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充電控制器

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USB行動電源的充電控制器

充電控制器（charge controller）會限制電流注入可充電電池或從電池流出的速率，防止電氣過載、過度充電，也可以防止过电压[1][2]。這可以避免一些降低電池性能或壽命的情況，減少電池的安全風險。充電控制器還可以防止電池電量完全耗盡（深度放電），或根據電池技術進行受控放電[3][4] 「充電控制器」可能是一個獨立的設備，或是電池、行動裝置或是充電器裡的電路[5]。

獨立的充電控制器

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出售給消費者的充電控制器會是獨立的設備，配合太陽能發電或風力发电机，用在像露營車、艇或離網（英语：off-the-grid）家用電池儲能係統[1]。 太陽能應用中，充電控制器也可能被稱為太陽能調節器或太陽能充電控制器。一些充電控制器/太陽能調節器還具有其他功能，例如低電壓斷路（英语：low voltage disconnect）（LVD）, 當電池過度放電時（電池過度放電時會損壞電池），它會切斷負載[6]。

串聯充電控制器會在電池充滿電後阻止電流繼續流入電池。分流充電控制器會在電池充滿電後將多餘的電力轉移至輔助負載或「分流」負載，例如電熱水器[7]。

簡單的充電控制器會在電池電壓超過設定的高電壓等級時停止充電，並在電池電壓低於該準位時重新充電。脈衝寬度調變（PWM）和最大功率点追踪（MPPT）技術是複雜的電子技術，可根據電池電量調整充電速率，使充電更接近其最大容量[8]。

具有 MPPT 功能的充電控制器，可讓系統設計人員不用將PV電壓與電池電壓精確匹配。可以實現顯著的效率提升，尤其是在PV陣列與電池有一定距離的情況下。例如，連接到MPPT充電控制器的150伏特PV陣列可用於為24伏特或48伏特電池充電。更高的陣列電壓意味著更低的陣列電流，因此節省的佈線成本足以抵消控制器的成本[來源請求]。

充電控制器還可以監控電池溫度，防止過熱。一些充電控制器系統還能顯示數據、將數據傳輸到遠端顯示器，並記錄數據以追蹤電流隨時間的變化。

整合型充電控制器技術

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用作充電調節控制器的電路可能由多個電子元件組成，也可能封裝在單一集成电路中。若是單一集成电路，會稱為充電控制器IC或充電控制IC[3][9]。

充電控制器電路用於可充電電子設備，例如手機、筆記型電腦、行動音訊播放器和不斷電電源，以及電動車和軌道衛星中的大型電池系統[10]。

充電協定

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由於銅線安全承載的電流有限，因此開發了充電通訊協議，允許終端設備請求更高的電壓，以增加功率吞吐量，同時又不增加電線的熱量。到達的電壓隨後在終端設備內部轉換為電池的最佳充電電壓[11]。

Quick Charge和Pump Express

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最常使用的標準是高通提供的Quick Charge以及聯發科的Pump Express

2014 年和 2015 年版本的 Pump Express、Pump Express Plus 和 Pump Express Plus 2.0 的不同之處在於，它們使用電流調變訊號透過主USB電源通道（VBUS）向充電器傳達電壓請求，而不是透過USB 2.0資料通道進行協商[12]。

Pump Express Plus支援 7、9 和 12 伏特的升壓電壓，而Quick Charge 2.0規格缺少 7 伏特電壓。在名為class B的Quick Charge 2.0規範修訂版中，新增了20伏特電壓[13][14]。

後續版本的Pump Express Plus 2.0的電壓範圍為5伏特至20伏，步長為0.5伏特。 Quick Charge 3.0協定支援更細粒度的電壓等級，步長為0.2伏，最低電壓約3.3伏特。據PocketNow稱，Quick Charge 3.0的起始電壓為3.2伏，每步長0.2伏，最高可達20伏（3.2伏、3.4伏、4.6伏、…、19.8伏、20伏）[15][16][17][18]。powerbankexpert.com網站聲稱此協定的最低電壓是3.6 volts[19]。

Oppo VOOC和華為的SuperCharge

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OPPO的VOOC（在其子公司一加稱為Dash Charge），以及華為的SuperCharge，都採用了相反的做法，即增加充電電流。由於到達終端設備的電壓與最佳電池充電電壓相匹配，因此終端設備內部無需轉換，從而減少了設備內部的發熱。然而，與僅提高電壓的充電協議不同，更高的電流會在線纜的銅線中產生更多熱量，使其與現有線纜不相容，並且需要使用銅線更粗的特殊大電流線纜[20]。

相關條目

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 "Charge Controllers for Stand-Alone Systems" (Web page), part of A Consumer's Guide to Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy. Retrieved on 2007-08-20.
  2. ^ National Fire Protection Association. Article 100 Definitions. NFPA 70 National Electrical Code. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA. 2017 [October 9, 2023]. Charge Controller: equipment that controls dc voltage or dc current, or both, and that is used to charge a battery or other energy storage device. 
  3. ^ 3.0 3.1 Webarchive backup: Brown, David. "Technical Article: Battery Charging Options for Portable Products." (Commercial website). Analogic Tech, 2006-07-01. Retrieved on 2007-08-21.
  4. ^ "United States Patent 5475294: Charge controller for battery charger." (Website) Freepatentsonline.com. Retrieved on 2007-08-21.
  5. ^ Webarchive backup: "Remote Observation Station, Entry #F2040: Abstract."[失效連結] Circuit Cellar Flash Innovation 2003 Design Contest, via circuitcellar.com. 2003. Retrieved on 2007-08-21.
  6. ^ "Conergy Solar-Port available from Energy Matters" 互联网档案馆的存檔，存档日期2007-09-27. (Press release). 2007-07-23. Retrieved on 2007-08-21.
  7. ^ Dunlop, James P. "Batteries and Charge Control in Stand-Alone Photovoltaic Systems: Fundamentals and Application" Sandia National Laboratories, Photovoltaic Systems Applications Dept, 1997-01-15. Retrieved on 2007-08-21.
  8. ^ Arsad, A. Z.; Zuhdi, A. W. Mahmood; Azhar, A. D.; Chau, C. F.; Ghazali, A. Advancements in maximum power point tracking for solar charge controllers需要付费订阅. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2025-03-01, 210: 115208. ISSN 1364-0321. doi:10.1016/j.rser.2024.115208. 
  9. ^ "MAX712, MAX713 NiCd/NiMH Battery Fast-Charge Controllers." (Data sheet). Maxim Integrated Products. 2002-06-21. Retrieved on 2007-08-21.
  10. ^ Glover, Daniel R. (Editor: Andrew J. Butrica) "SP-4217 Beyond The Ionosphere: Fifty Years of Satellite Communication, Chapter 6: NASA Experimental Communications Satellites, 1958-1995." National Aeronautics and Space Administration, NASA History Division, 1997. Retrieved on 2007-08-21.
  11. ^ How Does Fast Charging Work? Every Standard Compared | Digital Trends. Digital Trends. 1 July 2021 [26 April 2022]. 
  12. ^ Mediatek Pump Express Introduction (2016)
  13. ^ What is Qualcomm Quick Charge?. Power Bank Expert. 18 January 2020 [21 July 2020]. 
  14. ^ Qualcomm Quick Charge FAQs | Qualcomm. www.qualcomm.com （英语）. Both Class A and Class B adapters are rated at 5, 9 and 12 volts. Class B adapters go one step further, up to 20 volts. 
  15. ^ Specification Sheet MediaTek Technology
  16. ^ Pump Express Plus — MediaTek Technology White Paper (April 2015)
  17. ^ Quick Charge 3.0 specs. Qualcomm. [2022-05-17]. （原始内容存档于2022-05-17）. Maximum Input Voltage: 22 V 
  18. ^ Qualcomm Quick Charge 3.0: the Good, the Bad, and the Ugly. pocketnow.com. 22 September 2015 （英语）. voltage between 3.2V and 20V at 200mV increments 
  19. ^ What is Qualcomm Quick Charge?. Power Bank Expert. 18 January 2020 [17 May 2022]. 
  20. ^ Quick Charge, Dash Charge, VOOC und Co.: Schnellladetechniken im Vergleich - CURVED.de. Curved. 23 June 2022 [26 April 2022] （en-EN）. 
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