连苹果都不得不用的PD充电协议 还有这些你不知道的小秘密

2019年10月22日 09:07 次阅读 稿源:太平洋电脑网 条评论

喜欢建立和使用独立标准的苹果,也在几年前开始支持Type-C接口并在iPad系列产品上进行了应用。现在iPhone可以直接支持PD快充协议,iPhone 11 Pro以上机型甚至直接适配了18W快充充电器,自此iPhone 才重要正式摆脱标配“五福一安”。

很多消费者可能通过这次iPhone更新才了解到了PD快充电协议,其实PD充电已经出现了很久了,而且还有一些很多人都不知道的用处和小秘密。

iPhone使用PD快充和普通方式充电会相差多少?

我们之前也对苹果手机进行了PD快充和标配的5V/1A进行了对比测试,在测试中使用PD充电器(18W)30分钟内能为iPhone X输入50%以上的电量。

而传统的5V/1A在30分钟内大约只能为达到15%左右。PD快充能在2个小时左右充满电,但是如果使用普通的5V/1A,时间大概需要3个小时左右。

而现在的最新的iPhone 11系列iPhone 11/11 Pro/11 Pro Max的最大充电功率全都达到了22W以上,也就是说现在手机自带的18W充电器还不是满血充电的状态。

更高的充电功率代表着即使晚上没有充电,早上起床洗漱的这段时间给手机充的电也能支持手机大半天的使用时间了。

PD和Type-C一起发展的历程

在PD快充协议出现的最初,就是和Type-C进行了捆绑,毕竟之前的4pin(4个触点)的USB-A接口已经不堪重用,传统的USB接口如果电压高达5V的话,很容易出现过热隐患。

当然还有其他一些标准上的不适配,所以新型的Type-C接口出现顺利接过了PD快充。

2015年,苹果发布了第一台搭载USB-C接口并支持USB PD快充的笔记本电脑New MacBook

而后大多数的安卓手机品牌开始支持PD快充,2017年9月,苹果发布的iPhone X、iPhone 8/8 Plus三款手机将USB PD快充在手机端的应用带入一个新的高度,带动了行业快速发展。

2017年12月,骁龙技术峰会上,高通首次推出的QC4+充电器和车载充电器均兼容USB PD 3.0(PPS)快充协议,为后续搭载骁龙平台的手机的充电方式指明方向。

2018年7月,USB-IF协会成员已经突破1000家,获得认证的USB PD&Type-C产品超过数百款。

PPS(Programmable Power Supply)可编程电源,属于USB PD3.0中支持的一种Power Supply类型,是一种使用USB PD协议输出的可以实现电压电流调节的电源。

PPS规范整合了目前高压低电流、低压大电流两种充电模式。

另外,PPS规范将电压调幅度降低到为20mV一档,是QC3.0标准电压调节幅度的十分之一,简单一点来说就是对电压的调节更为精准,能实现更高匹配度的充电。

而因为PD快充+PPS特性,PD快充能适用在基本任何一个便携设备上,再加上Type-C大一统的关系,现如今的便携移动设备(笔记本、平板电脑、手机、switch等)基本都能使用PD充电器进行充电。

结束混乱 PD快充协议为什么能大一统

其实目前还是存在很多不同的快充标准,手机厂商也不断推出并升级自家的快充协议,一加的WARP闪充(30W)、华为的Super Charge(40W)、VOOC闪充(50W),vivo Super FlashCharge(120W)。

目前来说最快的应该就是vivo Super FlashCharge(120W)13分钟就能充满,是目前iPhone使用的PD快充最高功率的5倍+

在安卓厂商的快充技术已经进行了快速的迭代到非常成熟的时候,苹果出手了,2017年9月苹果发布的iPhone X、iPhone 8/8 Plus三款手机中增加了USB PD快充,在夸赞苹果为快充领域做出的贡献的同时,也不免想想苹果为什么要这么做?

为什么要推动PD快速进入手机领域,背后的商业意义可能只有苹果自己才知道。

从2017年开始,智能设备的性能开始大幅度攀升,相对应的设备对电池的容量有了更高的要求。

但大电池充电就成为了一个难题,所以现在有了众多的快充标准。除了大家一般使用的QC快充、还有各家智能手机厂商开发的各种快充私协议。

市面上的快充协议“百家争鸣,各自为政”,即使有兼容也不能达到最理想的充电速率。

不过目前最新的QC5.0也仅仅只支持32W的功率,于是追求充电更快的路途上,手机厂商也不断推出并升级自家的快充协议,如一加的WARP闪充(30W)、华为的Super Change(40W)、VOOC闪充(50W),vivo Super FlashCharge(120W)。

但是没有哪一家能打通全平台,实现一个充电器就能对所有的设备都能快速充电。

市面上的快充协议“百家争鸣,各自为政”,即使有兼容也不能达到最理想的充电速率。

“协议兼容性目前的确是整个快充行业发展的最大技术壁垒,如果能够打通快充协议不兼容的问题,整个行业的发展能够加速前行。”

这时候,PD 3.0协议中的PPS规范整合了目前高压低电流、低压大电流两种充电模式。

另外,PPS规范将电压调幅度降低到为20mV一档,是QC3.0标准电压调节幅度的十分之一,简单一点来说就是对电压的调节更为精准,能实现更高匹配度的充电。

这也是PD在技术层面实现统一的原因,也是PD能实现快充大一统的基础

支持笔记本电脑、平板电脑、手机、游戏机等设备快速充电,目前最新的PD 3.0标准最大功率可以达到100W。

并且目前谷歌已经强制安卓阵营使用USB接口就必须支持PD协议,并收编了QC快充,而Type-C接口也越来越受移动设备的欢迎。

新黑科技材料氮化镓与PD快充的缘分

与其说氮化镓是PD快充的发展方向不如说小型化是PD快充的发展方向。随着功率的增加,充电器的重量和体积会相对应的增加,与现如今的便携趋势明显相违背。

于是怎么将充电设备小型化的问题就摆在了面前,而且小体积下还需要解决散热问题。好在很早之前就已经在研究这方面的新材料了,最近也有很多充电器开始使用上了氮化镓这个新材料。

其实早在2000年左右,就有研究人员投入到射频氮化镓技术的研究,最开始氮化镓器件成本高、产量不高,氮化镓器件主要应用于军事和航天领域,雷达和电子战系统。

如今在点对点军用通信无线电中就有使用氮化镓工艺的放大器,未来手机是否也会获得军事领域的技术下放虽然还不好说。

但氮化镓器件确实开始走向消费领域了,如今市场上已经有了不少已量产的氮化镓充电器。

氮化镓被业界称为第三代半导体材料,被应用到不同行业的产品上,应用范围包括半导体照明、激光器、射频领域等,应用在电源类产品上可以在超小的体积上实现大功率输出,改变行业设计制造方案、改变消费者使用习惯。

氮化镓的熔点和饱和蒸气压相当高,因此在自然界无法以单晶体的形式形成,目前常用的制备方法为薄膜法和溶胶凝胶法。

目前经过测试发现,用氮化镓材料代替传统的MOSFET后,电源的驱动损耗、开关损耗会更小,死区也缩小(缩短优化开关转换时的死区时间)。而更高的电子迁移率使得反向恢复时间极短,也就不存在反向损耗。

5G是今年最热门的话题,而氮化镓恰好在5G技术上能发挥巨大作用,这种材料非常适合提供毫米波领域所需的高频率和宽带宽,加上低内阻低发热量、适合在高温环境下工作的特点,GaN材料将应用于各种被动散热的户外电子设备以及汽车上。

不过虽然氮化镓的优点多,物理性能优异,但它不能应用在比较高的电压环境下。

而且成本也会更高一些,与现今的硅器件相比,氮化镓的导通电阻要低3个数量级,击穿电场是硅器件的10倍,带来的就是更高的转换效率和工作频率,并降低元器件体积。

另外氮化镓可以在严酷的工作环境下保持正常的性能,不过目前氮化镓的成本还是太高了。

所以目前氮化镓比较成熟的应用是在小型的充电器上。

顺便辟个谣 快充真的会损伤电池么?

很多人不知道快充、甚至很多对于快充有错误认知,以为快充会对电池造成严重损伤。

不说绝大部分数码设备,即便快充功能普及率最高的手机届里,市场调研显示用户能使用上快充的占比依然偏低。

其中一大典型案例:iPhone祖传五伏一安5W充电头更是高端手机的笑话。甚至仍然有人在否定快充,质疑快充的安全性,宁愿选择五伏一安“安全慢充”。

在快充发展初期,更早之前已有较大功率充电器在市面上大行其道。

消费者在不了解手上锂电池特性的情况下,用升压增流的“快充”充电器充电。

长期承受超过输入最大值的高压、大电流冲击,锂电池容易被损伤击穿,并加速老化——或许这就是许多人认为快充会损伤电池原因。

现在快充方案日渐成熟,有效降低了快充风险。假如“一刀切”全部的话,无论是快充还是普通充电都会对电池产生不可逆的伤害,但是快充对电池的损害远没有大家想象的那么严重。

甚至可以说,在手机两年左右的寿命周期里,快充和慢充对电池的影响区别不大。

同时,锂电池有别于镍镉电池,不存在电池记忆效应,不必担心碎片化的快充对电池的影响。

同时,出于对电池安全防护,手机厂商也有相应的保护措施。例如,华为在锂电池内引入一种新的锂离子聚合物电池技术,通过引入杂原子,改变石墨负极的分子结构,从而实现了在不影响电池寿命的前提下,实现快速充电。

所以,快充不会是损伤电池的罪魁祸首。保持良好的使用习惯,充电时避免过充/过放,控制温度在安全范围内,就能更好地保护电池。

总结

对快充的需求,来自于大屏智能手机快速进化,消费者对电池容量的高诉求。手机是集成度很高的产品,内部空间寸土寸金。

手机厂商不断追求高屏占比和轻薄机身,堆叠更多功能部件,必然限制电池的空间。

在锂电池大小受限,能量密度又没有显著提高的情况下,快充技术被迫成为缓解电池容量不足的“曲线救国”一种方法。

而苹果在iPhone手机上搭载PD快充并提供原装快充配件将极大的推动快充被消费者认知,可能很多数码爱好者知道其实早在2017年iPhone X/iPhone8/iPhone 8P就已经能支持PD快充,但是很多消费者其实直到iPhone 11系列发布的时候才直到原来除了安卓厂商各自的快充,现在还有这种通用性非常好的PD充电器。

接下来PD快充的统一将极大利于快充产业更高效的进行产品研发,更大规模的生产制造,带给消费者更优异但价格更低的产品体验。

PD快充,不仅仅属于消费类产业,它已经快速延伸到汽车、工业、通信、医疗等行业,成为真正意义上的“万能充”。

现在的PD快充也许就会成为一种最普通不过的通用充电器。

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