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快充技術邁向一統 一拍即合or舉步維艱?
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 報導】   2019年04月26日 星期五

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行動裝置正大步邁向快速充電的懷抱,這是因為消費者常用的隨身裝置如手機等,其充電方式已經成為一門顯學。如何又快速又安全地讓手機充飽滿滿的電源,正考驗著各家廠商的設計功力。當然這其中,牽涉到的就是快充標準與關鍵元件等議題。放眼目前快速充電市場兩大主流陣營,包括高通主打的QC標準,以及蘋果公司所採用的USB PD規範,適巧正讓採用QC為主軸的Android系統與選擇USB PD的iOS系統分庭抗禮。

意法半導體資深技術市場工程師吳逸杰
意法半導體資深技術市場工程師吳逸杰

快充技術規格邁向一統

意法半導體資深技術市場工程師吳逸杰指出,儘管雙方陣營採用的看似是兩套不同的標準,然而事實上兩種連結器卻是長得一模一樣。蘋果公司從iPhone8到iPhone X都堅持採用Lightning接頭,而未來,市場上的所有行動裝置終究都將走向Type-C接頭。電源供應器的開發人員都希望QC與PD兩種規格可以合一,之所以會希望走向這樣的趨勢,目的在於提供消費者更大的便利性。以過去來說,消費者出門最麻煩的一件事情,就是需要攜帶各種不同的變壓器,來為各種不同的裝置充電。而在未來,所有裝置只需要透過一個type-C接口即可充電,除了提供更高的便利性之外,也將減輕對於往後這些充電器或變壓器被棄置後的環境壓力。

充電器的統一化,將是未來幾年快速充電技術發展上的重要趨勢。目前許多廠商也都正開始著手進行這樣的事情,特別是許多供電45W以下的電子產品,只需要一個USB PD充電器就可滿足所有設備。而PD最高可達100W的充電功率,則可滿足家中其他電器產品(如顯示器或投影機)的供電需求。正由於對消費需求與地球環境都高度友善,因此不管是消費者或廠商,都樂見充電器統一化的趨勢快點實現。

當然,標準統一儘管是重要趨勢,然而卻也非一時半刻即可實現。這其中除了涉及複雜的商業角力問題之外,還有消費者使用時更為關心的議題,也就是成本。未來在標準統一的狀況下,必定是採用type-C接口,主流市場使用45W以下功率,然而協議規範可達到100W,因此我們有必要進一步瞭解從45W到100W之間究竟會有哪些考量點。

現行協議中,規範只要是超過3A或者60W以上,纜線就不能插拔。無法插拔的固定纜線外觀不好看也沒有彈性,然而一旦要賦予插拔能力的話,線材就必須通過認證,因此成本會較高。就這點觀察,快速充電標準的統一,將會首先發生在45W以下的應用市場,畢竟45W以下即可滿足絕大部分行動裝置的充電需求,至於100W市場還不會那麼快就有結果。

控制器扮演關鍵角色

吳逸杰說,快速充電涉及的兩個重要層面就是電壓與電流。目前在快充模式的設計上,會盡可能將充電電壓往上調,原因不外乎就是希望能壓低電流,以較低的電流來達到相同的充電所需瓦數。畢竟一旦流經電纜的電流增高,就可能會涉及到規範方面的問題,就必須要選擇較昂貴且通過認證的纜線。另一個需要瞭解的層面是,功率是電流平方與電阻的乘積(P=I2R),如果線材越差代表電阻值將越高,而電流越大則會讓纜線越容易發燙,會造成使用安全上的疑慮。因此現階段,不論是QC或PD,在一定的充電瓦數下,都會盡可能將電流值限制在3A以下。

在快速充電的過程中,充電裝置必須要能夠保護電子設備,因為電子設備並不曉得使用者插進充電孔的到底是什麼樣的纜線,所以這時候就必須要有控制器來進行溝通。控制器的作用,首先是要確定是否為標準的電源端,第二是確定纜線是否合乎規範,第三是則要知道該電源端能夠供應多少瓦數等。

放眼目前市場上,USB控制器的競爭者太多,客戶經常會面臨到相容性的問題。因此控制器本身除了必須克服相容性問題之外,還要能提供自我保護的能力,也就是增加在晶片針腳上的保護能力。因為USB充電經常會提供20V輸入,若缺少保護機制,對一般晶片很容易造成損害。

吳逸杰認為,觀察目前市場上幾個主要的快充標準,普遍走的都是平台化的發展導向,例如高通或Intel都將自家產品平台化。而ST的市場優勢,主要在於STM32系列控制器家族,在市場上擁有很高的市佔率,特別是在消費性電子產品,不論是參考線路與產品設計上都能針對客戶的不同需求對症下藥,並將ST廣大的解決方案一併帶入,來提供客戶更友善的使用方案。

關鍵字: USB  type-C  ST(意法半導體
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