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2019-10-22 00:15 出處:PConline原創 作者:SJ 責任編輯:yangyang9

  [PConline 雜談]喜歡建立和使用獨立標準的蘋果,也在幾年前開始支援Type-C接口並在iPad系列產品上進行了應用。現在iPhone可以直接支援PD快充協議,iPhone 11 Pro以上機型甚至直接適配了18W快充充電器,自此iPhone 才正式擺脫標配“五福一安”。很多消費者可能透過這次iPhone更新才了解到了PD快充電協議,其實PD充電已經出現了很久了,而且還有一些很多人都不知道的用處和小秘密。

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iPhone使用PD快充和普通方式充電會相差多少?

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  我們之前也對蘋果手機進行了PD快充和標配的5V/1A進行了對比測試,在測試中使用PD充電器(18W)30分鐘內能為iPhone X輸入50%以上的電量。而傳統的5V/1A在30分鐘內大約只能為達到15%左右。PD快充能在2個小時左右充滿電,但是如果使用普通的5V/1A,時間大概需要3個小時左右。

iPhone

  而現在的最新的iPhone 11系列iPhone 11/11 Pro/11 Pro Max的最大充電功率全都達到了22W以上,也就是說現在手機自帶的18W充電器還不是滿血充電的狀態。更高的充電功率代表著即使晚上沒有充電,早上起床洗漱的這段時間給手機充的電也能支援手機大半天的使用時間了。

PD和Type-C一起發展的歷程

  在PD快充協議出現的最初,就是和Type-C進行了捆綁,畢竟之前的4pin(4個觸點)的USB-A接口已經不堪重用,傳統的USB接口如果電流高於5A的話,很容易出現過熱隱患,當然還有其他一些標準上的不適配,所以新型的Type-C接口出現順利接過了PD快充。

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  2015年,蘋果發佈了第一台搭載USB-C接口並支援USB PD快充的筆記本電腦New MacBook。而後大多數的安卓手機品牌開始支援PD快充,2017年9月,蘋果發佈的iPhone X、iPhone 8/8 Plus三款手機將USB PD快充在手機端的應用帶入一個新的高度,帶動了行業快速發展。

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  2017年12月,驍龍技術峰會上,高通首次推出的QC4+充電器和車載充電器均相容USB PD 3.0(PPS)快充協議,為後續搭載驍龍平台的手機的充電方式指明方向。2018年7月,USB-IF協會成員已經突破1000家,穫得認證的USB PD&Type-C產品超過數百款。

  PPS(Programmable Power Supply)可程式設計電源,屬於USB PD3.0中支援的一種Power Supply類型,是一種使用USB PD協議輸出的可以實現電壓電流調節的電源。PPS規范整合了目前高壓低電流、低壓大電流兩種充電模式。另外,PPS規范將電壓調幅度降低到為20mV一檔,是QC3.0標準電壓調節幅度的十分之一,簡單一點來說就是對電壓的調節更為精準,能實現更高匹配度的充電。

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  而因為PD快充+PPS特性,PD快充能適用在基本任何一個便攜設備上,再加上Type-C大一統的關係,現如今的便攜移動設備(筆記本、平板電腦、手機、switch等)基本都能使用PD充電器進行充電。

結束混亂 PD快充協議為什麼能大一統

OPPO

  其實目前還是存在很多不同的快充標準,手機廠商也不斷推出並陞級自家的快充協議,如一加的WARP閃充(30W)、華為的Super Charge(40W)、VOOC閃充(50W),vivo Super FlashCharge(120W)。目前來說最快的應該就是vivo Super FlashCharge(120W)13分鐘就能充滿,是目前iPhone使用的PD快充最高功率的5倍+

  在安卓廠商的快充技術已經進行了快速的迭代到非常成熟的時候,蘋果出手了,2017年9月,蘋果發佈的iPhone X、iPhone 8/8 Plus三款手機中增加了USB PD快充,在誇贊蘋果為快充領域做出的貢獻的同時,也不免想想蘋果為什麼要這麼做?為什麼要推動PD快速進入手機領域,背後的商業意義可能只有蘋果自己才知道。

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  從2017年開始,智能設備的性能開始大幅度攀升,相對應的設備對電池的容量有了更高的要求。但大電池充電就成為了一個難題,所以現在有了眾多的快充標準。除了大家一般使用的QC快充、還有各家智能手機廠商開發的各種快充私協議。

主流快充協議差別
協議名稱高通Quick ChargePump ExpressUSB Power Delivery(PD)OPPO VOOC閃充華為快充技術
已有版本QC1.0/2.0/3.0/4.0PE1.0/2.0/3.0PD1.0/2.0/3.0VOOC/Super
VOOC/DASH
Super Flash Charge
FCP/SCP
目前支援最大輸出功率28W(5V/5.6A)34.8W(5.8V/6A)100W(20V/5A)50W40W(5V/8A)
典型電壓電流可調範圍5~12V/2.4~1.5A(QC2.0/3.0)
5~9V/3~5.6A(QC4.0)
3.6~5V/1~1.5A(PE1.0)
3.6~20V/1~2A(PE2.0)
3~6V/1~6A(PE3.0)
5~20V/1.5~5A5V5A(VOOC)
10V5A(Super VOOC)
120W(Super Flash Charge)
5~9V/1~2A(FCP)
4.5V~9V/1~8A(SCP)
主要應用設備手機/平板手機/平板手機/筆記本電腦/平板電腦/游戲機(Switch)手機手機

  市面上的快充協議“百家爭鳴,各自為政”,即使有相容也不能達到最理想的充電速率。舉個栗子,之前一直打磨聯發科的魅族,其自家基於mtk的協議(聯發科)的mCharge快充,就與主流QC、PD充電器不能完全握手相容,不能達到24W的最佳充電速率。再有,手機圈大火的的相容多協議快充頭,即使相容所有協議,也會有功率限制,達不到最佳充電速率,PD 18W和45W都能被稱其為PD快充,但後者功率是前者2倍有餘。QC、PE、FCP、AFC,以及國內廠商的VOOC、SuperCharge、mCharge等等,普通消費者很難區分這其中的差別。

  不過目前最新的QC5.0也僅僅只支援32W的功率,於是追求充電更快的路途上,手機廠商也不斷推出並陞級自家的快充協議,如一加的WARP閃充(30W)、華為的Super Change(40W)、VOOC閃充(50W),vivo Super FlashCharge(120W)。

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  但是沒有哪一家能打通全平台,實現一個充電器就能對所有的設備都能快速充電。市面上的快充協議“百家爭鳴,各自為政”,即使有相容也不能達到最理想的充電速率。

協議相容性目前的確是整個快充行業發展的最大技術壁壘,如果能夠打通快充協議不相容的問題,整個行業的發展能夠加速前行。”

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  這時候,PD 3.0協議中的PPS規范整合了目前高壓低電流、低壓大電流兩種充電模式。另外,PPS規范將電壓調幅度降低到為20mV一檔,是QC3.0標準電壓調節幅度的十分之一,簡單一點來說就是對電壓的調節更為精準,能實現更高匹配度的充電。這也是PD在技術層面實現統一的原因,也是PD能實現快充大一統的基礎

  支援筆記本電腦、平板電腦、手機、游戲機等設備快速充電,目前最新的PD 3.0標準最大功率可以達到100W。並且目前谷歌已經強制安卓陣營使用USB接口就必須支援PD協議,並收編了QC快充,而Type-C接口也越來越受移動設備的歡迎。

新黑科技材料氮化鎵與PD快充的緣分

  與其說氮化鎵是PD快充的發展方向不如說小型化是PD快充的發展方向。隨著功率的增加,充電器的重量和體積會相對應的增加,與現如今的便攜趨勢明顯相違背。

  於是怎麼將充電設備小型化的問題就擺在了面前,而且小體積下還需要解決散熱問題。好在很早之前就已經在研究這方面的新材料了,最近也有很多充電器開始使用上了氮化鎵這個新材料。

  其實早在2000年左右,就有研究人員投入到射頻氮化鎵技術的研究,最開始氮化鎵器件成本高、產量不高,氮化鎵器件主要應用於軍事和航天領域,雷達和電子戰系統。如今在點對點軍用通信無線電中就有使用氮化鎵工藝的放大器,未來手機是否也會穫得軍事領域的技術下放雖然還不好說。但氮化鎵器件確實開始走向消費領域了,如今市場上已經有了不少已量產的氮化鎵充電器。

  氮化鎵被業界稱為第三代半導體材料,被應用到不同行業的產品上,應用範圍包括半導體照明、雷射器、射頻領域等,應用在電源類產品上可以在超小的體積上實現大功率輸出,改變行業設計製造方案、改變消費者使用習慣。

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  氮化鎵的熔點和飽和蒸氣壓相當高,因此在自然界無法以單晶體的形式形成,目前常用的制備方法為薄膜法和溶膠凝膠法。

  目前經過測試發現,用氮化鎵材料代替傳統的MOSFET後,電源的驅動損耗、開關損耗會更小,死區也縮小(縮短優化開關轉換時的死區時間)。而更高的電子遷移率使得反向恢復時間極短,也就不存在反向損耗。

  5G是今年最熱門的話題,而氮化鎵恰好在5G技術上能發揮巨大作用,這種材料非常適合提供公厘波領域所需的高頻率和寬帶寬,加上低內阻低發熱量、適合在高溫環境下工作的特點,GaN材料將應用於各種被動散熱的戶外電子設備以及汽車上。

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  不過雖然氮化鎵的優點多,物理性能優異,但它不能應用在比較高的電壓環境下。

  而且成本也會更高一些,與現今的硅器件相比,氮化鎵的導通電阻要低3個數量級,擊穿電場是硅器件的10倍,帶來的就是更高的轉換效率和工作頻率,並降低元器件體積。另外氮化鎵可以在嚴酷的工作環境下保持正常的性能,不過目前氮化鎵的成本還是太高了。

  所以目前氮化鎵比較成熟的應用是在小型的充電器上。

順便辟個謠 快充真的會損傷電池麼?

  很多人不知道快充、甚至很多對於快充有錯誤認知,以為快充會對電池造成嚴重損傷。不說絕大部分數碼設備,即便快充功能普及率最高的手機屆堙A市場調研顯示用戶能使用上快充的佔比依然偏低。其中一大典型案例:iPhone祖傳五伏一安5W充電頭更是高端手機的笑話。甚至仍然有人在否定快充,質疑快充的安全性,寧願選擇五伏一安“安全慢充”。

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  在快充發展初期,更早之前已有較大功率充電器在市面上大行其道。消費者在不了解手上鋰電池特性的情況下,用升壓增流的“快充”充電器充電。長期承受超過輸入最大值的高壓、大電流衝擊,鋰電池容易被損傷擊穿,並加速老化——或許這就是許多人認為快充會損傷電池原因。

  現在快充方案日漸成熟,有效降低了快充風險。假如“一刀切”全部的話,無論是快充還是普通充電都會對電池產生不可逆的傷害,但是快充對電池的損害遠沒有大家想象的那麼嚴重。甚至可以說,在手機兩年左右的壽命周期堙A快充和慢充對電池的影響區別不大。同時,鋰電池有別於鎳鎘電池,不存在電池記憶效應,不必擔心碎片化的快充對電池的影響。

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  同時,出於對電池安全防護,手機廠商也有相應的保護措施。例如,華為在鋰電池內引入一種新的鋰離子聚合物電池技術,透過引入雜原子,改變石墨負極的分子結構,從而實現了在不影響電池壽命的前提下,實現快速充電。所以,快充不會是損傷電池的罪魁禍首。保持良好的使用習慣,充電時避免過充/過放,控制溫度在安全範圍內,就能更好地保護電池。

總結

  對快充的需求,來自於大屏智能手機快速進化,消費者對電池容量的高訴求。手機是集成度很高的產品,內部空間寸土寸金。手機廠商不斷追求高屏佔比和輕薄機身,堆疊更多功能部件,必然限制電池的空間。在鋰電池大小受限,能量密度又沒有顯著提高的情況下,快充技術被迫成為緩解電池容量不足的“曲線救國”一種方法。

  而蘋果在iPhone手機上搭載PD快充並提供原裝快充配件將極大的推動快充被消費者認知,可能很多數碼愛好者知道其實早在2017年iPhone X/iPhone8/iPhone 8P就已經能支援PD快充,但是很多消費者其實直到iPhone 11系列發佈的時候才直到原來除了安卓廠商各自的快充,現在還有這種通用性非常好的PD充電器。

  接下來PD快充的統一將極大利於快充產業更高效的進行產品研發,更大規模的生產製造,帶給消費者更優異但價格更低的產品體驗。PD快充,不僅僅屬於消費類產業,它已經快速延伸到汽車、工業、通信、醫療等行業,成為真正意義上的“萬能充”。現在的PD快充也許就會成為一種最普通不過的通用充電器。

  緊跟產業發展,PConline接下來將對市面上的多款熱門PD充電器進行詳細的橫評,在這些熱門產品中挑選出最優質的產品、性價比最高的產品……,更多更好看的熱門數碼產品評測、資訊敬請關注PConline。

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