方面： 整个手机的通路要基于最高电流5A充电来进行设计，否则手机承受不了这么大的电流，还会发热降低用户体验。就像冬天，我们在家里使用大功率的电火锅，如果插座线太细了，就会发热很厉害，甚至发生火灾（下文第三点我会详细分析这个原理）。

4)电池方面：华为SuperCharge对手机电池也有要求，不仅要支持快充，还要保障电池循环寿命和能量密度。

华为SuperCharge低压大电流快充方案，从充电器、充电线、手机和电池四个方面进行全方位改造，相当于汽车换掉整个底盘和发动机系统，需要深厚的技术积累。

当然，低压大电流的整个充电方案，成本会增加很多。

这就是为什么一般的厂商都不采用这种方案。

综上所述，说华为SuperCharge高上几个段位，也不为过吧。

2. 创造性引入“电荷泵”技术，

完美化解高压和大电流的矛盾，突破智能手机快充极限

问题来了！

那有没有一种办法既能高压充电，

又能使用大电流，

还能保证像低压充电一样不发热呢？

还能兼容22.5W的华为SuperCharge呢？

想想在手机寸土寸金的机身上，这么完美的事情，怎么可能呢？

但是，这难不倒华为的工程师！

前面提到，华为SuperCharge的4.5V/5A充电输出，已经达到了手机充电的极限值了。

如果要实现更高的充电功率，要么从手机电池上下功夫，要么从手机的充电电流上想办法。

之前有些厂商采用双电芯串联的方法，就是手机里装2个电池，直接按两路给手机充电。这种方法的结果消费者显而易见，就是手机充电速率几乎快了一倍，但缺点也较多：

1）对电池容量牺牲太大，因为双电池封装和电池保护板浪费了空间。

2）手机上大多数部件都是按照单电芯电压来设计的，双电芯在放电时需要多增加一级DC/DC降压电路，浪费了近10%的转换效率。

3）增加了待机电流。

而华为工程师则想到了一个神操作——电荷泵！

电荷泵，是一种直流-直流转换器，利用电容器为储能元件，用来进行电压转换。

其基本原理类似于抽水马桶的水箱：从楼顶的高位水塔将水蓄到水箱，水箱再利用大口径的水管，快速大流量地冲进马桶。

在这个过程中，水（电荷）是没有损失的。

也就是说，电荷泵的转换效率几乎达到100%！

华为40W超级快充，正是利用电荷泵原理，将电量通过4A的通道送进手机，进入Type-C这个“紧箍咒”（限流5A）之后，再由电荷泵将充电电压降到5V左右，同时将电流从4A提升到8A，给电池进行充电。

逃过Type-C充电口5A的“紧箍咒”！

10V/4A变5V/8A！

电荷泵实现近乎100%的充电转换效率！

突破手机充电极限，直接提升到40W！

仍然是低压大电流的安全快充！

简直是“偷天换日”的神操作，有木有！

3.苦练内功

——对整个手机充电通路进行大幅阻抗优化，

是实现华为40W超级快充的先决条件

那么是不是只要 “偷天换日”的灵感就够了呢？

当然不是！

根据体育老师教的焦耳定律，发热量跟电流的二次方、电阻成正比。

前面讲到的电火锅，由于功率大，工作电流也很大，这个时候根据焦耳定律，必须把电线的阻抗降下来，才能减少发热量。

这就是为什么家里电火锅、空调、电暖器等大功率电器都需要选粗线径插座的缘故（电线越粗，电阻越小）。

言归正传，从火锅回到华为40W超级快充。

华为40W超级快充在手机内部相当于5V/8A充电，那么充电电路阻抗必须降到足够低，才能抵消8A带来的发热。

根据焦耳定律，从22.5W超级快充的5A提升到40W超级快充的8A，发热量足足增加至2.56倍（=8²/5²），也就是意味着手机充电电路的阻抗需要降低60%，才能抵消充电电流提升引发的发热量。

要知道，为了适配4.5V/5A的SuperCharge，华为在Mate 8充电电路的基础上（目前其他厂商的水平），已经将Mate 9/Mate 10系列的阻抗降低了超过80%。

而华为40W超级快充，则相当于要求在Mate 9/Mate 10的基础上，将充电电路阻抗再降低60%。

这相当于重新设计了整个手机充电电路。

据研发工程师介绍，华为基本上对40W超级快充电路的每个元器件，都进行几个毫欧几个毫欧的抠，才抠出来这挑战的60%（更高阶的元器件也就意味着更高的成本）。

这就是华为苦练的内功，为了质量和体验，一定要将自己逼到极致，做出最好的水平！

4.冰山下的创新

——从多层散热设计到石墨烯和VC液冷散热，

实现最佳温控体验

除了解决电压转换和焦耳定律两大发热源，散热的设计也同样重要！

在这些消费者看不见的冰山之下，华为也一直在尝试各种各样的改进和创新。

比如Mate 20 Pro采用了8层高导热散热层，利用铜合金屏蔽罩、三层石墨、铝合金前壳等材料，将快充时产生的热量迅速传导、散开，使手机表面温度更均匀，温升更低。

除此之外，还对关键器件如内部充电芯片增加导热胶辅助散热，实现快速降温。

值得一提的是，Mate 20 X以及最近首个拿到中国5G入网许可的5G版，引进了两项散热黑科技：石墨烯和VC液冷散热技术。

5.让手机和充电器“对话”，

六重安全智能防护网，

保障手机快充安全

除了发热设计和散热设计，智能监控也很重要！

华为Mate系列从Mate 9 开始就采用了5重安全防护网设计，从充电器、Type-C连接器、智能充电芯片、电流分流器到电芯，能够实时监控电压、电流和电池温度，并做了过流/过压/过热保护。

华为40W超级快充的手机则将五重安全防护网升级到了六重，在上图的基础上，增加了电荷泵的智能监控。

华为超级快充协议SCP能够实现手机和充电器的“对话”，当手机温度过热时，手机会通知充电器智能调节电压和电流。

华为SuperCharge还有一个独门秘技就是 “智慧感温系统”，它能够精确感知手机温度，避免温度调控系统的误判。

这个独门秘技能够让手机充电在最安全的条件下保持最高的充电功率。

6.德国莱茵TÜV安全认证，德国免检品质保障

最后，必须说一下德国莱茵TÜV的安全快充认证。

德国莱茵TÜV（德国技术监督协会）是德国权威的第三方认证机构，也是德国汽车官方年检机构，迄今已经超过145年历史，服务的领域大到航空航天轨道交通，小到一支笔一页纸。

在德国生活工作过的朋友都知道，一旦获得TÜV认证就相当于获得了免检令牌。

搭载华为SuperCharge的Mate 10，是全球首款获得德国莱茵TÜV安全快充认证的智能手机。

毫不例外，采用了40W超级快充的Mate 20 Pro/P30 Pro/nova 5系列/荣耀Magic 2同样通过德国莱茵TÜV安全快充认证。

德国莱茵TÜV安全认证系统，从电气安全、充电速度、充电兼容、环境条件的四个维度进行完整验证，覆盖充电器、线材、IC、电池及终端五个方面。

德国莱茵TÜV还制定了十分严苛的认证条件，许多测试标准都远远高于国际规范，如：

·        1000次智能手机充放电循环测试

·        600次电池快充快放循环测试

·        10000次带电状态下的充电端口插拔测试

·        历经-33℃和+55℃极端温度静置后的充电系统测试

·        跌落后的电池仓安全性验证

·        不同供应商制造的充电器和线材的兼容性测试

·        等等，安全测试项目超过30项。

你以为这就结束了吗？当然不是。

除了30多项安全测试项目，莱茵TÜV还要对手机制造的整个生产工艺流程进行检验和评估，甚至连包装的环节都不放过。

华为内部员工笑称，这不仅仅是一场认证，更是一场智能手机快充和电池的“安全大考”。

小秘密：扫一扫包装盒背部二维码，可以查询莱茵TÜV证书

可以说，华为40W超级快充又快又安全，真是黑科技满满：

·        电荷泵“偷天换日”，将手机充电功率直接提升到40W！

·        苦练内功，优化整个手机充电通路，大大减少发热源，领先N个段位！

·        用户看不见的“冰山下”坚持创新，引入全新散热技术！

·        六重安全防护网，“智慧感温系统”，全方位保障充电安全！

·        德国莱茵TÜV快充安全认证，德国免检品质！

最后，你读懂了吗？

任何疑问，欢迎留言。

【End】

“菊厂搞机”编辑部出品