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充电5分钟，通话两小时？OPPO洗脑广告里的VOOC闪充到底是什么？2022-02-09 17:45·天马科技本文叙述的VOOC闪充技术与同属OPPO的SuperVOOC技术是两条有差异的技术路线，请勿混同。铺天盖地的广告VOOC从何而来？它的原理是什么？它实际充电表现如何？7年过去，让我们拨开绿厂当年精心设计的营销话术的层层迷雾，通过实测，来看看VOOC的素颜到底如何。VOOC闪充成为了OPPO手机的长青卖点提高充电速度的方法有两种，一是提高电压，二是增大电流。以高通QC2.0为代表的高压方案，通过提高充电器输出的电压，增大了充电功率，给移动设备的充电带来了革命性的变化。但每一场科技革命都伴随着代价，而高压方案的代价就是：严重的发热。我们回顾一下前两章的知识：手机电池单颗电芯允许的最大充电电压一般不超过4.45V，因此充电头输出的电压要经过手机里的充电芯片降到4V左右，才能安全充电。而QC2.0将充电器输出电压一下子拔到了9V，导致手机芯片降压的负担骤然增加，降压的效率降低。假设一颗充电芯片的降压效率为85%，如果给它输入18W功率，那么只有接近18*85%=15.3W的功率进入电芯，而剩余的18-15.3=2.7W左右的功率，只能以热量的形式白白耗散，更糟糕的是，这每秒2.7焦耳的热量堆积在机身，导致手机十分烫手。意识到高压方案的缺点后，一位工程师想改变这一切，他想尝试一条截然相反的路线：低压大电流方案。工程师名叫张加亮，他在被戏称为“绿厂”的OPPO工作。张加亮的构想是，既然降压过程会导致发热增加，那么能否不用降压芯片呢？他没有选择提高电压，而是改用增大电流的方式来提高功率。这就好比用充气泵来充气球，高电压就是加大力气按压泵，让气体流通的速度加快，而大电流就像增大充气管子的管径，这样相同时间内能容许更多的气体通过。张加亮张加亮向公司报告了这个想法，却遭到了公司上下的一致否决。理由也很简单：其他厂商都准备用高压方案，我们为什么还要不走寻常路呢？更何况，他的想法说着容易，实现起来却困难重重。抛开技术研发不谈，这项改动所需的成本就不菲，充电器、线材、手机接口、乃至芯片统统需要重新更换甚至定制。张加亮只能自己干，他向福布斯记者透露，由于初期不被公司认可，这个项目的研发经费只能自掏腰包， 甚至公司的实验室也只能在工作时间外使用。为了方便，他在宿舍另搭了一个实验室。他拉上三个同事，买来了实验所需的芯片等材料，下班后就闷头搞研发。2013年，当这个业余兴趣小组将研发成果向同事们展示时，当初反对这个方案的人被这充电速度震惊了。经过层层审核，张加亮的直接上司，即OPPO COO曾元清决定，将这个充电方案用在下一年的旗舰系列：OPPO Find 7 中。最后，意识到这套方案潜力的OPPO CEO陈明永拍板，OPPO Find 7 全系标配 VOOC 闪充。对于VOOC闪充这个名字到底是什么意思，官方给出了一个看起来有些牵强的全称：Voltage Open-Looped, Multi-Step Constant-Current Charging （开电压环，分段恒流充电）。当年的绿厂就是这样别扭，营销还停留在一种奇怪的理工科思维当中。例如说，前期VOOC闪充的卖点居然是电池的金属触点个数比常规电池翻倍。“多一点触动，多一种可能”、“8个金属触点，就是VOOC闪充”这些广告词让不知情的读者如云里雾里，得看完官方发的一整张长图才能明白这些话是什么意思。最后还是靠通俗易懂的“充电5分钟，通话两小时”才一统江山。OPPO这巷子实在太深，要不是沈义人团队的神来一笔，VOOC闪充的酒香恐怕就要埋在这深巷中了。啥玩意?啥?哈?不过，营销并不是今天的主题，巷子深不深的问题姑且留给商业分析师去探究。我们要做的，是验一下VOOC这坛酒到底真不真。VOOC闪充一出场就宣传能实现最大22.5W功率的充电，充电头上标称5V 4.5A的参数也让人惊掉下巴。等等，不是说Micro-USB最大只能通过2A电流么？VOOC是如何实现4A大电流的呢？我们回到第一款采用VOOC技术的手机：OPPO Find 7，先从它的Micro-USB口看起：特殊设计的Micro-USB接口正常情况下， Micro-USB接口一共有五个引脚（pin），其中四个对应我们的老朋友：VBus（电源总线）、GND（地线）、D+和D-（数据线），还有一个ID引脚，用来给OTG识别设备类型。但 Find 7 的引脚却有7个，为什么呢？原来，绿厂魔改了Micro-USB接口，把 VBus和GND的引脚数量翻倍了，这样能通过的电流就变得更大，再把的线芯加粗（同类的两个引脚连到同一根线上），理论上能承载的总电流就能翻倍了。供电引脚(VBus、GND)数量翻倍再来看下官方大书特书的电池。Find 7的电池是可更换设计，根据官方给出的对比图，电池的触点也比常规的电池做了翻倍，有人猜想这块电池可能包含了两颗并联电芯，或者里面经过特殊设计等效于并联，不过没人拆过OPPO Find 7的电池（警告：私拆电池危险！）。不管怎样，经过设计，理论上能进入电池的电流也翻倍了。电池的供电触点翻倍……感受下这土味slogan这样一来，VOOC闪充的原理就能说得通了：通过包含定制芯片的充电头配合魔改的数据线，使得充电头最大能输出4A左右的电流，到了手机后，电流分成两路，给手机电池充电，这样就能实现理论最大22.5W的快充。值得注意的是，虽然VOOC的充电头标注的电压是5V，但实际充电时，输出电压通常低于5V。输出到达手机时电压只有4.37V这是为什么呢？原来，手机和充电头中各内置了一颗单独的芯片，通过充电头直接与手机通讯，手机实时向充电头报告电芯的电压，充电头也实时计算和调节输出电压，使之到达手机电芯后能直接充电。绿厂宣称，这样的做法能避免使用手机内部的降压电路。前面我们已经知道传统的降压电路会产生明显的发热，如果不用降压电路，那么就不会产生这部分的热量。常规充电，降压过程会产生热量VOOC闪充，降压过程被移出手机，放到了充电器上也就是说，充电器已经帮电池把电压降好了，不必再劳神手机里的电路再去降压了，就像妈妈已经帮孩子把食物处理成糜了，充电器（妈妈）直接往电芯（孩子）嘴里送电流就行了，不需要孩子再咀嚼（降压）。这就是绿厂宣称的所谓“直充”技术。当然，“直充”这套说法也容易引发误解，绿厂系的营销文案宣称直充“无损耗”和“不发热”，但事实上，其中一部分电能要通过电源管理芯片供给手机使用，还有一部分因为元器件和线路自身的电阻而不可避免转化为热损耗，因为电流较大，所以一定会产生热量，因此绿厂一直在追求低电阻的元器件。另外，或许是因为使用的电池技术不成熟，难以经受大电流，初代的VOOC闪充也带来了电池老化加速的问题，不少 Find 7 用户在网上反映电池用着用着续航就尿崩的情况，与绿厂宣传的“不伤电池”有出入。某物理带学家率先在手机内实装超导材料但不管怎样，总体来说，“直充”技术相比早期的高压方案，在控制发热方面确实有着天然优势。要实现这样的直充方案，几乎每一处硬件都需要特殊定制，可见绿厂为了做到“充电5分钟，通话两小时”下了很大决心。然而，如此带来的问题是，从充电头到充电线，乃至手机端，都是绿厂私有的定制件，要激活VOOC快充，就必须使用绿厂特制的充电套装，否则只能以低功率进行充电，充电器或者线材坏了基本上只能从OPPO官方购买（有少量授权的第三方充电头和线），否则只能去买没有安全保证的破解线。这种对于私有协议的争论，一直持续到现在。问题来了，绿厂把VOOC吹得那么厉害，那实际充电表现真如他们说的那么快吗？遗憾的是，当年科技媒体对充电的测试程度普遍没有今天那样详细，我以前也没有使用过OPPO手机。为了彻底弄清楚VOOC，我自购了一台2016年发布的 OPPO R9s 手机，使用手机App（Charging Monitor）记录和外接Power-Z KT-002电流表两者同步测量的方式，测量手机从1%充到满电状态的全过程，记录下各自的电压、电流、电量变化以及手机的温度。OPPO R9s 充电过程和功率在室温24摄氏度情况下，5分钟能充到30%左右，半小时充到70%左右，1小时31分UI显示100%电量，1小时49分，手机App显示输入电流为0，充电器仅给手机运行供电，充电结束。需要注意的是，我这台手机经过前主人使用，电池有一定老化，所以测出来的结果与全新机有差别，每次充电表现也有差异，时间仅供参考，看看就好。这里主要关注的是充电阶段：VOOC闪充的几个阶段一、分段恒流阶段（也就是“闪充阶段”）：此阶段VOOC直充电路连通，不使用降压芯片。充电器和手机时刻保持通讯，即时调整充电器输出的电压，使其不需要经过降压即可输入电池。恒流阶段也分为三段：1.恒流 第一阶段 3.5A充电电流迅速增大到3.5A左右，然后又迅速降低到3.0A附近，充电器最大功率约18W，此阶段大概完成前10%的充电。绿厂敢喊出“充电5分钟，通话两小时”的底气大概就来自于这一阶段。2.恒流 第二阶段 3A充电电流缓慢下降，但维持在3A附近，此时充电器功率约15W，此阶段大概完成10-35%左右的充电。3.恒流 第三阶段 2A电量到达35-40%时，电流骤降到2A左右，功率维持在10W左右，此阶段大概完成35-60%的充电。二、恒压阶段电量到达60-65%时，VOOC直充电路断开，闪充结束。若干秒后电压恢复到5V附近，手机内部的降压电路开始工作，进入恒压模式。此时，充电电流从1.5A逐渐下降到0，一直维持到充电结束。遗憾的是，尽管我手上的这台R9s的充电器标称最大输出电流为4A，然而充电时没有达到宣传的4A最大电流。可以看到，VOOC的充电经过了三段的电流变化，3.5A→3A→2A。这种分段恒流方式的好处是可以尽可能延长闪充时间。恒流阶段结束后，VOOC直充电路会有一个断开的间隙，随后切换到传统的充电电路进行恒压充电。在恒流阶段因为有VOOC技术加持，充电速度相当惊人，半小时便能充到60-70%。现在看来可能不算什么，但在当时手机界充电功率普遍10W不到的大环境下，这样的速度可谓是一骑绝尘。而相比之下从70%充到100%的过程就显得有些漫长了，比前70%的用时还长。这是因为充电进入了恒压阶段，充电电流逐渐减小到零，充电速度逐渐放缓。OPPO.R9s充电时温度变化最值得注意的是温度数据，在室温24℃的情况下，在充电前我故意让手机暖暖身子，让电池在自身温度为28℃时开始充电，结果非常令人难以置信：电池最高温度出现在约8分钟时，仅为30.2℃！这样的温度手摸上去甚至连温热感都没有，更别说在R9s这金属背板上，摸起来甚至是冰凉的。实际算下来，如果加上在线材、USB接口等地方的损耗，VOOC闪充阶段总的损耗（充电头输出的功率减去实际输入电芯的功率）仅有10%-15%，而作为对比，QC2.0在快充阶段的损耗高达25%-30%（使用单颗高通充电芯片），当时的QC 2.0快充，在室温和不到18W的功率下，散热不好的手机温度就奔着40°C去了。从实验可以看出，VOOC的优势除了能在短时间内从低电量快速回血，还有一个杀手锏：充电时发热量相对较小。这样的温度控制无疑给了用户一种“安全感”，也成了OPPO线下导购的一个有力卖点。快充战争的第一阶段，大电流方案取得了技术路线上的领先，但没有人能说自己彻底赢下了这场战争。 一方面是因为高通急速扩张的手机芯片市场份额使得QC2.0技术搭上了顺风车，高通开放技术授权，允许制造商生产兼容QC2.0的充电器，这样QC2.0充电头便能在市场上大量铺货而不局限于哪一家厂商。而当时联发科、华为等厂商出于兼容性考虑不约而同地也选择了高压方案。另一方面，当时移动市场的霸主——苹果，选择了按兵不动，仍旧坚持12W的功率，它似乎一直在等待着什么的到来。只是这一按，按到了2017年。当然，低压方案的优势也引来不少厂商效仿，根据张加亮的说法，VOOC推出后，不仅是同行，就连一些芯片厂商也跑来打听VOOC的技术细节。这些对低压方案的探索之后我们还会讲到。可混战之下，遭殃的是用户，他们要么忍受着充电发烫的手机，要么只能选择一套私有的，连配套的充电宝都只此一款的充电套装。更糟心的还有兼容问题：除了三星AFC快充一直兼容QC，各家快充方案互不兼容，即使是同属高压阵营的QC2.0和PE+，也不能互相激活快充，更别提全套定制方案的VOOC的兼容性了，一旦用错充电头，用户可能将忍受四小时慢充的煎熬。虽然后来出现了多协议充电头，但时至今日，兼容性问题仍然是一个难以根除的痼疾。这一切的根源其实都是从这场战争发端而来。然而，这场战争并不会因为用户的抱怨而停止，厂商为了抓住用户的眼球，往往会忽视他们的真实需求，更不会单纯为了用户的需求而选择和解或联合。高压方案遭遇短暂的挫折后，马上又带着两套新的大招杀回了战场。在讲这两套大招是什么之前，我想先聊聊当快充战争即将进入白热化阶段的时点，最应该站出来调停这场战争的USB-IF组织，此时到底在干什么？后记：VOOC闪充的装置最初使用的是充电头和线相连的形式，一个体型硕大的充电头拖着一根不能拔出来的线，非常不便携(我没买Find 7，就是因为这个玩意的充电装置压根没法连到电流表上)。初代VOOC充电头(右)后来改为头线分离的形式，充电头和数据线使用魔改的 USB Type-A 口连接：在 A 口额外加入一个触点，数据线一端连接一颗定制的芯片，作为线材类型识别，只有通过识别的线材才能进行VOOC闪充。类似于以后我们会提到的E-Marker芯片。但是VOOC的这个识别触点并没有连到手机上，不具备通讯功能。A口增加一个线材识别的触点一加的DASH闪充技术是VOOC闪充技术的变体，顺应时代改为了 Type-C 接口。后因商标纠纷不再使用DASH这个名字。这篇文章技术内容稍多，是因为以前还没有人对VOOC闪充进行一个系统性的总结。本着把问题彻底弄清楚清楚的想法，把VOOC能测的地方都测了一遍。还有一部分比较硬核的内容(例如手机和充电头如何通讯、恒流阶段为什么要分成几段、转换效率的估算等等)因为我的水平和篇幅限制很难说清楚。另一些涉及OPPO商业秘密的细节我不能，也不敢获得。行文不足之处，还请多担待。部分图片来自互联网。本文整理自酷安@Katmai。这里是天马科技，分享各种干货，期待你的关注。
2024年12月05日，研究生不像本科生一样，平时与好友的聚餐也会变多。正常而言，如果只是吃吃饭，不喝酒的话，那你一次吃饭在70.80元左右的样子。
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