OPPO在2019年9月17日VOOC閃充技術溝通會上正式公佈了 SuperVOOC 2.0 技術,該技術可實現10V/6.5A,65W閃充。採用了雙電池串聯方案,充電 5 分鐘,堅持遊戲 2 小時 15 分。同時OPPO還公佈了30W的VOOC4.0技術、30W無線快充技術。

發布會稱:superVOOC2.0技術可實現30分鐘內充滿4000毫安時電池,亮屏時也能保持持續快充。30W VOOC4.0技術可實現30分鐘充到67%,並將搭載在10月份即將發布的OPPO K5上。


OPPO這次,這個65W充電器應該算是手機大廠裡面,第一個標配充電器採用了GaN的。這個就很有意思了,出乎意料,又在情理之中。

此前GaN主要用在第三方的充電頭裡面,如Anker、倍思、愛否。這次,是主流廠商第一次把GaN做進了標配充電頭。

先說結論,這次OPPO在65W的充電頭設計中,遇到了如何平衡體積和高功率的問題。OPPO為了縮小65W充電頭體積,增加充電效率,採用了市面上並不多見,但好評一片的GaN器件,同時GaN器件是未來大功率小型化充電頭的重點方向之一

相對於手機,電腦對於便攜性的需求小得多,65W級別的充電器對於電腦來說是家常便飯,但在手機上確是第一次出現。受硅半導體本身性能的限制,傳統電源上採用的硅基MOSFET的效率偏低,為了縮小體積,降低發熱,OPPO選擇了性能相對優異第三代半導體GaN器件。

1、 GaN是什麼?

GaN就是氮化鎵,對於學過化學的童鞋們來說,這個不難認,Ga就是鎵,N就是氮。這次,這玩意兒是OPPO拿來代替傳統硅基MOSFET的。

以下內容不太好理解,我盡量說人話。

首先,GaN這玩意兒屬於功率器件,小到充電器裡頭的MOSFET,大到高鐵裡頭的IGBT,都是這一類型的玩意兒。整體來說,全球產值不算特別大,但也不算小,因為這玩意兒是核心晶元,在不少裝備裡頭地位特別關鍵。

但是,隨著半導體發展,大家發現,硅的性能有點不夠用了,因此開始探索其他材料的應用。在功率半導體方面,GaN和SiC(碳化硅)就都是用來替代高純硅的材料,這兩種材料在近十年來發展比較迅速,被稱之為第三代半導體,希望用來取代硅基半導體。

拿走在比較前面的SiC舉例:

2001年,英飛凌推出第一款SiC的半導體,SiC的溫度耐受性更高、體積更小、發熱更低,但直到2013年,才開始有SiC MOSFET產品出現。

在新能源車企中,特斯拉在新技術應用方面就很激進,在SiC MOSFET產業化五年後,就已經開始Model 3上全面採用SiC作為功率模塊了。

相較於SiC,GaN發展的更晚,2015年才剛剛起步。市場規模也更小,全球的市場規模只有一億美元上下。相較於SiC,GaN在相對低功率上更具備優勢。

因此,Yole預測,GaN第一步將主要用於移動設備充電市場,並且其特性將幫助其在電力供應方面持續佔據超過50%的份額,蘋果也早就注意到了GaN材料,一直考慮在無線充電上使用。

換句話說,GaN是個小眾材料,但隨著移動設備對快充需求快速增長,各大手機廠商都看上了這塊材料,但大多也都處於實驗室狀態。

在手機企業中,OPPO在充電方面也一直走的比較快。這次,OPPO採用GaN器件,也就在情理之中了。第一代VOOC出現的時候,網上也有很多「傷電池」的疑問,不過隨著快充的普及,「五福一安」都快成罵人的話了。

2、 GaN的作用是什麼?

目前GaN在充電上的作用主要是,通過其高頻開關速度特性,提升電源轉化效率,降低充電頭髮熱,幫助充電器小型化。OPPO也正是利用了這個特性,保證了這次的Super VOOC 2.0充電器體積與此前VOOC充電器體積相差不大。

半導體材料的基本性能取決於其電子遷移率,具有高電子遷移率的材料可提供更大的載流能力。根據松下的進一步解釋,相較於傳統硅基MOSFET,GaN材料具有開關速度快(Qg小)、無恢復損耗(Qrr是0)、充放電速度快(Co(tr)小)這三個特性。

下面這張圖來自於松下,用以對比傳統硅基材料(左)和GaN材料(右)的LLC 電路漏極電壓波形。

下面這張圖來自於百度文庫,某關於功率半導體的上課用的PPT。

從這兩張圖上,我們不難看出來, GaN 固有的較低柵極和輸出電容支持以MHz級的開關頻率運行,同時降低柵極和開關損耗,從而提高效率。

松下稱,GaN能幫助大幅縮小電源體積,從原來的6.5W/立方英寸提升至26.5W/立方英寸,體積可縮小至原來的四分之一。國產廠商英諾賽科更實際一點,他們的參考方案中,體積減少了45%,效率提升了5-6個百分點。

因此,採用了GaN器件後,OPPO保證了這次的Super VOOC 2.0充電器體積與此前VOOC充電器體積相差不大。從實際應用來看,OPPO表示,和初代20W VOOC充電頭相比,65W的VOOC充電頭體積並沒有增加多少。

當然,保持身材不僅是GaN器件的功勞,OPPO還有電源晶元的定製、緊湊型電源設計經驗,這些都為65W充電頭的緊湊打下了基礎。

總結:

GaN的應用,讓OPPO高達65W的SuperVOOC 2.0充電器保持了便於攜帶的體積,也為65W的充電提供了更高的效率。這樣,出門可以考慮不帶充電寶,只帶充電頭就可以。

OPPO不是國產廠商裏第一個使用GaN的,但是,是國產手機廠商裏第一個用GaN作為標配技術的。在OPPO的引領下,國內廠商有望進一步普及GaN技術,將充電器進一步小型化。


哪怕是今年年初,快充技術和快充生態還沒成為消費者與行業關注的核心話題。但是最近6個月來,這方面發生了巨大的變化。解決方案商從單一手機型號的快充逐漸向PD/私有協議的充電生態演進,這本身就是一件很值得關注的事情。幾天前,小米發布了自己的無線充電生態戰略,勾勒了一個完善的無線充電終端藍圖;然後是蘋果終於官方給iPhone11 Pro系列升級到了18W快充,告別了五福一安;今天,OPPO在深圳宣告65W Super VOOC/30W VOOC 4.0和30W 無線VOOC全線解決方案的商用。大家用行動證實,在電池本身尚無革命性改觀的今天,充電技術是行業演進的主要方向。帶著很多問題,我也參加了本次技術研討會,把一些我關心的問題,整理成文。

第一個關注點:VOOC私有協議生態的一次系統性梳理

估計不太關注OPPO的消費者,會誤以為OPPO的VOOC只是他們的充電商標,並無太多的含義和技術含量。從2014年Find7推出初代VOOC開始,這個私有協議就一直在做佈局演進,積累了1700+的全球充電核心專利,從今天開始,VOOC作為OPPO的私有充電協議生態,會劃分成三個系列:

1. Super VOOC:傳承自50W Super VOOC,該技術首先應用於FindX和R17 Pro,目前這項技術已經進化到65W,也就是我們今天看到的這個。

2. VOOC系列:目前已經下放到Realme和K3的VOOC 3.0,升級到了30W的VOOC 4.0,這會是VOOC協議對外授權最多的版本。我們也可以預見到很快Realme和OPPO的千元機會全系標配VOOC 4.0,也會有更多的生態鏈合作企業(包括充電寶,車載系統,多功能第三方充電器,充電樁等)會兼容VOOC 4.0和手續版本。

3. 無線VOOC:這是VOOC協議首次出現的新方向,這也是自小米宣佈構建無線充電生態之後,第二家宣佈自己無線生態的公司。無線VOOC兼容QI標準,30W到端功率,和VOOC系列一樣,無線VOOC也會用於整個生態鏈產品,並不侷限於手機。

有個基本常識要科普一下。一流的企業做標準,二流的企業做產品,三流的企業做流通。能有定標準的機會,任何企業都不會放棄這個機會。過去幾十年,IT領域給到中國企業參與標準制定和發起的機會非常少,但一旦有這樣的機會,頭部企業都不會放過這個機會。在快充標準上,跟著PD協議走是不犯錯的策略,兼容性最好,但是會完全喪失主動權。而自製定快充協議,有三個巨大的陷阱需要跨過:

1. 早期的私有協議會形成封閉圈子,與PD不兼容,用戶會增加使用成本

2. 私有協議存在技術演進的壁壘和天花板,廠商一旦出現研發能力不足,演進速度緩慢,會導致整個私有生態作廢,用戶損失巨大

3. 私有協議想成為生態,最終必須走向開放。VOOC最終要直面PD的競爭和兼容合作。在與PD協議的兼容與競爭中,生態鏈的參與程度和開放程度,是決定私有協議是否存活的關鍵因素。

所以,對於OPPO來說,發展了5年的VOOC協議,其實隨時都有半途夭折被迫重走PD路線的可能。今天重新梳理VOOC生態,也是為了避免落入三個陷阱,同時也是為了招募更多的合作夥伴把這個協議生態做大。

第二個關注點:SuperVOOC 2.0使用更小更快速的GaN充電適配器

之前行業公開的100W和120W充電技術,大家並沒有看到適配器,於是腦補這些適配器可能會很大。今天OPPO的商用方案告訴我們,使用GaN(氮化鎵)取代硅基氧化物場效應管(MosFet),結合電池組技術,實現更小適配器和更快的充電功率,成為了可能。OPPO並不是第一個這麼乾的公司,之前Anker就這麼幹過。但OPPO是第一個把GaN適配器納入到自己充電體系並成為設備標配充電頭的公司(據說已經可以做到蘋果那個五福一安的大小),這連聯想都沒做到(口紅65W PD快充雖然體積不大,但並不是氮化鎵的產品,且聯想隨機標配充電器依然很大)。

從技術原理上, SuperVOOC 2.0適配器電壓和電池電壓同步提升,最高10V 6.5A的直充電流進入串聯雙電芯的結構後,可以分擔為每個電芯5V 6.5A(低壓大電流直充,這是能實現亮屏快充的核心原因)。而在放電的過程中,利用電荷泵,將雙電芯的電壓減半,達到能夠給手機供電的電壓,實現更高的效率和安全性。SuperVOOC 2.0在全鏈路充電管理過程中,共採用5顆定製晶元,包括VCU智能控制晶元、AC/DC控制電流與電壓;MCU充電管理晶元,BMS電池管理晶元,定製協議握手晶元,從適配器到充電線再到手機,三者共同形成了Super VOOC的充電協議閉環。

Super VOOC 2.0相對PD快充的最大優勢是亮屏快充,32分鐘從20%-100%,這基本相當於一把和平精英的時間,就能讓手機充滿電。在這個前提下,充電寶和無線充電板幾乎都沒有存在的意義。(目前使用44W充電器的我,已經很久沒使用充電寶了)。由於採用的是低壓快充,因此發熱會得到比較好的控制,OPPO官方披露的數據,不管是息屏充電還是亮屏充電,電池溫度都不超過39度(相對較低室溫)。

OPPO已經準備在10月10日發布的Reno ACE上配備SuperVOOC 2.0。我只是希望這項技術能不侷限於一兩款產品秀肌肉,而是釋放到更多的,不限於手機的設備上,並且儘快和一些第三方的設備提供商合作,讓更多的第三方非手機設備使用。

第三個關注點:完全自研的恆壓恆流30W無線充電技術

先看一張圖,OPPO的30W到端無線充電實現了和VOOC 4.0幾乎一樣的充電曲線。根據張總工的原話:「OPPO是全球第二家做無線充電方案的手機廠商,第一家是蘋果,但5W和10W的無線充電方案OPPO看不上,我們要做的是無線快充。」

所以這次發布的是80分鐘充滿4000毫安時電池的無線VOOC,且能確保無線接收線圈的溫升控制在合理範圍,保持和有線閃充同等的溫升閾值。相對傳統無線充電,VOOC無線充電,差異在通訊鏈路和隔離型電荷泵(相對傳統電荷泵)。通訊控制電路可以告訴發射端適時調整需要的電流值,且具備異物檢測功能。

第四個關注點:全員VOOC化是OPPO快充戰略的下一步

從K3和Realme全繫上馬VOOC 3.0就能預測到這一點,VOOC協議有可能成為OPPO體系(也包括一加的Dash)全部產品的最終歸宿。本次VOOC閃充也有升級,版本更新到了4.0,峯值功率30W,30分鐘充電67%,充電時間縮短10%。未來主要有兩個期待:第一是全面兼容PD協議,這是VOOC生態想做大做強的必要基礎;第二是惠及到OPPO線下渠道機上,比如A7,A9這類產品。其實老百姓對快充和大電池的需求權重遠超過對拍照和SoC的需求。

總結

目前VOOC協議設備已經超過1.45億臺。關於VOOC協議的發展問題,大家主要關心的就三件事情:第一件事情是私有和開放的矛盾;第二是惠及千元機,渠道機的時間表;第三是技術演進和商用進度。今天這個研討會表面是發布了一個65W的商用方案,實際上還是在討論這三個問題的發展情況。我個人覺得今年應該算快充技術的革命元年,經過這麼多年的鋪墊,OPPO拿出了基於一個私有化協議的生態,未來如何利用好VOOC協議和相關技術為多形態終端服務,值得期待。


其實在5G背景之下,尤其是5G不可避免的高功耗情況之下,手機電池和快充是一個巨大的話題,這些東西都必須重構,我也準備以後做個系列,今天先簡單的說說。

5G的到來,使得快充更加史無前例的重要。

其實OPPO發布了三個技術:65W的SuperVOOC 2.0、30W的VOOC 4.0 和 30W的VOOC 無線快充。

當然,大部分人都把注意力放在了第一個,畢竟65W夠快,也足夠行業領先。而30W的有線快充,現在確實不夠快了,華為家有40W,vivo家也有44W;而無線快充方面,小米的30W肯定會比OPPO更早的到來。

65W的快充,採用了大家都在說的GaN,毫無疑問,這是確實是熱點,尤其在5G的應用當中,這種被成為第三代半導體材料的東西,在射頻等核心領域,有著極其廣泛的前景。當然,在4G LTE時代,GaN材料的半導體,已經在基站中廣泛使用了。

GaN應用到手機電源適配器上面,其實最大的作用就是使充電頭小型化、擁有更好的便攜性,使得快充也更有實質意義。

現在很多人都把GaN弄得玄乎玄乎的,貌似特別的高端。OPPO自己的文案也說這是首批GaN充電器,我覺得應該加個定語,是首批手機原裝的GaN電源適配器。因為市場上其實早有第三方的這種產品,已經聆郎滿目,也絕非只有Anker一家,技術方案的話那就更早了。

其實至少早在兩三年前,市場上就至少有Navitas、臺達Innergie、Dialog等公司就有基於GaN材料的成熟充電IC解決方案了,現在第三方的解決方案越來越多。

我們來看看營銷和銷量都非常好的GaN充電頭 Anker PD1,引用充電頭網的拆解圖:

是Power Integrations公司的SC1933C方案,這是一家在加州聖何塞的年輕公司,真是熟悉的地方,蘋果、谷歌和Intel也都在這裡。這個方案也是他家的初代方案。

這個65W的SuperVOOC 2.0,是雙芯方案,是兩組電芯充電IC串聯的,充電電壓是10V,也就直接均分給每一組電芯,也根本不需要也沒有什麼充電泵來降壓,充電泵是VOOC 4.0的。

OPPO的雙芯快充方案已經有過,去年的Find X和R17 Pro就用過,只不過那是50W的,也就是每一組電芯是25W。雙芯方案也不是OPPO家獨有,其實早幾個月vivo公佈的120W的PPT快充,也是雙芯串聯方案,可惜剛剛發布的NEX3並沒有搭載,何時量產未知啊。

65W相比較50W,顯然是升級了,但為什麼是65W呢?

這個話題也比較有趣,原因其實很簡單:65W是標準的公用功率,市場上早有大量的65W的現成方案。

其實這類65W的GaN電源適配器,早先基本都是給筆記本電腦的,65W是標準的筆記本電源的功率呀!


說了這麼多,其實我一直認為快充其實沒多少技術含量,或者說真的技術含量不是很高,也非常不同意業界經常遇到的華為SuperCharge對OPPO VOOC的鄙視鏈。

快充IC嘛,本質上就是確定對電芯給一個電流和電壓,以及判別和啟動涓流、終止。當然,往往電壓和電流是有脈衝的,這樣子充電會更加有效,對電池也更加健康。其實快充更加重要的是電芯了。

特斯拉投入了那麼多電池和充電方面的研發,現在還是乖乖的使用松下電芯,因為這真是核心科技。

OPPO的中高端手機,以往非常多的使用ATL的電芯,而且應該是旗下指標較好的電芯。

涉及到快充,除了電池必須要有一定的能量密度保證,也要保證較低的自放電率,否則這樣的電池根本沒有實用意義嘛。其實這裡更重要的是電芯的低內阻指標,也就是OPPO自己文案中說的低阻抗。因為只有低內阻,才能快充,否則就是煎雞蛋。

超低的內阻,保證了可以接受大電流快充,但同時也要保證一定的能量密度、較低的自放電率,那麼這就是絕對的高端電芯了。對於OPPO等手機廠家,不需要為此付出多少研發,只需要找有實力的供應商、掏更多的Money就行。

當然,對於這類串聯的雙芯方案,還必須強調電芯的一致性。記住!這個太重要了!

10V的充電電壓,理想狀態下,兩個電芯內阻一致,那麼每個都分配5V的電壓,真正好,也完全免去了IC降壓的損耗和發熱,即便被吹上天的電荷泵也是有損耗和發熱的。

但是,凡是電池經過長期的使用,都會發生衰減,衰減主要表現在兩個方面:內阻增加、容量減少。

如果兩個電芯的衰減速度不一致,比如一個電芯內阻高、一個電芯內阻低,那麼充電電壓就不能完美均分了,比如內阻高的分配到6V、內阻低的分配到4V,那麼前者的充電電壓過高,後者的充電電壓根本不夠,那麼問題就大的去了。

或者如果兩塊電池的容量發生了不一致,那麼勢必會有一塊電芯充不滿,或者一塊電芯被過充。

這就有趣了,這種串聯的結構,決定了一旦發生微小的不一致,那麼會加速兩個電芯的不一致,很快走向毀滅。

這時候真的是考驗電芯一致性的時刻到了。

另一個被專業人士會關注的是:65W的快充,如何防止電極鋰枝晶的形成?如何避免因此導致的Boom的可能?

其實我這個倒不是很擔心,畢竟是雙電芯的串聯方案,每個電芯也只有32.5W的充電功率,放在2019年的安卓旗艦機上,這個功率真不是很高,只要電芯質量可靠,更高一點的充電功率的安全性也已經被驗證過了。

回答先寫到這裡,更多的觀察和討論留到以後吧。


晶元,拍照,續航,信號,這四個點絕對是手機最核心的體驗了。

2019年,因為5G時代的到來,續航成為了一個新的賽道,很多機型的電池都是4000毫安了。

當然增加電池的電量是最簡單粗暴的方式,要增加續航,除了加大容量,還有就是加大快充了。

18年的時候OPPO發布了50W的supervooc閃充,我在R17pro上面用過,當你從10%的電量,充幾分鐘就可以30%的電量時,那種從窒息的續航恐懼症,突然續了一口氣的感覺,絕對是令人記憶深刻的,經歷過一次就能治好。

我們對於續航的恐懼主要來自於充電的速率,在一個普遍18W快充的2018年(尤其包括蘋果),電池用完了是需要大量時間去充電的。那時候為了續航就只有人均充電寶。

現在都在吐槽手機做到200g以上太重,也不想想難道大電池不需要代價麼。

但如果充電的速度夠快,那麼電量恐懼症就追不上我。

50w的閃充給我的體驗是顛覆性的,它意味著我出門帶個充電器和線就行了,沒電了隨便找個地方一懟,就可以充很多電,即插即拔。不用帶著沉重的充電寶,也不需要一直把充電線掛在手機上。

50w的閃充可以35分鐘充滿3500毫安的電池,而這次發布的supervooc2.0,可以以65w的速度,30分鐘充滿4000毫安的電量。

這是一個非常恐怖的速度,也就是說20分鐘左右就可以幹到80%的電量,15分鐘可以充60%的電量。

也就是說搭載這個技術的Reno ace根本就不需要充電寶了,隨便懟一懟就好了。

SuperVOOC 2.0,基於VOOC的技術平臺,採用了8.4V高壓電池組,提高了充電通道的效率,基於這一代手機普遍提升的散熱表現,發布會上稱可以把機身溫度控制在39°。

而且這個充電頭用了,在第三方充電器上很火的GaN。

「GaN」中文名「氮化鎵」,是一種新型半導體材料,它具有禁帶寬度大(3.4 eV)、熱導率高、耐高溫、抗輻射、耐酸鹼、高強度和高硬度等特性。

氮化鎵相比傳統硅基半導體,有著更出色的擊穿能力,更高的電子密度和電子遷移率(充電轉化率高),還有更高的工作溫度(充電高功率更穩定)。因此就可以實現低損耗和高開關頻率,低損耗可降低導阻帶來的發熱(散熱板面積減小,或者可以直接去掉。用了GaN的光伏逆變器乾脆可以去掉冷卻風扇),高開關頻率可減小變壓器和電容的體積,有助於減小充電器的體積和重量。

這是一個大勢所趨的方向,松下之前做了一個400W電源的技術演示,GaN的小型化電源可以做到11.2cm×4.95cm×3.95cm的尺寸(大概小的新華詞典那麼大),有效功率密度為1.83W / cm 3,94%的高轉換效率。

當然松下這個是概念演示,GaN隨著技術突破,成本得到控制,目前氮化鎵也被運用到消費類電子領域,充電器便是其中一項。

市場上GaN的pd充電器就比一般的pd體積小許多,所以這次SuperVOOC2.0的標配充電器體積應該會很舒適。

男同志可能意識不到,對於女同志精巧的小包包來說,空間可能比手機內部結構還要緊湊,省出一片地,贏出一片天。

大功率快充需要解決的老大難問題有許多,首先線材要耐受長期大電流,成本就要高不少,電池也需要更高素質的(串聯雙3C電芯雙電荷泵是真的貴),看著容量都是4000毫安,那跟一般千元機的4000毫安,那完全不是一個檔次的。

然後就是充電頭的問題了,功率越大,充電頭就越大。當充電頭的體積比錢包還大的時候,對於很多人還是比較難受的。

再結合研發的成本,整個快充板塊的成本就非常高了,也就是說在同樣的旗艦競爭中,快充就要貴出不少。

當然快充結合大電池也將會帶來全新的,體驗非常明顯的大進步。相比拍照,快充纔是真正回不去的決定性體驗。

然後纔是30W的無線快充。

無線充電是一種受眾非常明顯的功能,因為它的主要場景就是上班族和車載充電,其他羣體對這個功能並不感冒。

這兩個羣體又是一般意義上的高質量用戶,所以無線充電算是一個高端功能——手機廠商向廣告主賣流量的時候,用戶裡面有車一族佔比是非常重要的指標。

而之前無線充電的轉化率一直是一個問題,長期停留在60%,這一次vooc無線閃充有了大大的提升,跟有線充電就差不太多了。這一代無線充電除了功率數字上的提升,在轉化率發熱上,實用性的提升纔是更令人可喜的。

穩定功率25W,兼容Qi協議,這些都是vooc無線閃充的亮點。

其實無線充電的場景都是坐著的場景,大功率固然好,但不是那麼重要,主要還是控制好發熱,辦公的時候不要拿起來溫度比較高,這個比較重要。

vooc在控制手機發熱上一直都有一套,到時候看具體的產品表現吧。

除了以上兩個旗艦機的賣點,其實這次更重要的是發布了30W的VOOC4。

VOOC3在19年完成了非常重要的,為中低端機型保駕護航的任務,尤其是在千元機上面,vooc3靠著亮屏快充和穩定的功率,是一個強有力的賣點。

如果說SuperVOOC2.0是船的推進器,VOOC4就是船的錨點。30分鐘能把4000毫安充到50%,76分鐘充滿,最高5V6A,這就是在未來一年OPPO的主要競爭點之一了。

發布會上說會在OPPO K5上得到應用,我非常期待實機的表現,之前OPPO就是用穩定的VOOC3在千元價位站穩腳跟的,相比各種18W,VOOC3的表現還是很受認可的。

可以說沒有VOOC3就沒有OPPO在印度和中國的線上千元機市場高歌進取的表現。

這一次發布會挺有料的,帶勁。

最後,有VOOC4的手機是3C的電芯,這就意味著只要搭載了VOOC4的手機,電池素質一定不會差。


電力是人類現代文明裡最偉大的發明之一,它在使用和傳輸的過程裏都非常高效和清潔,而且在未來我們也完全可以做到全部清潔能源發電,我們的生活中由電力驅動設備也越來越多,消費電子產品尤甚。

不過如何存儲電能一直是我們面臨著的首要問題,不像晶元那樣有著摩爾定律,可以在短時間內性能翻倍,我們目前存儲電能的技術,全都離不開化學,但它的進展相對來說實在是太過緩慢。

隨著性能的提升以及在 5G 的時代為了支持 5G 所額外需要的功耗,如果不做額外的準備,那麼續航焦慮只會更嚴重。要解決續航焦慮,擺在面前的只有三條路:

  • 增大電池容量
  • 讓充電更加便利無感
  • 提高充電速度

第一條路很簡單粗暴,但無可避免會伴隨著體積和重量的增加,畢竟提高電池的能量密度也屬於化學,暫時不會有太大的進展。

第二條路最主要的一個方向就是無線充電,確切的說是可定向的,大規模無處不在的無線充電。也就是說你的手機電腦不需要再專門找個插頭連一根線去充電,而是用完隨手一放就能進入充電狀態,甚至在用的時候也可以充電。

這一條路的指導思想就是:本機續航短無所謂,充電慢也沒事,發展到後邊甚至會變成自帶電池只能支持較短時間的使用,大部分時間都是直接無線從周圍取電。

想法很好,不過大規模部署無線充電配套設備很難,而且遠距離定向的無線充電技術發展也不那麼順利。

最終,一切都將我們指向了最後一個方向:提高充電速度。

不過這並不代表著做快充是一件容易的事,要不然這麼多年手機快充早就該普及,也不會有什麼「五福一安」的說法了。

快充有兩個最大的難點:

  • 充電效率不夠高就會有嚴重發熱,影響安全
  • 電池本身是否能支持高倍率充電

先來看看充電效率的問題:

我們都知道,電源插座上 220V 的交流電是沒有辦法直接給電池進行充電的,首先需要一個電源適配器,將 220V 交流電轉換為低壓直流,比如這一次 oppo 的 65W SuperVOOC 2.0 實際上指的就是它的電源適配器可以輸出 65W 的最大功率。

在這一部分,我們經歷了第一次的電力轉換,因此也需要面對第一次的發熱問題。在之前,我們見到 65W 電源適配器基本都是在筆記本電腦上,儘管這幾年體積已經逐漸變小,但還都會比手機的充電器要大得多。

這都是因為傳統的 MOSFET 電源適配器受限於材料的功率特性,功率轉換效率相對較低,效率低就意味著有更多輸入的能量沒有被轉換成電能,而是以熱量的形式被散發出去,而且電源適配器也幾乎不可能擁有主動散熱,所以為了保障安全,那麼就只能通過增大適配器體積去提高表面積,最終保障散熱效果和安全。

這一點其實困擾了廠商很久,功率 IC 在 1985-2015 年近 30 年來的效率提升僅從80% 提升到了 90%, 好在最近這幾年,我們已經有了解決方法,那就是 GaN 氮化鎵,通過 GaN 我們就可以實現 95%~99% 的效率。

而 oppo 在 SuperVOOC 2.0 上使用的就是 GaN 氮化鎵,也由此成為了第一批使用 GaN 電源適配器的廠商(包括第三方電源適配器廠商),也是第一個使用 GaN 適配器作為手機配套適配器的廠商,所以 SuperVOOC 2.0 的適配器雖然是 65W, 但體積遠小於傳統的 65W 適配器,體積接近之前的 18W~30W 充電器。

而第二步的轉換來自手機內部,傳統的單電芯設計需要通過高電壓+低電流的充電方式輸入,如果你認真看過的話,就會發現這種充電器輸出電壓一般是 9V~12V,所以如果想要給手機電池充電,就需要在手機內部降壓到 3.0V~4.4V, 那麼這一層轉換就又會帶來額外的發熱。

而 oppo 從 2014 年第一次提出 VOOC 概念,就選擇了低壓大電流直充方案,充電器直接輸出電芯需要的電壓,沒有了手機內的降壓環節,就能避免額外發熱,提高充電速度,所以你會發現 65W 的功率是由 10V 6.5A 來實現的。

通過外部和內部的共同努力,這一次 SuperVOOC 2.0 就解決了充電過程中轉換帶來的效率損失,以及發熱問題。

那麼接下來需要解決的就是電池本身的充電速度了。

在 2018 年,oppo 量產的 Find X 超級閃充版上我們見到了 SuperVOOC 雙電芯串聯直充方案量產,在充電時能通過同時給兩塊電池讓總充電速度提高,而在放電時可以利用電荷泵將雙電芯的電壓減半,兼容當前的手機晶元組。

目前最新的 SuperVOOC 2.0 也沿用了這樣的設計,首先雙 BTB 介面結構分離了充放電電路,所以充電路徑變短,降低了充電電路部分的內阻。其次,內部電池實際上是兩塊2000mAh (約為 9Wh)的電池串聯,電池採用的也都是支持 3C 大倍率充電的電芯,它的電芯阻抗更低,所以在充電過程中的溫升也更低。

通過以上的努力,SuperVOOC 2.0 最終就能實現最高 65W 這樣以往不可想像的快速充電能力。

在測試的視頻中也能看到,前 5 分鐘都能保證 65W 級別的輸入,對於電池來說實現了 3C+ 的充電倍率,只需要 5 分鐘就可以充電近 30%, 真的是做到了充電 5 分鐘,喫雞 2 小時。

而在 5~8 分鐘,充電功率能保持在 55W 級別,所以 8 分鐘能充電 40% 還多一點,這前 8 分鐘也是 oppo SuperVOOC 2.0 勢頭最猛的時間。

從 8 分鐘之後,輸入功率會變為 45W, 然後隨著電池逐漸充滿而慢慢下降來保護電池,不過由於 oppo VFC涓流充電優化演算法的存在,最終也只需要 30 分鐘左右就可以充滿。

在這樣的情況下,其實手機的本身續航我甚至都已經可以不在意了,畢竟關鍵時刻只需要找到一個插座,充電 5 分鐘就可以再戰幾個小時,每天固定的充電時間甚至都可以省去。

更何況這是一個在 10 月 Reno Ace 上就可以量產發售的技術,到時候我也一定會詳細測試它的功率變化,還有充電時的溫升情況,我們到時候見。

差點忘了,oppo 還發布了一個 30W 的無線充電方案

確實沒看錯,30W, 而且還是無線。

無線充電的接受程度已經越來越高,但最大詬病還是一個字,慢。我找了一下之前的截圖記錄 iPhone XS Max 花了整整 2 個小時,只充了差不多 40% 的電量,還是隻適合沒什麼要緊事的情況。

而 30W 的無線快充則意味著它幾乎和有線快充的速度是一摸一樣的,同樣 40% 的電量只需要不到 30 分鐘就可以搞定,在很多情況下已經可以代替有線,讓人不會因為擔心充電速度而選擇插一根線充。

那麼問題來了,溫度和兼容性怎麼樣?

其實無線充電的發熱大頭與有線充電發熱也是類似的,因為手機內部的空間有限,內部負責接收的無線充電線圈體積也是有限的,所以如果通過提高電流的方案增大充電功率,那麼直接就會導致充電線圈快速升溫。

因此在手機這樣尺寸的產品上,實現無線快充只有靠提高電壓。而傳統的方案之中,負責接收的無線充電線圈將會輸出 20V 的高電壓,手機沒有辦法直接接收充電,還是需要手機內部的充電電路進行轉換,這樣就會導致高壓差,高損耗,高發熱。

oppo 提到無線 VOOC 閃充 採用的是 20V 1.5A 的方案,在傳輸到手機之後將會由一個全新定製的隔離型電荷泵進行分壓,轉變為10V3A對電池進行高效率的高壓直充,避免損耗和發熱,同時還支持無線充電板和手機無線充電線圈之間的實時通訊調節,能更好的控制整體充電過程。

這樣的隔離型直流充電隔離(Cap divider)方案,可以在電流輸入和輸出之間加入區隔帶和安全閥,保證電池不會過充,也可以避免高壓引爆的安全隱患,是目前第一個隔離性電荷泵方案。

在這樣的前提下,30W 的無線 VOOC 閃充最高溫度不會超過 40°C, 所以 oppo 保證充電過程中即便隨時拿起也不會覺得燙手。


65W 的有線快充+30W 無線快充,oppo 再次展示了它在充電技術上的投入和成果,畢竟:

「它強任它強,我敢量產上」

下個月的 Reno Ace 實在是太讓人期待了。


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