我们使用的手机离不开充电，现在充电是各大手机厂商关注的重点。今天介绍一下手机的充电过程让大家了解其中的原理。

我们是通过手机的USB接口为手机充电，所以先由USB接口说起。

USB是一种串行差分传输总线，经过不断地发展，由最初的USB1.0到现在的USB3.X，接口形状和针脚数量不断变化。从最开始的4个引脚，分别是VCC，GND，D+，D-到USB2.0增加了一根ID线，再到USB3.0增加了一对高速的收发差分线，再到3.1提出的TypeC接口，增加了CC线和SUB线，并且支持正反插。他有很强的通用性，所以越来越多的设备配备USB接口，USB口有一定的供电能力，一般为5V/500mA，但是对于大电池的充电设备，这个功率（只有2.5W）是远远不够的，所以USB组织规定了一种电池充电协议叫BC1.2，给USB接口增加了几种供电等级，所有USB2.0及以上的接口都支持BC1.2。这个协议把USB充电端口分成三类，分别是SDP，CDP，DCP。
SDP：标准下行端口，支持5V0.5A
CDP：充电下行端口，升级版接口，支持5V1.5A或者更高
DCP：专用充电接口，专门用来充电（不能传数据了），支持5V1.5A或者更高
其中下行端口指的是USB通信的主机，如电脑的USB接口，一般适配器的USB接口都是DCP（我们不需要和适配器传输太多的信息，当然快充除外）。这三种接口内部有区别，所以充电设备就可以识别。其中DCP的D-和D+线是短接的，短接电阻小于200ohm，而CDP和SDP的D-和D+都是有15K下拉的。
简单的识别过程为：手机内部的充电IC先检测USB口插入，一般接口的VCC和GND管脚比D-和D+数据管脚长，所以先接触，那么插入检测就是在检测到电源引脚接触后等待一定的时间，检测数据引脚接触，然后再判断端口的类型，因为判断端口类型要用到D-D+数据线，如果没有接触的话直接判断会出错的。当接触后通过手机端会给D+一个电平检测D-，然后给D-一个电压，检测D+，分两步将三种接口区分开。

充电线

充电线可以用普通的数据线，也可以用专门的充电线，普通USB数据线USB组织规定要能走2A的电流，所以非快充情况下是完全够用的。充电线相比数据线可能粗了一些，而且最少两根线就可以，但是数据线最少要4跟，还需要D-和D+。

充电接口与充电IC

手机端充电接口一般是USB micro和typeC接口，充电线上的电经过接口进入手机后要进入充电芯片才能给电池充电。在接口和充电IC之间还需要保护电路，有过压保护电路，防止输入电压过高，一般采用一个mos管来控制回路的通断。对于暴露再外的接口都要做防静电处理，一般用TVS管做钳位，同时吸收静电电流。TVS管不能完全吸收静电，往往会有残压，所以在后面还要加电容滤波来吸收残压中高频的部分。低频部分需要电容值大，体积大在手机里是放不下的，所以不会用大电容，而是用其他方法，比如缓启动电路（给MOS管控制极加一个电容，控制信号加上后先给电容充电，电压到导通门限有一定的时间，从而实现缓启动）来实现。
总之经过多层保护，充电线上的电终于进入充电IC，充电IC内部有电压转换模块，一般是BUCK电路，将输入的5V转换成4.3V左右给电池供电，同时还要监控充电过程中的各种状态信息，接受SoC（CPU）的控制。他的输出一方面接电池一方面给系统供电。中间会通过开关来隔离，这样在我们充电的时候，系统的供电由USB口提供，电池就安心充电，不管系统的供电了。当然，在系统重载的时候（元神特效全开，亮度声音最大）又是在电脑的SDP口充电（5V，0.5A），那么电池还得发电维持系统的正常运行。这都是由充电IC来完成的。

电池与保护
充电IC输出给电池充电，锂电池挺危险，一般都会有保护，包括充电的过电压，过电流检测，放电的过电流检测。有个保护小板就完成这个功能，往往和电池包在一起。这个板子的原理就是在电池正负极之间串联保险丝，采样电阻，两个MOS管，做到多层防护。采样电阻能够采样电流的值，当电流大的时候关掉MOS管。同时保护芯片还会采集电池电压，过冲的时候关掉另一个MOS管。只有两个MOS管同时导通才能充放电。

快充

为了提高充电速度，USB组织也提出了快充协议，叫PD快充协议，规定了充电器与手机之间的交互规则和硬件实现方法。在这之前都是各大厂商自己搞自己的快充协议。如华为的FCP和SCP，oppo的VOOC，高通的QC，和上面USB三种充电接口一样，快充也是对接口做文章，通过改造USB接口或者增加识别流程让USB供电接口多一个类型，供自己的设备来用，这个类型可以持支高压高电流，这样充电速度较标准的USB接口更快。显然这需要充电器和手机都能够支持这种类型，才能实现快充的握手，不然快充头给谁都快充那不支持快充的设备有可能会被烧坏。
一般的充电器USB口的D+和D-都是短接的（DCP类型），BC1.2判断完成后，支持快充的手机会接着判断这个充电器是不是支持自家快充协议的手机，会向充电器发送消息，或者检测D-D+之间的电压来，而充电器会返回信息，或者内部的借口上下拉能够切换让手机端检测出来不一样的地方，就形成了握手。只要有一方不支持，那都不会成功，只能以DCP的方式充电一般为5V2A。握手成功后进行快充，一般分为低压大电流（费线）或者高压小电流（发热），或者高压大电流（既费线也发热严重）。所以我们看到的快充头比较大，线比较粗，USB口的触点也比较大。所以还是尽量用原装的充电线。
低压大电流在线上会产生比较大的线损q=i2 *r,要求线非常粗。而高压小电流可以避免这种情况，一般的线都可以，但是充电IC会将高压降至低压给电池，压差越大效率越低，发热越严重。现在有的厂商搞出100W的快充，PD快充最高也支持100W（20V5A），典型的高压高电流，所以线非常粗，参考现在轻薄本的充电线，这样解决线损问题。但是发热怎么解决呢，传统DCDC降压电路是用电感作为储能器件的BUCK电路，而电荷泵是用电容作为储能器件的升降压电路，他的效率比BUCK更高，而且几乎不考虑电磁干扰，所以现在很多超级快充IC中用的都是电荷泵，将高压转换为低压。还有厂家对电池进行改造，将电芯串联起来，这样充电电压就成为8.6V左右，不用降到4.3V，也减小了降压带来的损耗。总之超大功率充电就是高电压高电流充电，实现手段就是：加粗充电线，改造USB接口，提高降压电路的效率，改变锂电池连接方式。

typeC接口

现在用的比较多的USB接口，在USB3.0接口基础上增加了CC线和SUB线，typeC手机充电和以前的USBmicro是一样的，他也有VCC GND D- D+,判断完BC1.2后还会根据CC线的电压来判断typeC口能提供的电流大小，可以支持5V3A。这这之后才会判断快充。由于PD快充就是USB组织针对typeC提出的，所以这个CC线在PD快充非常关键，实现插头正反识别，协议的握手和通信。TypeC母座有CC1和CC2两个针脚，但是线只有一根CC线，通信也只需要一根，母座的另一根CC线是给充电线上的电子标签供电的，在充电电流大于3A时对线材要求比较高，所以组织规定超过3A电流充电的线材内部必须有包含线材信息规格的芯片，这个芯片就是由CC线中的一根来供电的。所以我们看到很多超级快充的功率是66瓦（22V3A），就是不超过3A，省了一个芯片。

好了，充电就是这些东西，第一次写文章，想到什么写什么，乱七八糟的，慢慢进步吧。