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苹果和三星的充电技术有何差别?

时间:2021-11-16 08:53:47 作者:Giovanni Di Maria 阅读:
用户通常对智能手机和平板电脑的电源不太关注,但它们却是非常重要的设备。电源确保电池的正确充电,其质量也决定了可充电器件的使用时间和平均寿命。市场上有各种价格的电源,从1美元到数百美元不等。本文将主要以三星和苹果电源为例,说明它们真正的差别。
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用户通常对智能手机和平板电脑的电源不太关注,但它们却是非常重要的设备。电源确保电池的正确充电,其质量也决定了可充电器件的使用时间和平均寿命。市场上有各种价格的电源,从1美元到数百美元不等。本文将主要以三星和苹果电源为例,说明它们真正的差别。

小型设备供电

电池充电器是一种非常紧凑的开关电源,可以将交流电压(230 V 或 110 V)转换为5V直流输出。交流输入首先被转换为高压直流电,然后切换并馈入一个小型变压器,最后通过USB端口转换为经过滤的5V低压直流电。充电器质量不同,输出电压的残余波纹也会有所不同。现在小型设备(平板电脑和智能手机)功能越来越强大,它们需要更大的电流来运行并充电。因此,拥有随时可用的电源变得越来越重要。市场上提供的电池充电器型号五花八门,设备兼容性和充电速度都不近相同。市面上的充电方案多达几千种,接线图也数不胜数,从最低效率到最复杂设计的方案,都能够成功为锂电池充电。图1显示了其中一种电源解决方案。

图1:锂电池充电解决方案之一

一些复杂的充电器除了提供电源,还通过USB电缆传输一些数字信息。出于这个原因,一些智能手机只能使用自己专用的充电器。总而言之,电流没有好坏之分,但控制系统、供电系统和安全系统会有所不同;而正是后者才导致充电器价格的上涨。许多智能手机型号(尤其是最新款)不再配置充电器,这清楚地表明,厂家想让用户自己选择他们的充电工具。厂商之所以采用这种策略,有以下几个原因:

  • 节省包装成本(现在的包装更小、更便宜)
  • 保护环境
  • 一次性出货和运输量更大
  • 让产品更便宜

市面上所有的充电器都有一些电气参数(瓦特或安培-小时)。因此,在购买充电器之前,最好先查看制造商的规格。较便宜的型号一般无法提供很大电流,并且很容易过热或烧坏。为安全起见,我们建议使用5V且至少2A的电源,以便与绝大多数智能手机最大程度地兼容。当然,电流将根据所连接的设备来提供。各参数的基本计算公式都涉及欧姆定律,排除材料“瑕疵”造成的损耗,公式如下:

在充电器内部,或多或少一些复杂的电路挤在一个非常狭小的空间里。小尺寸的需求增加了设计高效优质充电器的难度。但巨大的市场需求促使制造商生产更简单的电路和更便宜的器件,由此导致的后果是,设备价格低廉但质量也差。显然,用户是无法从外部来评估设备性能的。糟糕的电源质量将导致各种问题产生。如果输出电压没有正确过滤,噪声和纹波将可能损坏手机,触摸屏也可能无法工作。此外,随着负载的增加,电压可能下降,而充电时间可能会急剧增加。

三星与苹果的比较

三星与苹果这两家智能手机巨头在处理电池充电器问题上的方式略有不同。苹果的做法是,丢弃充电器,只留下“Lightning USB Type-C”数据线,声称现在所有的用户都有自己的充电器,而苹果不想再制造有害垃圾。此外,将充电器从手机包装中剔除,反而给单独销售超快充电器一个很好的机会。现在,充电器真正的区别只在于电缆和连接器种类的不同。每个制造商都试图建立某种垄断,即使市场正在推动全球连接的标准化。

好在目前连接器在很大程度上是标准化的,可供用户选择的产品也非常广泛。所有的主流制造商(苹果除外)都遵循micro-USB Type-B标准(以及最近的Type-C),现在的手机可以使用任何类型的充电器充电。从iPhone 8开始,苹果iPhone也可以通过USB Power Delivery标准快速充电,但需要使用匹配的充电线将iPhone从其Lightning插座连接到电源的USB-C插座上。电源必须在实验室中通过可靠性测试 。

苹果和三星的产品质量都很好,但在买USB充电器的时候,仅从设备外观上或单看标准参数是无法判断其真正好坏的。仅凭观察根本无法确定电源是否均衡且连续,或是否有振荡和噪声。我们有必要使用精确和先进的仪器来检查尽可能多的充电器型号,并进行必要的实验室测试。

有一个非常简单的测试是任何人都可以进行的,即对智能手机进行快速充电(前提是智能手机支持快速充电),从20%电量充到80%,并检查所需的时间和设备背面的温度(与电池紧密接触之处)。图2所示为部分苹果和三星的充电解决方案。

对苹果产品来说,现在支持无线充电的MagSafe电源适配器非常方便。其内置磁铁与iPhone 12或iPhone 12 Pro 完美契合,能够以高达15 W的功率快速充电。MagSafe电源适配器兼容Qi充电,可用于iPhone 8及以上机型以及带无线充电盒的AirPods机型。我们建议将其与20W USB-C电源配对。至于三星的Galaxy S21,该公司建议使用专为三星设备设计的三星原装电池、充电器和Type-C电缆(使用不兼容的电池、充电器和电缆可能会对设备造成严重甚至永久性损坏),还可以使用“快速充电”或“超快速充电”功能更快地为电池充电,该功能需要直接在设备上配置和激活。

图2: 苹果和三星的充电方案

消费者往往忽略的另一个关键因素就是连接电缆(见图3)。连接电缆容易断裂、缠绕和脱落,尤其是质量很差的产品,因此必须质量过关。所有设备都可以通过USB充电,但连接器可能不同,这具体取决于版本。苹果产品有Lightning 插座,而大多数安卓智能手机和平板电脑则使用标准的micro-USB连接器。但USB-C 连接才是现在的新标准,它类似于micro-USB,但插座略有不同,两侧完全一致,正反面皆可插。

图3: 电缆类型

快充标准Power Delivery

苹果采用了所有制造商普遍认可的Power Delivery标准。Power Delivery是一组通用USB Type-C充电规范,功率范围从0.1 W到100 W。其电缆对功率有很大影响,3A电缆可处理高达60 W的功率,而5A电缆可处理高达100 W的功率。兼容的Power Delivery充电器可动态适应连接设备的请求,修改提供的电压和电流值(参见图4中的图表)。该功能可根据电池电量和温度来调整最佳的供电分配流程。电池没电时需要更多电流;如果电池快满电了,则充电会非常缓慢,以免损坏蓄电池。电池充电器会根据电池状况进行调整。如果使用第三方充电器,将无法达到最大充电速度,因为它“不认识”与其连接的智能手机。要了解充电器支持哪些协议,阅读充电器上的标签非常重要。

图4:Power Delivery的操作涉及采用不同的充电协议。

兼容三星和苹果充电器

配备多个USB端口和Power IQ快速充电技术的Anker壁式充电器是一个很好的选择,它兼容iPhone、iPad、三星Galaxy等。专有Anker Power IQ技术可自动识别设备并最大限度地提高充电速度,提供最快的解决方案。通过多个USB端口,您可以同时为智能手机和平板电脑充电。有些Anker型号甚至提供10个USB 端口,如图 5所示的Anker PowerPort 10。这种充电器能够提供超大功率,同时为大量设备充电;它兼容iPhone、iPad、Android智能手机和平板电脑(包括 Nexus 7);而且还提供过流和高温保护,以确保设备的安全与高效(DOE 6)。

图5:兼容三星和苹果产品的Anker PowerPort 10充电器。

充电器必须兼容PD技术才能实现快速充电,否则充电时间会较长。事实上,快速充电会缩短电池的寿命,因为缩短充电时间会导致组件和元件轻微发热。锂通常更喜欢在寒冷条件下工作,因此,充分的电池冷却系统很有必要。通用USB充电器可为智能手机充电,关键是它提供的电流量要等于或大于原装充电器的电流量;但是,不能使用更高电压的充电器,因为它会对设备造成无法修复的损坏。增加充电器的安培数没关系,因为智能手机只会吸收它需要的电流。因此,采用5 V和200 A的充电器不会有损坏设备的风险。当然,购买充电器时还需要确保它与手机兼容。另外,建议不要购买假冒充电器,尽管其价格低廉,但风险极高。另一方面,原装充电器可以实现最大速度为电池充电,因为其内部安装有带固件的芯片,可以控制连接的设备。

(参考原文:Power Supply Design Notes: Samsung and Apple Technology

本文为《电子工程专辑》2021年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 

责编:Luffy Liu

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