「科普」35分钟充满一部手机？详解充电黑科技电荷泵技术

从去年年中到现在，大功率快充成为了手机行业的热点之一，顺便也带火了电荷泵这一技术名词。如果你对它还有些不了解的话，这次笔者就来给各位答疑解惑。

从用途来说，电荷泵是一种变压器件，属于变压器的一种，但和以电磁感应为基本原理的普通变压器不同，电荷泵是利用开关和电容器件巧妙组合来实现的。因为不需要两次磁电转换，电荷泵的能量效率非常高，目前手机行业所用的产品普遍都标称 97%，相比之下其他的直流变压器件能有 95%就烧高香了。但代价也很明显，缺乏灵活性，只能 1 倍和 2 倍的转换，即进行两倍升压或者降到半压，无法按需定制或者动态调配。

手机行业以往的快充方案有高电压和高电流两种，其中高电压简单易行，对配件要求低，但因为需要降压，效率偏低，功率难以提升；高电流方案转化率高，但对配件要求高，尤其是线材，电流太大的话线材要么成本直线上升，要么无法承受，导致出现瓶颈。

这样一来，想要把快充技术继续演进下去，高电压和高电流都是必要的，就必须采用高效降压方案，正好电荷泵能够满足这种需求，在中低端可以降低配件成本，在旗舰级可以大幅提高功率，自然广受青睐。

到今天为止，有公开的产品有 4 款，其中德州仪器（TI）的 BQ25970 是出镜率最高的，vivo 在从 NEX 到 iQOO 的 4 款产品中都用了，标称转化率 97%；

最近比较火的小米 9 使用的是高通（QCom/Qualcomm）的 SMB1390，有望在此后的高通骁龙平台旗舰中广泛采用，标称转化率 97%；

在华硕 ROG Phone 上有发现恩智浦（NXP）的 PCA9468，官方描述符合电荷泵的特征，标称转化率 98%，但 ROG Phone 的实际充电表现不佳；

最后一款是英国 Dialog 半导体推出的 DA9313，标称转化率 98%，目前暂时没听说有谁在用。

首先需要明确，电荷泵并不能灵活降压，所以最起码在充电刚刚开始，快充协议握手并生效之前肯定是不能工作的，接近涓流充电时，整机降压并回到 5V 档位时同样不参与工作。

如果要说得更具体一些，德州仪器在 BQ25970 的主页上给出了一个电荷泵详解文档，对整个过程做了详细阐释。

简单来说，只有大电流恒流和恒压充电阶段才能调用电荷泵，用我们更熟悉的名词来说就是快充阶段才可以，在多数手机产品上，大概是快充生效到充至 70-80% 电量的时间段。需要注意的是，德仪的 BQ25970 只负责电荷泵的基本功能，也就是对电流的半压转换，开头结尾的充电以及和充电头的协商通讯都是由其他的 IC 负责。

当然，理论上也可以把所有需要的 IC 都封装在一起做集成方案，但目前没有明确的信息说哪家这么干了，按照高通的一贯作风，SMB1390 可能是这样，但目前没有公开更多的细节信息。

其实没什么太好的判断方式，也没有这种需求，因为电荷泵是厂商们争相宣传的重点，是会主动告诉你的。如果真有此类需求，只能通过原装充电头的参数可以判断，除了小米 9 是特例之外，其他的电荷泵机型都标称 10V 或者 11V，以便和其他机型划清界限。

当然，如果你会抓 log，可以尝试抓一下充电过程中的日志内容，看看能不能找到上面那四颗电荷泵 IC，找得到自然就是支持的。

事实上，除了五伏一安和华为 22.5W SuperCharge 之外，几乎没有能跑满的。因为功率就是电流乘以电压，所以功率不满肯定是电流或者电压给少了。以往的给定电压档位快充，电压一般都是满的或者略超，主要问题是电流跑不满；低压大电流方案，的确有能跑满电流的产品，但它们的实际电压都是根据电池电压状态来动态调节，大约在 4.5V 上下一点点，而这些方案除了华为标 4.5V 之外，别人都标的是 5V，所以只有华为可能跑满的结果就很好理解了；

电荷泵的话，前面讲了那么多次半压转换，你就应该清楚，这玩意就是低压方案进化来的，自然也会继承低压的传统，5V 翻倍就是 10V，也有标 11V 的，但实际上无论标多少 V 都是电池的充电电压翻倍，也就是 9V 左右，因此电压肯定不满，继而功率不满，小米 9 是例外，电压会给得比标称 9V 略高，电流不足，功率不足；双电池串联方案同电荷泵。

电荷泵本身和快充协议本来没什么关系，从前面德仪的表格里面就能知晓，BQ25970 只管半压，协议需要的通讯功能是由其他 IC 负责，示例里写的是 PD，公共协议，所以按道理电荷泵和协议是无关的。

然而事实并非如此简单，因为电荷泵是把电压减半之后直接输出给电池，而为了效率，电池的充电电压需要做到跟随电池本身电压的上升来动态调节，因此电荷泵对输入电压其实是有要求的，必须做到较小范围（约 8-9.5V）精细调整，目前比较通用的说法是做到 20mV 步进精度。所以普通的快充协议还是不行，公共协议只有 PPS（包括 QC4+）支持，或者自行建立私有协议。

因此，对于电荷泵快充机型来说，充电头的选择范围很窄。目前确认能支持 PPS 电荷泵的只有小米 9 和 ROG Phone，理论上用功率管够的 PPS 充电头就行，其他机型包括 vivo、华为、魅族等等都只能用原装型号。

其实用了，只是不在充电端，而在放电端。具体为什么这么搞，官方从未给过答案，以下为笔者自行猜测。

主要问题有两点，首先电荷泵虽然高效，但也是有损转化，二是充电端和放电端，最大的区别是放电端的最大功率低得多。

因此可以猜测：

随着功率的提高，发热还是会累积到可观的程度，换句话说如果依赖电荷泵，做到如今实际接近 40W 的水平也基本到头了，想再提高必须去找理论无损的方案，那么根据热力学第二定律，自然过程的单向性，串联分压方案符合理论无损的要求，自然要优越于电荷泵；而在放电端，串联电池必然导致输出电压的翻倍，机身内部各种元器件很难再进行串联布局，所以在供电最多 10W+ 的情况下，电荷泵降压再输出给元器件是比较理想的做法，因此 SuperVOOC 采用了串联电池+电荷泵放电的方案。

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