銷量過億！華為40W超級快充是怎麼煉成的？_風聞

【導語】本文介紹了華為40W超級快充背後的黑科技，之前發表在“菊廠搞機”公眾號。手機的充電一直是熱門話題，現將此文重新發出，幫助更多網友瞭解實情。

“超級快充銷量突破1億！產品包括超級快充手機、移動電源、車載充電和單獨銷售的充電器！”

六月的上海MWC，華為手機產品線總裁何剛向外界宣佈了華為超級快充產品的最新成績。

華為超級快充，誕生於2016年11月的Mate 9，三年來深受消費者喜愛。

2018年9月，華為Mate 20 Pro更是將這一超級快充升級到40W。目前，40W超級快充已經普遍用於P30 Pro，nova 5，nova 5 Pro，榮耀Magic 2等手機，和超級快充移動電源、車載充電等產品，幾乎深入消費者生活的方方面面。

那麼，華為40W超級快充到底牛在哪裏，我們今天就來聊一聊：

·        華為40W超級快充是什麼原理？

·        電荷泵是什麼神操作？為什麼能夠做到近乎100%的充電轉換效率？

·        為什麼華為超級快充又快又安全？

**1.**手機快充的原理

智能手機剛開始興起的時候，電池容量比較小，低功率的充電器（5V/0.5A，5V/1A）就可以滿足充電的需求。

隨着電池容量的大幅度提升，普通充電器無法滿足需要了，於是快充應運而生。

手機充電原理，實際就是從高電壓的充電器，向低電壓的電池輸入電荷。

類似於水塔向水龍頭放水，從高水位的水塔（充電器），把水（電荷）輸送到低水位的水龍頭（電池）。

要想水龍頭出水更快，要麼把水塔裝得高一點，提升壓強差從而讓水流得快一點；要麼把水管換大，讓相同時間內的水流得多一點。

基於這個簡單原理，手機快充也有兩個方向：

第一種就是高壓快充

高壓快充通過充電器將輸入給手機的充電電壓從5V提升到9V或者12V，甚至更高，相當於把水塔安裝高一點從而加快速度，如9V/2A，12V/2A快充。

第二種就是低壓大電流

低壓大電流快充相當於把水管換粗一點，讓單位時間的水流更多。如華為SuperCharge的4.5V/5A或5V/4.5A。

華為在Mate 9上率先應用SuperCharge（超級快充），使用華為自有SCP充電協議，充電功率達到22.5W。

Mate 9和SuperCharge

那高壓快充和低壓大電流快充分別有什麼優點和缺點呢？

高壓快充的好處是直接兼容市面上的主流手機，手機電路不用做調整，充電線也不用更換，無論是MicroUSB還是Type-C都能使用。

所以芯片廠商提供的充電方案，一般走這種路線。

高壓快充的缺點就是充電的轉換效率比較低，因為9V充電器充電時，需要在手機端將電壓轉換為電池電壓（3.6V-4.4V），目前最高水平的轉換效率也就94%左右。

這就意味着，在手機端轉換時損失的能量都變成了發熱。當手機充電芯片監測到充電過熱時，充電器就會降低充電功率，快充變慢充。

華為SuperCharge低壓大電流快充方案，採用4.5V/5A或者5V/4.5A輸出，跳過了手機端的電壓轉換，直接從充電器輸出電池電壓和最大充電電流。

華為SuperCharge不僅達到手機充電的最大功率，而且從源頭減少了一個發熱源，又快又安全。

當然，華為SuperCharge由於充電電流提升到了Type-C的最高電流5A（USB3.1的規定），對充電器、充電線、手機和電池都提出了更高的要求：

**1)**充電器方面：220V市電到4.5V或5V的電壓轉換全部在充電器完成，所以充電器的轉換效率和散熱很關鍵，否則要做成筆記本的充電器那麼大了。

**2)****充電線方面：**普通充電線纜一般只支持2A電流，那麼5A的充電線肯定要加粗了。

**3)****手機方面：**整個手機的通路要基於最高電流5A充電來進行設計，否則手機承受不了這麼大的電流，還會發熱降低用户體驗。就像冬天，我們在家裏使用大功率的電火鍋，如果插座線太細了，就會發熱很厲害，甚至發生火災（下文第三點我會詳細分析這個原理）。

**4)****電池方面：**華為SuperCharge對手機電池也有要求，不僅要支持快充，還要保障電池循環壽命和能量密度。

華為SuperCharge低壓大電流快充方案，從充電器、充電線、手機和電池四個方面進行全方位改造，相當於汽車換掉整個底盤和發動機系統，需要深厚的技術積累。

當然，低壓大電流的整個充電方案，成本會增加很多。

這就是為什麼一般的廠商都不採用這種方案。

綜上所述，説華為SuperCharge高上幾個段位，也不為過吧。

2. 創造性引入“電荷泵”技術，

**完美化解高壓和大電流的矛盾，**突破智能手機快充極限

問題來了！

那有沒有一種辦法既能高壓充電，

又能使用大電流，

還能保證像低壓充電一樣不發熱呢？

還能兼容22.5W的華為SuperCharge呢？

想想在手機寸土寸金的機身上，這麼完美的事情，怎麼可能呢？

但是，這難不倒華為的工程師！

前面提到，華為SuperCharge的4.5V/5A充電輸出，已經達到了手機充電的極限值了。

如果要實現更高的充電功率，要麼從手機電池上下功夫，要麼從手機的充電電流上想辦法。

之前有些廠商採用雙電芯串聯的方法，就是手機裏裝2個電池，直接按兩路給手機充電。這種方法的結果消費者顯而易見，就是手機充電速率幾乎快了一倍，但缺點也較多：

1）對電池容量犧牲太大，因為雙電池封裝和電池保護板浪費了空間。

2）手機上大多數部件都是按照單電芯電壓來設計的，雙電芯在放電時需要多增加一級DC/DC降壓電路，浪費了近10%的轉換效率。

3）增加了待機電流。

而華為工程師則想到了一個神操作——電荷泵！

電荷泵，是一種直流-直流轉換器，利用電容器為儲能元件，用來進行電壓轉換。

其基本原理類似於抽水馬桶的水箱：從樓頂的高位水塔將水蓄到水箱，水箱再利用大口徑的水管，快速大流量地衝進馬桶。

在這個過程中，水（電荷）是沒有損失的。

也就是説，電荷泵的轉換效率幾乎達到100%！

華為40W超級快充，正是利用電荷泵原理，將**電量通過4A的通道送進手機，**進入Type-C這個“緊箍咒”（限流5A）之後，再由電荷泵將充電電壓降到5V左右，同時將電流從4A提升到8A，給電池進行充電。

逃過Type-C充電口5A的“緊箍咒”！

10V/4A****變5V/8A！

電荷泵實現近乎100%的充電轉換效率！

突破手機充電極限，直接提升到40W！

仍然是低壓大電流的安全快充！

簡直是“偷天換日”的神操作，有木有！

**3.**苦練內功

——對整個手機充電通路進行大幅阻抗優化，

是實現華為40W超級快充的先決條件

那麼是不是隻要 “偷天換日”的靈感就夠了呢？

當然不是！

根據體育老師教的焦耳定律，發熱量跟電流的二次方、電阻成正比。

前面講到的電火鍋，由於功率大，工作電流也很大，這個時候根據焦耳定律，必須把電線的阻抗降下來，才能減少發熱量。

這就是為什麼家裏電火鍋、空調、電暖器等大功率電器都需要選粗線徑插座的緣故（電線越粗，電阻越小）。

言歸正傳，從火鍋回到華為40W超級快充。

華為40W超級快充在手機內部相當於5V/8A充電，那麼充電電路阻抗必須降到足夠低，才能抵消8A帶來的發熱。

根據焦耳定律，從22.5W超級快充的5A提升到40W超級快充的8A，發熱量足足增加至2.56倍（=8²/5²），也就是意味着手機充電電路的阻抗需要降低60%，才能抵消充電電流提升引發的發熱量。

要知道，為了適配4.5V/5A的SuperCharge，華為在Mate 8充電電路的基礎上（目前其他廠商的水平），已經將Mate 9/Mate 10系列的阻抗降低了超過80%。

而華為40W超級快充，則相當於要求在Mate 9/Mate 10的基礎上，將充電電路阻抗再降低60%。

這相當於重新設計了整個手機充電電路。

據研發工程師介紹，華為基本上對40W超級快充電路的每個元器件，都進行幾個毫歐幾個毫歐的摳，才摳出來這挑戰的60%（更高階的元器件也就意味着更高的成本）。

這就是華為苦練的內功，為了質量和體驗，一定要將自己逼到極致，做出最好的水平！

**4.**冰山下的創新

——從多層散熱設計到石墨烯和VC液冷散熱，

實現最佳温控體驗

除了解決電壓轉換和焦耳定律兩大發熱源，散熱的設計也同樣重要！

在這些消費者看不見的冰山之下，華為也一直在嘗試各種各樣的改進和創新。

比如Mate 20 Pro採用了8層高導熱散熱層，利用銅合金屏蔽罩、三層石墨、鋁合金前殼等材料，將快充時產生的熱量迅速傳導、散開，使手機表面温度更均勻，温升更低。

除此之外，還對關鍵器件如內部充電芯片增加導熱膠輔助散熱，實現快速降温。

值得一提的是，Mate 20 X以及最近首個拿到中國5G入網許可的5G版，引進了兩項散熱黑科技：石墨烯和VC液冷散熱技術。

**5.**讓手機和充電器“對話”，

六重安全智能防護網，

保障手機快充安全

除了發熱設計和散熱設計，智能監控也很重要！

華為Mate系列從Mate 9 開始就採用了5重安全防護網設計，從充電器、Type-C連接器、智能充電芯片、電流分流器到電芯，能夠實時監控電壓、電流和電池温度，並做了過流/過壓/過熱保護。

華為40W超級快充的手機則將五重安全防護網升級到了六重，在上圖的基礎上，增加了電荷泵的智能監控。

華為超級快充協議SCP能夠實現手機和充電器的“對話”，當手機温度過熱時，手機會通知充電器智能調節電壓和電流。

華為SuperCharge還有一個獨門秘技就是 “智慧感温系統”，它能夠精確感知手機温度，避免温度調控系統的誤判。

這個獨門秘技能夠讓手機充電在最安全的條件下保持最高的充電功率。

**6.**德國萊茵TÜV安全認證，德國免檢品質保障

最後，必須説一下德國萊茵TÜV的安全快充認證。

德國萊茵TÜV（德國技術監督協會）是德國權威的第三方認證機構，也是德國汽車官方年檢機構，迄今已經超過145年曆史，服務的領域大到航空航天軌道交通，小到一支筆一頁紙。

在德國生活工作過的朋友都知道，一旦獲得TÜV認證就相當於獲得了免檢令牌。

搭載華為SuperCharge的Mate 10，是全球首款獲得德國萊茵TÜV安全快充認證的智能手機。

毫不例外，採用了40W超級快充的Mate 20 Pro/P30 Pro/nova 5系列/榮耀Magic 2同樣通過德國萊茵TÜV安全快充認證。

德國萊茵TÜV安全認證系統，從電氣安全、充電速度、充電兼容、環境條件的四個維度進行完整驗證，覆蓋充電器、線材、IC、電池及終端五個方面。

德國萊茵TÜV還制定了十分嚴苛的認證條件，許多測試標準都遠遠高於國際規範，如：

·        1000次智能手機充放電循環測試

·        600次電池快充快放循環測試

·        10000次帶電狀態下的充電端口插拔測試

·        歷經-33℃和+55℃極端温度靜置後的充電系統測試

·        跌落後的電池倉安全性驗證

·        不同供應商製造的充電器和線材的兼容性測試

·        等等，安全測試項目超過30項。

你以為這就結束了嗎？當然不是。

除了30多項安全測試項目，萊茵TÜV還要對手機制造的整個生產工藝流程進行檢驗和評估，甚至連包裝的環節都不放過。

華為內部員工笑稱，這不僅僅是一場認證，更是一場智能手機快充和電池的“安全大考”。

小秘密：掃一掃包裝盒背部二維碼，可以查詢萊茵TÜV證書

可以説，華為40W超級快充又快又安全，真是黑科技滿滿：

·        電荷泵“偷天換日”，將手機充電功率直接提升到40W！

·        苦練內功，優化整個手機充電通路，大大減少發熱源，領先N個段位！

·        用户看不見的“冰山下”堅持創新，引入全新散熱技術！

·        六重安全防護網，“智慧感温系統”，全方位保障充電安全！

·        德國萊茵TÜV快充安全認證，德國免檢品質！

最後，你讀懂了嗎？

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【End】

“菊廠搞機”編輯部出品