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USB電力傳輸將統一3C與行動裝置的充電標準
Wilson Hou, Staff Design Engineer of Avnet Design Services, Asia Pacific
快速充電是未來手機發展的趨勢
近幾年來，手機硬體的發展越來越快速，CPU從一開始的低頻單核CPU，到現在的高頻四核、高頻八核、甚至到了十核，但是硬體速度提升的同時，電池的續航力就變成了智慧手機的瓶頸。相較於手機硬體迅速發展，電池技術在這麼多年仍然處於原地踏步的狀態，由於一直無法有效的提升電池密度，因此只能用最簡單的方式，就是加大電池的容量，從3000mAh、4000mAh、5000mAh一直往上增加，雖然越來越大的電池容量可以增加手機的續航時間，但是也帶來了一個新的問題，傳統的手機充電器所能提供的充電效率過低，使用大容量電池的手機所需要的充電時間過長，一旦手機沒電就需要經過很長時間的充電才能將手機充滿。這個時候廠商們想出了一個方式，就是目前很紅的快充技術。使用快充技術後，只需要充電十幾分鐘，就可以達到傳統充電器一小時左右的程度，大大提升了充電的速度，也大幅的縮短充電時間。
 ( 圖片來源 / Qualcomm)
上圖的左邊是新的快充技術，右邊是傳統的充電架構，同時充電35分鐘，傳統的充電方式只能提供手機20%的電力，但使用快充技術的話，同樣時間手機可以充電到80%，速度足足快了4倍，大大的縮短充電時間。
手機電量就等於手機的生命，雖然智慧型手機不斷發展，但是在手機電池技術上卻沒有突破性的進步，因此各家廠商除了將手機電池越做越大之外，也在充電方面下了很多功夫，於是各自推出自家的快充規格，各廠家紛紛導入快充技術來緩解手機續航力不足的問題。
就目前而言，主流快速充電技術分為高壓快充、低壓快充兩種解決方案；高壓低電流以高通Quick Charge 1.0~4.0快充技術、MTK Pump Express／MTK Pump Express plus快充技術為代表，佔據了相當大的市場份額，低壓高電流則以OPPO VOOC閃充技術和華為的SuperCharge為代表。
 ( 圖片來源 / Avnet)
智慧型手機發展至今，唯獨沒有取得突破性的就是電池技術了，在此情況之下，所有品牌只能變相的改善續航能力。每個消費者在日常生活當中，都會遇到手機電量不足的情況，特別是手機的重度使用者，一款手機電池能用一天，他們就很滿足了。想要解決手機續航力的問題，但又覺得加大電池容量會影響到外觀，那選擇快充技術來克服，就成了唯一的選擇。
3C充電配件不統一衍生環保議題
各種IT、3C產品當因為故障、效能不足或年限到了要淘汰的時候，其所專屬的電源供應器或充電配件即便功能正常，往往被處置的方式就是跟著裝置一起丟棄，也因此這樣的做法，產生了充電器無法被循環回收再利用的環保議題。
為了更加普及USB在不同裝置供電上的應用、減少電源線的配置，全新的USB Power Delivery（以下簡稱PD）就此誕生。USB-IF於2012年宣佈了這項名為USB PD的電力傳輸規範，目的在透過高達100瓦的電力傳輸量，讓各種裝置均能透過一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時間的優點，更能優化行動應用的便利性。USB PD具備雙向性的特點，容許裝置間在進行資料傳輸的同時可以一邊充電，省時便利的作法更加提升了使用上的效率，且不再需要傳統的電源線，使電源線材能統一化。
 ( 圖片來源 / USB-IF)
USB PD的應用與市場動態
一般傳統的使用情境，主機多半作為供電端，提供電力給連接的螢幕顯示器(或螢幕由獨立電源供電)、筆電或硬碟；手機和硬碟作為受電端，從主機或筆電獲取電源。當顯示器、筆電與平板都支援USB PD時，顯示器、筆電與平板可以是供電端，也可以當受電端。當筆電、平板電力不足或沒帶電源供應器時，可透過螢幕來供電；當螢幕需要電力時，也可透過主機、筆電或平板進行供電。這兩者也可以在其他裝置如手機、外接硬碟等需要電力時，透過連接USB Dongle來傳送電力，或是反過來透過Dongle傳送電力給筆電、平板，充電同時仍可進行資料傳輸。
這樣雙向性的靈活串接運用，只要在產品供電端與受電端增加USB PD溝通IC，隨插即充的夢想即可實現。
USB PD所帶來的優點:
1. 透過單線溝通協議(SWP)可以達到單條線纜上可同時傳輸電力以及數據。
2. 從現有的USB標準提高到100W的功率水準。
3. 電力方向不再固定。 具有電源（主機或周邊設備）的產品都能夠提供電源。
4. 相接的2個機器間，透過USB PD通訊協議，在聯結供應或接收電力的關係後，決定雙方之間最適合的供應或接收的電壓和電流。
5. USB充電器可透過電腦的USB port，提供電源給其他設備進行充電。
文章一開始介紹了各家廠商的快充技術，有高通的QC、聯發科的PE、OPPO的VOOC、華為的SuperCharge以及USB組織自己推行的PD等等，但由於握手協議以及技術細節上的不同，這些快充方案無法實現相互相容，關於哪一個方案比較好的爭議也持續存在。
 ( 圖片來源 / SOGI Net)
但對於現在的智慧手機來說，快充已經是一項不可少的功能，只是目前的快充方案並不統一，相對的也造成了消費者的困擾。不過現在這些矛盾即將就要消失了，因為在今年(2017)春節期間，USB組織已經對PD標準進行了更新，加入了名為PPS規範，PPS規範也就是Programmable Power Supply規範，它是USB PD 3.0標準的一個重要更新，目的在對於目前所有的快充方案制定統一的規範。目前已經成功收錄了高通的QC 3.0/4.0、聯發科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、華為SuperCharge等快充標準，意味著新的規範可以完美支援這四種快充方案。USB組織甚至已經與中國工信部的泰爾實驗室達成了共識，未來將與國標實現統一標準。
 ( 圖片來源 / USB-IF)
2016年風起雲湧的快速充電標準之爭即將告一段落，將於2017年進入統一標準的世代。而對消費者而言，終於可以期待在2017年開始享受充電器大統一所帶來的便利了。
從構思到設計，從創建原型到批量生產，安富利支援在產品生命週期各階段的客戶群。我們以全面的設計和供應鏈服務，成為帶領技術演進創新者的最佳指引。近一世紀以來，安富利持續協助全球客戶和供應商實現各種技術機會與可能；整合各種資源，打造快充電源市場完整的生態系統。其設計服務部（Avnet Design Services）也開發了多種快充電源的參考設計，提供給客戶作為電路設計上的參考，並隨時協助客戶以加速完成其產品的上市。
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