充电杂谈No3：快充协议如何工作的？

各位小伙伴们大家好，充电杂谈是充电头网新开设的一期栏目，主要吐槽日常使用过程中遇到各种充电相关，前两期我们探讨了《充电杂谈No.1为何你的充电器老插不稳？》《充电杂谈No.2：快充到底是什么？》，今天栏目第三期我们来聊一下，充电杂谈No.3：快充协议如何工作的？

快充协议是充电器与设备沟通握手所需的“语言”，只有正确“对话”后，才可以“握手”成功，进行快速充电。我们一步一步来看不同的快充协议是怎样工作的。

一、旧式快充协议


几年前快充协议十分简单，简单到类似交通信号灯，幼儿园小朋友都可以通过颜色判断信号含义。设备与充电器不需要很“聪明”就可以读懂双方的需求，不管是研发难度还是物料成本都简单便宜。而快充协议的红绿灯，则是采用D+D-电压进行信息传输。

旧式快充协议都是使用USB2.0通讯接口，常见于USB-A接口。图片中是一个在移动电源上的USB-A输出母座，可以看到他与主板连接的只有四个引脚，其中两侧是用于传输电流的VCC、GND引脚，中间的是用于传输数据的D+、D-引脚。D+D-的“D”是数据Data的意思，充电端与接受电力的设备之间通过D+D-进行数据通讯，进而握手快充协议。

我们再来看看数据线，一般来说USB2.0数据线USB-A接口上只有4个触点，与USB-A母座定义相同，最外面两个是用来传输电流的，中间两个是用来传输数据的。VCC、GND较长，D+D-较短，那是故意设计，为了拔出时先断开数据连接，后断开电力供给。

1、APPLE2.4A


在大家都是5V充电的年代，iPhone直接充电只有5W，需要充电器有特殊的识别电阻才可以获得更大充电功率。图中PCB左边是两个USB-A输出口的焊盘，共用了一颗支持双路智能识别的协议芯片，iPhone插入后，协议芯片调整USB-A接口的D+D-电压为2.7V/2.7V，提供APPLE 2.4A的识别。而最右边的USB-A接口，则是简单地将D+D-直接连起来短接，提供DCP 5V1.5A的输出识别。

通过POWER-Z测试仪监测iPhone 8 Plus的充电，可以发现当前D+D-电压为2.66V/2.65V，接近APPLE2.4A识别协议的2.7V/2.7V，iPhone 8 Plus进入APPLE2.4A充电模式，功率达到12W。

2、QC2.0

进入QC2.0高压快充年代后，USB-A接口不再是简单的5V输出，而是可以升压至9V甚至12V电压获取大功率电力传输，这存在一定危险，什么情况才需要升压而不会烧坏设备？所以QC年代智能识别芯片做出了较大的进化，包含了多种不同快充协议，QC、FCP、AFC等等，同样是通过控制D+D-电压来进行轮询判断。例如QC2.0快充需要输出9V的话，D+D-电压就是3.3V/0.5V，需要输出12V的话，D+D-电压就调节为0.5v/0.5v，没有反馈就不进行升压，保持5V输出确保安全。

3、MTK PE


如果说QC2.0基于D+D-电压进行通讯的方式类似红绿灯的话，魅族手机采用的MTK PE快充则是类似打电报的摩尔密码，嘀——嘀嘀嘀——嘀嘀——嘀嘀嘀——嘀——嘀——这样进行通讯。PE快充不需要D+D-数据传输，甚至只有VCC GND的两芯数据线都可以成功使用并触发PE快充，并且PE的电流脉冲信号近乎于无损数字传输，不会像D+D-那样出现电压值误差无法触发快充的情况。

图中是POWER-Z USB测试仪抓取到魅族触发PE快充时的电流脉冲，可以看到电流的通断与间隔就像打电报一样进行信息传递，信息传递握手正确后，充电器输出电压从5V跳至7V再跳至9V。但PE快充太少众，市场占有率低没有话语权，配件选择面也少，甚至现在连魅族新机型都不再支持PE快充，这就是题外话了。

二、USB PD高级通讯协议

在进入USB PD快充时代后，充电器与数码产品的物理接口从USB-A口全面过渡到USB-C接口，USB-C接口拥有更多的Pin脚，支持更高的电力传输上限，并且完全不同于以往简单的D+D-识别，而是智慧式数据包双向沟通的手段进行更加复杂的通讯。如果说旧式快充协议是幼儿园学生看红绿灯过马路的话，USB PD快充协议就是两个成年人在进行微信聊天这种复杂程度。

我们来先看看接口的区别，USB-C物理接口满pin形态高达24个针脚，但用于充电不管多大功率，都只要USB2.0形态的12个针脚就足够了，满pin多出来的针脚是用于跑USB3.0/3.1/3.2/雷电等高速数据的，与充电无关，下面我们重点介绍一下USB2.0标准pin脚的USB-C接口。

可以看到USB-C用于电力传输的VBUS、GND一共有两对也就是4根针脚，除了支持正反面盲插外，多了一倍的针脚让他可以支撑更大功率的电力传输。在接口的中间可以看到D+D-这两个USB-A标准上的针脚，所以USB-C可以向下兼容数据通讯。而USB PD最关键的是CC针脚，CC线是USB PD快速充电标准用于信息交换的通道，没有CC针脚的话就无法进行PD快充。一些魔改USB-A口，虽然形态是A口，但中间新增了一根针脚CC线，所以可以在A口上跑USB PD协议。

USB-C通讯采用可编程语言进行双向通讯，需要用到高性能USB PD控制器，芯片体积、针脚数量、复杂程度都远超QC年代的协议芯片。下面我们通过POWER-Z USB测试仪抓取充电器与手机之间的通讯包，看看在充电过程中发生了什么事情。

1、PD2.0


USB PD快速充电标准现在已经发展到PD 3.0，数字越大的版本所支持的功能越多，我们先看看PD2.0。PD2.0快充支持固定电压档切换，可以根据充电器广播选择需要的固定电压。POWER-Z USB测试仪上可以看到，设备与充电器通讯后从5V3A跳转到了9V3A这个电压档进行充电。

我们再通过POWER-Z电脑端APP抓包看看，信息端口栏目分别是两个方向的传输，Source—>Sink、Source<—Sink。其中Source—>Sink是代表发射端向接收端发出的通讯，例如充电器对手机，Source<—Sink是接收端反馈信息给发射端，例如手机对充电器，搞懂了方向那我们接下来就能看懂他们之间的通讯方式。

USB PD通讯流程我们以PD 2.0充电器作为举例，线缆插上后供电端与设备并不是立刻开始充电，而是先打招呼，充电器进行广播PDO电压，充电器告诉手机，我支持5V2.4A / 9V3A / 15V3A / 20V2.25A四个固定电压输出。

手机接收到PDO广播信息后，先是反馈给充电器，告知需要5V2.4A这个电压档，充电器收到反馈后回复手机，电力已经调整至5V2.4A。之后手机充电器再互相通讯，手机请求调整输出电压至9V2A，充电器告知请求已经收到，正在调整至9V2A，这样完成一个通讯阶段。

2、PD 3.0 PPS

PD3.0 PPS与PD2.0相比原理接近，多了PPS电压子集。PPS电压子集是一组以0.02V跨度为调整幅度的供电电压集，可以精细地进行电压微调，让电荷泵快充、直充变成可能。

PD 3.0 PPS插入线缆后，充电器向手机发出一个数据包（PDO广播），告诉手机我是一个充电器，拥有5V3A / 9V3A / 12V3A / 15V3A / 20V2.25A四个固定PDO与5-11V3A / 5-16V3A两组PPS。手机接收到这个广播后，对充电器反馈信息，请求输出5V3A电压。充电器接受到电压调整请求，并告知手机已经调整OK，手机反馈说已经做好充电准备，开始5V3A进行充电。

在充电的途中，手机发出信息告知充电器，我需要调整电压，请求将输出电压调整至8.66V3A，充电器接收到电压调整请求，将输出从5V3A调整至8.66V3A。之后手机每秒发送多次调整电压指令，每次都告知充电器将电压下调0.02V，充电器也如实进行调整。

在经过了五百多次的通讯进行电压微调后，最终稳定在了7V3A这一个电压进行充电，以达到充的快温升低的目的，这就是PPS快充协议的通讯过程。

三、私有协议

1、全私有协议

某些厂家会对部分设备开发私有快充协议，在通讯过程中加密了信息流，用户想要获得最佳充电体验只能使用原厂配件。这种做法一来是因为目前的标准无法满足厂家需求，例如USB PD上限只有20V5A 100W，二来可以建设私有配件生态圈，足够的利润支撑技术研发达到良性发展，这么做无可厚非。

2、半私有协议


部分厂商则是采用半私有协议，例如三星45W AFC快充，基于PD3.0 PPS开发的快速充电协议进行微调修改，因为未进行加密，所以市面上部分第三方配件也可以通用，用户选择配件范围较大。

四、USB-C接口统一对快充的好处？


多年前接口未统一时，存在Micro USB、Mini USB、异形排针、DC圆口等多种不同接口，就连供电电压都存在差异，混沌的乱象阻碍着发展。USB-C好比灯泡卡座，淘汰其他接口大统一为USB-C接口标准，让万千设备均处以相同标准下运行，相同的物理接口，相同的通讯标准。生产商技术研发不再需要为各种标准而设计不同规格产品，快充技术得到飞速发展，用户作为消费者也在享受USB-C大统一的便利。

USB-C是灯泡卡座的话，充电器就好比灯泡，基于USB-C标准而制造的充电器诞生出18Ｗ、30Ｗ、45Ｗ、65Ｗ、100Ｗ以及未来更大功率，用户可以根据自己需求选择不同功率的产品使用，无需担心接口问题。

充电头网总结

这期充电杂谈小编为大家介绍了部分快充协议的工作方式与原理，相信看完大家都会有所了解。对于手机、笔记本等设备来说，快充协议必不可少，没有快充协议支撑的话充电功率会受限在非常低的功率，得益于USB-C统一标准让快充全面普及，不管是入门机型还是旗舰产品都支持快充，不同消费层用户都可以享受快充带来的乐趣。好了， 这期充电杂谈到此结束，我是Yubeii，大家有什么想讨论的话题可以留言告知，我们下一期再见。

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