快充規格成兵家必爭之地,淺談 USB-PD、QC 等充電技術

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 06 日 8:45 | 分類 3C手機 , 晶片 , 材料、設備 follow us in feedly

隨著智慧型手機普及與技術成熟,快速充電功能已成為智慧型產品的重要賣點,但在電池技術還沒跟上消費者需求之前,要如何達成快充又不傷手機電池,這是各家廠商絞盡腦汁想解決的難題。




快速充電技術即是增強輸送到電池的電量,加快充電速度。一般手機充電器是用 5V 電壓輸送 0.5A 電流,額定功率僅 2.5W,而快速充電技術目的就是要在電池容量不變的情況下,提高輸出功率。

以下則是 USB 基礎規範與傳輸速度:

為縮短充電時間,目前快充技術多採用前幾分鐘先輸入大部分電量,之後再慢慢充電的方式,就是手機螢幕常會出現的「快速充電」與「涓流充電」,廠商則會透過將電壓或是電流提高,不同公司有不同辦法與標準,但到底哪家技術比較好,這還不好說。

一條線就搞定的 USB-PD 規範

USB 開發者論壇(USB-IF)為推出快充技術與統一連接線標準,在 2012 年訂定電源線與供應器規範 USB-PD(USB Power Delivery),並在 2017 年推出最新的 USB-PD 3.0,可供應最高達 100W 的電力傳輸量。利用 1~5 種不同的額定功率,讓不同廠牌的手機、平板電腦、筆電等設備能透過一條 USB 就搞定充電,且跟傳統的 5V1A 充電器相比,充電速度提升 40%,充電時間減少一小時。

USB-PD 額定功率分為 Profile 1~5,擁有不同的電壓與電輸出,其中 Profile 1 提供 5V2A、10W 供電,適用手機與數位相機,Profile 2 則提供 5V2A、12V1.5A,額定功率約為 10W~18W,可用在平板與外接儲存裝置;越後面提供的額定功率範圍就越廣,像 Profile 5 最高可提供 100W 電力。

實際充電需要的瓦數則會在連接 USB 連接線時,透過手機與充電器之間通訊而定,像是 7.5W  和 15W 最適合手機,27W 以上則可用在筆電與效能更高的設備,目前 Google 的 Pixel 系列手機與 Apple 的 iPhone 8、iPhone X 跟最新的 MacBook 與 MacBook Pro 系列也都採用 USB-PD 標準。

廣泛使用的高通快充處理器

目前市面最常見的智慧型手機快充技術為高通(Qualcomm)的 Quick Charge(QC),該技術是整合系統晶片的充電標準,需要搭配手機與充電器才可使用,基本上只要搭載 Snapdragon 晶片的手機都支援。

高通驍龍系統晶片(SnapDragon SoC)2013 年推出第一款快充技術 Quick Charge 1.0,為眾多 5V2A 充電技術的競爭者之一,並在 2017 年推出最新 4.0+ 升級版本,提升充電速度之餘,也大大減少充電過熱、提高安全性。

QC 4.0+ 快充技術除了延續 4.0 的充電 5 分鐘使用 5 小時、15 分鐘充電 50%、支援 USB-PD 等優點外,也將雙路充電技術列入準選項,且為了降低充電時手機過熱情形,也新增智慧熱平衡,在雙重路充電時會自動把電流移動到最平穩的路徑、幫助散熱,並同時監測設備外殼與介面的溫度。

相較於原本的 QC 4.0,4.0+ 充電速度跟效率分別加快 15% 與 30%,溫度也能降低 3°C 左右。目前也有許多手機也都有搭載高通 QC 快充技術,像是 LG V30、LG G7、Samsung Galaxy Note 8、HTC U12 Plus 都包含在內。

眾多廠商發展快充技術

不過對廠商來說,或許還是自家產品與規格最好。目前一些手機廠商也開始推出快充技術,像是三星的 Adaptive 快充技術、Oppo 的 VOOC、華為 SuperCharge、聯發科的 PumpExpress 跟Motorola 出產的 TurboPower 30。

其中 Oppo VOOC 與華為 SuperCharge 屬於低壓快充技術。有別於其他廠商選擇「高電壓 × 低電流」,這兩家廠商選擇「低電壓 × 高電流」,可減少電壓轉換導致的手機過熱問題。

鋰電池存有電壓限制,僅能承受 3.7V~4.2V 的電壓,因此在充電時,充電器首先會把插頭的 110V 交流電降至 5V / 9V / 12V,手機內部則會再轉換至 4.2V 等適合充電的電壓,而手機降壓時會消耗功率並產生熱量。

採用「低電壓×高電流」雖然可以減少手機過熱現象,但如何讓手機承受高電流是這兩間所面臨的挑戰之一,且如果要發展高電流,充電連接線也得非常講究。

這些林林總總的充電技術中,有的可與其他廠商技術相容,有些廠商則發展獨立充電技術,手機、原廠充電器、USB 連接線缺一不可,得互相搭配才能發揮快充效果。這麼多技術不禁讓人想偷懶混用,不過為了充電與電池安全,還是按照說明書與使用原廠牌才是安全之道。

(首圖來源:shutterstock)