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USB Power Delivery将统一3C与行动装置的充电标准
Wilson Hou, Staff Design Engineer of Avnet Design Services, Asia Pacific
快速充电是未来手机发展的趋势
近几年来，手机硬件的发展越来越快速，CPU从一开始的低频单核CPU，到现在的高频四核、高频八核、甚至到了十核，但是硬件速度提升的同时，电池的续航力就变成了智能手机的瓶颈。相较于手机硬件迅速发展，电池技术在这么多年仍然处于原地踏步的状态，由于一直无法有效的提升电池密度，因此只能用最简单的方式，就是加大电池的容量，从3000mAh、4000mAh、5000mAh一直往上增加，虽然越来越大的电池容量可以增加手机的续航时间，但是也带来了一个新的问题，传统的手机充电器所能提供的充电效率过低，使用大容量电池的手机所需要的充电时间过长，一旦手机没电就需要经过很长时间的充电才能将手机充满。这个时候厂商们想出了一个方式，就是目前很红的快充技术。使用快充技术后，只需要充电十几分钟，就可以达到传统充电器一小时左右的程度，大大提升了充电的速度，也大幅的缩短充电时间。
 ( 图片来源 / Qualcomm)
上图的左边是新的快充技术，右边是传统的充电架构，同时充电35分钟，传统的充电方式只能提供手机20%的电力，但使用快充技术的话，同样时间手机可以充电到80%，速度足足快了4倍，大大的缩短充电时间。
手机电量就等于手机的生命，虽然智能型手机不断发展，但是在手机电池技术上却没有突破性的进步，因此各家厂商除了将手机电池越做越大之外，也在充电方面下了很多功夫，于是各自推出自家的快充规格，各厂家纷纷导入快充技术来缓解手机续航力不足的问题。
就目前而言，主流快速充电技术分为高压快充、低压快充两种解决方案；高压低电流以高通Quick Charge 1.0~4.0快充技术、MTK Pump Express／MTK Pump Express plus快充技术为代表，占据了相当大的市场份额，低压高电流则以OPPO VOOC闪充技术和华为的SuperCharge为代表。
 ( 图片来源 / Avnet)
智能型手机发展至今，唯独没有取得突破性的就是电池技术了，在此情况之下，所有品牌只能变相的改善续航能力。每个消费者在日常生活当中，都会遇到手机电量不足的情况，特别是手机的重度使用者，一款手机电池能用一天，他们就很满足了。想要解决手机续航力的问题，但又觉得加大电池容量会影响到外观，那选择快充技术来克服，就成了唯一的选择。
3C充电配件不统一衍生环保议题
各种IT、3C产品当因为故障、效能不足或年限到了要淘汰的时候，其所专属的电源供应器或充电配件即便功能正常，往往被处置的方式就是跟着装置一起丢弃，也因此这样的做法，产生了充电器无法被循环回收再利用的环保议题。
为了更加普及USB在不同装置供电上的应用、减少电源线的配置，全新的USB Power Delivery（以下简称PD）就此诞生。USB-IF于2012年宣布了这项名为USB PD的电力传输规范，目的在透过高达100瓦的电力传输量，让各种装置均能透过一条USB线缆满足供电需求，而缩短装置充电时间的优点，更能优化行动应用的便利性。USB PD具备双向性的特点，容许装置间在进行数据传输的同时可以一边充电，省时便利的作法更加提升了使用上的效率，且不再需要传统的电源线，使电源线材能统一化。
 ( 图片来源 / USB-IF)
USB PD的应用与市场动态
一般传统的使用情境，主机多半作为供电端，提供电力给连接的屏幕显示器(或屏幕由独立电源供电)、笔电或硬盘；手机和硬盘作为受电端，从主机或笔电获取电源。当显示器、笔电与平板都支持USB PD时，显示器、笔电与平板可以是供电端，也可以当受电端。当笔电、平板电力不足或没带电源供应器时，可透过屏幕来供电；当屏幕需要电力时，也可透过主机、笔电或平板进行供电。这两者也可以在其他装置如手机、外接硬盘等需要电力时，透过连接USB Dongle来传送电力，或是反过来透过Dongle传送电力给笔电、平板，充电同时仍可进行数据传输。
这样双向性的灵活串接运用，只要在产品供电端与受电端增加USB PD沟通IC，随插即充的梦想即可实现。
USB PD所带来的优点:
1. 透过单线沟通协议(SWP)可以达到单条线缆上可同时传输电力以及数据。
2. 从现有的USB标准提高到100W的功率水平。
3. 电力方向不再固定。 具有电源（主机或接口设备）的产品都能够提供电源。
4. 相接的2个机器间，透过USB PD通讯协议，在联结供应或接收电力的关系后，决定双方之间最适合的供应或接收的电压和电流。
5. USB充电器可透过计算机的USB port，提供电源给其他设备进行充电。
文章一开始介绍了各家厂商的快充技术，有高通的QC、联发科的PE、OPPO的VOOC、华为的SuperCharge以及USB组织自己推行的PD等等，但由于握手协议以及技术细节上的不同，这些快充方案无法实现相互兼容，关于哪一个方案比较好的争议也持续存在。
 ( 图片来源 / SOGI Net)
但对于现在的智慧手机来说，快充已经是一项不可少的功能，只是目前的快充方案并不统一，相对的也造成了消费者的困扰。不过现在这些矛盾即将就要消失了，因为在今年(2017)春节期间，USB组织已经对PD标准进行了更新，加入了名为PPS规范，PPS规范也就是Programmable Power Supply规范，它是USB PD 3.0标准的一个重要更新，目的在对于目前所有的快充方案制定统一的规范。目前已经成功收录了高通的QC 3.0/4.0、联发科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、华为SuperCharge等快充标准，意味着新的规范可以完美支持这四种快充方案。USB组织甚至已经与中国工信部的泰尔实验室达成了共识，未来将与国标实现统一标准。
 ( 图片来源 / USB-IF)
2016年风起云涌的快速充电标准之争即将告一段落，将于2017年进入统一标准的世代。而对消费者而言，终于可以期待在2017年开始享受充电器大统一所带来的便利了。
从构思到设计，从创建原型到批量生产，安富利支持在产品生命周期各阶段的客户群。我们以全面的设计和供应链服务，成为带领技术演进创新者的最佳指引。近一世纪以来，安富利持续协助全球客户和供货商实现各种技术机会与可能；整合各种资源，打造快充电源市场完整的生态系统。其设计服务部（Avnet Design Services）也开发了多种快充电源的参考设计，提供给客户作为电路设计上的参考，并随时协助客户以加速完成其产品的上市。
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