融合快速充电（UFCS）技术和产业发展白皮书（2023）

融合快速充电（UFCS）技术和产业发展白皮书 （2023年） 版权声明 本白皮书版权属于中国通信标准化协会、中国信息通信研究院、电信终端产业协会和广东省终端快充行业协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：中国通信标准化协会、中国信息通信研究院、电信终端产业协会和广东省终端快充行业协会”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 编制说明 牵头单位：中国通信标准化协会、中国信息通信研究院、电信终端产业协会、广东省终端快充行业协会 参编单位：华为终端有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、维沃移动通信有限公司、小米通讯技术有限公司、泰尔认证中心有限公司、北京荣耀终端有限责任公司、珠海市魅族科技有限公司、广东省电线电缆行业协会、芯海科技(深圳)股份有限公司、东莞市奥海科技股份有限公司、珠海智融科技股份有限公司、上海晶丰明源半导体股份有限公司 目录 一、融合快速充电技术（UFCS）概述1 （一）快充技术发展历程1 （二）UFCS技术发展历程6 二、UFCS技术体系与演进方向10 （一）UFCS工作原理10 （二）UFCS优势分析11 （三）UFCS检测研发16 （四）UFCS授权认证20 三、UFCS产业图景与应用潜力26 （一）UFCS产业概述和效益26 （二）半导体产业29 （三）适配器产业41 （四）移动终端产业55 （五）线缆产业67 （六）其他场景应用74 四、UFCS路标规划与品牌发展85 图目录 图1用户对于快充功能的考量2 图2主流终端厂商快充功率趋势4 图3终端快充产业链5 图4整体框架10 图5UFCS握手阶段11 图6自动化测试系统示意图16 图7融合快充自动化测试系统交互软件17 图8UFCS产品质量保障体系20 图9UFCS功能符合性认证证书样式（以供电协议芯片、供电设备为例）24 图10UFCS全产业链29 图11UFCS产业全景图29 图12半导体的发展方向31 图13全球主要消费电子出货量情况33 图14UFCS融合快充认证芯片产品34 图15三段式结构42 图16各类型充电接口42 图17USB充电标准发展史45 图18泛终端七大市场出货量46 图19适配器的主要成分49 图20适配器全球保有量49 图21UFCS融合快充认证充电器产品50 图22全球各类设备出货量数据56 图23BQ25892原理框图57 图24电荷泵原理框图57 图25充电协议发展史58 图26UFCS融合快充认证终端产品59 图27各品牌手机出货统计68 图28USB标准发展69 图29USB传输标准与接口之间的关系70 图30中国数据线市场预测72 图31UFCS路标规划86 图32央媒关注报导UFCS87 图33纸媒及平台媒体报导宣传UFCS88 图342023年8月，一加Ace2Pro发布会宣传支持UFCS协议88 图352023年8月，真我GT5发布会宣传支持UFCS协议88 图36《2023年度消费者UFCS问卷调研》认知度调查结果89 表目录 表1终端快充产业链中各主流厂商5 表2UFCS与USBPD的技术对比15 表3自动化测试系统所用仪表17 表4UFCS产品种类21 表5UFCS功能符合性认证单元划分原则22 一、融合快速充电技术（UFCS）概述 （一）快充技术发展历程 受益于技术与应用的进步，全球移动互联网在近十年迎来了蓬勃的发展，全球移动通信终端用户规模持续扩大。据统计，智能手机用户规模目前已接近40亿，占全球人口总量约50%。伴随着功能升级和应用的丰富，更高分辨或高刷新率的屏幕、算力更强的处理器和强大拍摄性能的摄像头,已成为移动通信终端的普遍配置，移动通信终端应用也越来越广泛,逐渐成为用户生活中必不可少的通信工具。同时，随着平均使用频率不断攀升,用户对移动通信终端的续航提出了更高的要求。 事实上，增加电池容量和降低功耗是提升续航最直接的方法。但从可行性上分析，功耗优化难度大，是一个系统工程。而增加电池容量是一把双刃剑，一方面，过大的电池会增加终端的尺寸和重量，大容量电池所需充电时间也更长，二者都会直接影响消费者的使用体验；另一方面，单位体积电池容量受限于现有工艺技术发展水平，短时间内改善空间有限。为了有效地缓解用户的“电量焦虑”，快速充电技术应运而生。目前，业内习惯用“充电功率的大小”来指代充电速度的快慢。充电功率越高，充电速度越快，充满电量所需的时间便越短。众所周知，功率P=电压U×电流I。那么，为了提升充电速度，获得更好的充电体验，要么提升充电电压，要么增大充电电流。快速充电技术的出现在一定程度缓解了电池容量瓶颈与续航的矛盾，解 决了充电时间过久的问题。如图1所示，据统计，48.3%的用户在挑选手机时认为快充功能非常重要，还有34.6%的用户认为很重要。显然，快充功能已经成为消费者购机时的重要考量。 图1用户对于快充功能的考量 回顾快充技术的发展历程，可以概括性地分为以下两个阶段。 1.技术探索阶段 由于材料物理性质的限制，锂电池工作电压为3.7V，截止电压为4.2V左右。为了降低充电过程中降压产生的发热问题，传统直充方案的充电电压均为5V。同时，随着电量需求的增大，充电电流从500mA提升到1A；充电接口也从诺基亚的圆插口、MiniUSB最终演变成苹果生态的Lighting和安卓生态的MicroUSB。 2012年，USB-IF协会发布BC1.2协议，通过引入充电端口识别机制，将USB充电器的充电电流提升到1.5A。2013年，高通QuickCharge（QC） 1.0协议发布，突破了USBBC1.2协议的电流上限，将功率提升至5V/2A， 充电速度提升40%。 为节省成本，兼容过去的方案设计，2014年高通QC2.0协议通过改变USB接❑的D+D-两脚电压，实现适配器和终端的相互识别，握手后传输更高的电压档位以提升充电功率。也就是后来业内常说的“高压低电流”的快充方案，QC2.0最高支持20V电压，但受限于MicroUSB线缆的载流能力，最高支持电流仍为2A。为了能够支持较高的充电电压，终端需要支持充电管理，而充电管理涉及到电压变换，恒流控制等环节，会带来明显的充电效率下降和发热问题。所以，即便QC2.0的电压最高已能够支持20V，但业内鲜有人用。一直到2015年QC3.0发布，主流的快充功率还是18W（5V/3A、9V/2A、12V/1.5A）。 事实上，当年定义了BC1.2协议的USB-IF协会，作为接❑的定义方，早在2012年便基于当时普遍存在的USB-A和USB-B接❑发布了USBPD （PowerDelivery）1.0标准，描绘了USB2.0和USB3.0接❑最高可达100W供电能力的美好愿景，但是直到USBType-C接❑的出现，这一愿景才开始成为现实。2014年8月，USB-IF发布了具有革命性意义的Type-C接❑标准1.0版本和USBPD标准2.0版本。与Micro-USB接❑相比，新发布的Type-C接❑最大支持20V/5A100W的电力传输，更强的载流能力使其天然更适合快充。但是由于此时Type-C接❑并非智能手机主流接❑，所以高通QC协议为代表的快充协议依然是市场主流。 同样在2014年，OPPO首发VOOC闪充5V/4.5A的“低压大电流”快充方案。该方案通过在普通的MicroUSB数据线中增加两个触点，并加宽适配器接❑的电源触点宽度，来提高数据线和充电器接❑的电流承载能力，从而 实现4.5A的大电流快充。对比QC的高压方案，使用大电流方案的终端不需要额外的充电管理，具有充电效率高等特点。但只有通过定制的适配器、线缆和接❑才能实现快充功能，成本上并不具备优势。 毫无疑问，USBPD和OPPOVOOC协议的发布，敲开了“低压大电流”快充方案的大门。更优异的充电表现和用户反馈，使得各终端厂商和平台厂商也逐步涌进大电流赛道。而随着2016年高通发布QC4并宣称兼容USBPD协议，华为发布SCP协议，采用与OPPO相似的“低压大电流”方案，初期的技术探索阶段也基本落下帷幕。 2.高速发展阶段 “低压大电流”方案兴起后，各终端厂商和平台厂商，尤其以国内厂商为主，进入了快充赛道的高速发展阶段。2019年OPPO首发SuperVOOC2.0超级闪充，借助电荷泵技术和定制电缆实现了10V/6.5A65W的充电功率。在串联双电芯、多极耳、高倍电荷泵等技术的加持下，快充功率迅速攀升。时至今日，已有10家终端厂商推出了超5A超百瓦快充技术，市售百瓦优先快充手机已有近40款，最高充电功率已达240W。近些年主流终端厂商快充功率趋势如2图所示。 图2主流终端厂商快充功率趋势 终端快充行业高速发展到今天，已经形成了较为完善和成熟的产业链条。如图3所示，上游以快充方案设计，GaN、电容器、连接器及线束、磁性/功能材料等电子元器件和材料为主；中游主要为充电模块/模组、电芯/PACK，以及快充协议和电源管理芯片等；下游则是充电系统中各段的应用产品，如消费电子类终端、适配器/充电宝和线缆等。表1中统计了当前终端快充产业链中的主流玩家。 图3终端快充产业链 表1终端快充产业链中各主流厂商 产业链环节 代表厂商 上游 快充方案设计 USB-IF、高通、联发科、OPPO、华为、vivo、小米、荣耀等 GaN 帕沃英蒂格盛、纳微半导体、英诺赛科等 电容器 艾华集团、法拉电子、绿宝石、丰宾等 连接器及线束 信维通信、立讯精密、得润电子、意丰精密、泰普生、远爱电子、富士康、得意、意华等 充电接❑ 得润电子等 磁能/功能材料 铭普光磁、东磁、顺络等 中游 模块/模组 沛塬电子、安世、大瞬科技、镓未来等 快充协议芯片 瑞萨电子、士兰微、南芯、英飞凌、艾为、英集芯、易冲、立锜、富满电子、芯海、智融、慧能泰、力林、芯合电子、杰华特、芯朋微、华源智信等 电源管理芯片 圣邦股份、芯朋微、矽力杰、智融、杰华特、南芯、晶丰明源、伏达、硅动力、瑞萨电子、英集芯、易冲、芯海、立锜等 电芯/PACK ATL等 E-marker芯片 威锋电子、英飞凌、慧能泰、易冲、英集芯、立锜、杰华特等 下游 消费电子终端 华为、OPPO、vivo、小米、荣耀、魅族、中兴、三星、苹果、联想、戴尔等 适配器/充电宝 安克、罗马仕、绿联、品胜、公牛、倍思、热豆、立讯精密等 线缆 立讯精密、绿联、安克、罗马仕、品胜、倍思等 （二）UFCS技术发展历程 随着移动终端快速充电技术的迅猛发展，尤其在充电速度、充电安全、充电智能管理方面提升显著，但是快充产业长期存在协议互不兼容的问题，不同品牌移动终端和适配器之间不能有效识别，只能实现较低功率的充电，仍是制约快充进一步提升的屏障。不仅影响用户体验，也给环保、产业生态发展带来一些问题，具体表现为： ——影响用户体验：用户换手机品牌后，原有适配器和新手机无法实现快充；家庭中多个品牌手机、适配器之间不兼容；用户出行途中如果手机电量不足，想要进行快充，非常不方便；同时，随着手机厂商扩宽产品生态，快充不兼容问题还会延续到平板电脑、笔记本电脑、消费IoT电子产品以及未来的XR设备上； ——影响产业生态：芯片、配件等厂商要逐个找手机厂商获取专利授权和鉴权秘钥，周期长、难度大；芯片、充电配件以及车载充电模块要实现给所有品牌手机快充，需要集成市面所有手机快充方案，成本非常高，市场难以接受；同时，由于没有统一的快充标准，快充基础设施在国内难以普及，比如日常生活场所中的快充充电宝、候机厅/候车室的快充充电桩、高铁/汽车 /酒店的快充插座都难以落地，并且其他对快充有需求的产品品类和领域也面临割裂，比如：电动工具、电动自行车等； ——制约绿色环保：由于没有通用快充适配器，手机出厂需要配原装适配器，否则有可能影响用户使用；用户换新品牌手机也可能还需购买新的充电配件，造成大量电子垃圾，不符合绿色、环保的社会发展趋势； 尤其重要的是，“绿色环保”是我国的新发展理念，既代表社会未来的发展方向，也是信息通信产业长期发展的重要着力点