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【众测】03期:PD快充发展史&51NB众测之定制87W充电头简测 - 六月的雨

2021-01-21 16:48:36 | 作者:六月的雨

一、USB PowerDelivery(简称:USB PD)发展史(此部分主要援引网络相关资料,整理汇总并重新编辑修改)

1、USB Power Delivery(简称:USB PD)是USB的标准化组织USB-IF在2012年7月5日发布推出的一个USB充电标准与技术标准。经过近7年时间的发展与更新,如今的USB PD快充协议已经由最初的1.0版本、2.0版本、3.0版本发展到了现在的PPS(PPS也可以看作是3.0版本的更新补丁),是目前主流的快充协议之一。USB-PD 快充协议是以 Type-C 接口输出的,但不能说有 Type-C 接口就一定支持 USB-PD 协议快充。USB-PD 快充协议可以透过 USB 电缆和连接器增加电力的输送,扩展USB应用中的电缆总线供电能力,从而达到提高充电电压或电流的目的,并且可以自由改变电力的输送方向。Type-C 接口默认最大支持 15W (5V/3A),但是在实现了 USB-PD 协议以后,能够使输出功率最大支持到 100W (20V/5A)。所以现在许多实用 Type-C 接口的设备都会支持 USB PD 协议。

51NB定制87W充电头,采用1A1C布局,支持PD快充



2、版本
以下是USB的标准化组织USB-IF发布的各项版本,以下资料仅供参考,建议请到USB-IF的官方网站查阅详细规格与资料。
USB PD 1.0
对供电能力设置五个级别,向下兼容USB 2.0/3.0与BC 1.0/1.1/1.2

   
USB PD 修订版1.0之1.3版充电规则
   
   
级别
   
   
直流电压 / 电流
   
   
功率
   
   
说明
   
  
1
  
  
5V / 2A
  
  
10W
  
  
手机、数码相机等
  
  
2
  
  
5V / 2A
  12V / 1.5A

  
  
10W-18W
  
  
平板电脑、外接存储设备等
  
  
3
  
  
5V / 2A
  12V / 3A

  
  
10W-36W
  
  
超极本、变形本、平板等
  
  
4
  
  
5V / 2A
  12V / 3A
  20V / 3A

  
  
10W-60W
  
  
相当于micro USB支持的最大供电规格
  笔记本电脑、
一体机
  
  
5
  
  
5V / 2A
  12V / 5A
  20V / 5A

  
  
10W-100W
  
  
用于标准A/B与USB Type-C连接头
  液晶显示器
  液晶电视机

  

USB PD 2.0
改用USB Type C(USB 3.1)

   
USB PD 修订版2.0之1.3版充电规则
   
   
功率(W)
   
   
电流(A)
   
   
5V
   
   
9V
   
   
15V
   
   
20V
   
  
0.5 ≤ X ≤ 15
  
  
X ÷ 5
  
  
不适用
  
  
不适用
  
  
不适用
  
  
15 ≤ X ≤ 27
  
  
3
  
  
X ÷ 9
  
  
27 ≤ X ≤ 45
  
  
3
  
  
X ÷ 15
  
  
45 ≤ X ≤ 60
  
  
3
  
  
X ÷ 20
  
  
60 ≤ X ≤ 100
  

USB PD 3.0
USB PD 修订版3.0之1.2版充电规则,与 USBPD 修订版2.0之1.3版是相同的
加入可编程电源供应,可兼容各家快充协议,最新可支持QC4+快充。

   
USB PD 修订版3.0之1.2版充电规则
   
   
功率(W)
   
   
电流(A)
   
   
5V
   
   
9V
   
   
15V
   
   
20V
   
  
0.5 ≤ X ≤ 15
  
  
X ÷ 5
  
  
不适用
  
  
不适用
  
  
不适用
  
  
15 ≤ X ≤ 27
  
  
3
  
  
X ÷ 9
  
  
27 ≤ X ≤ 45
  
  
3
  
  
X ÷ 15
  
  
45 ≤ X ≤ 60
  
  
3
  
  
X ÷ 20
  
  
60 ≤ X ≤ 100
  

3、发展历程
2012年7月,USB-IF发布了基于当时普遍存在的 USB-A 和 USB-B 接口的USB-PD 1.0 标准,描绘了 USB 3.0 和 USB2.0 接口最高可达 100W 供电能力的美好想象,但是直到USB-C 接口的出现,这一想象才开始成为现实。
2014年8月,USB-IF发布了具有革命性意义的TYPE-C 1.0接口标准和USB-PD 2.0 标准。与此同时,高通的 QC 2.0 版本也是在同年发布的。
USB PD让神奇的USB TYPE-C接口,不但具有传统的电能、数据传输能力,还具备了音视频传输能力。而且,不论是电能、数据、还是音视频传输速度,都比传统的传输线要更为出色。与 Micro-USB 相比,USB-C(USBType-C)接口最大支持 20V 5A 的电力传输,天然更适合快充。但是由于此时 USB-C 接口并非智能手机主流接口,所以高通 QC 协议为首的第三方快充协议依然是市场主流。
2015年底,USB-IF推出了USB-PD3.0标准。但是,由于市面上的快充标准各不相同,如高通 QC 4.0/3.0、联发科 PE3.0/2.0、华为 Super charge、摩托罗拉 Turbo charge、OPPO VOOC 闪充、一加 DASH闪充、魅族 mCharge 等等 。快充市场群雄割据的局面也没有明显改善。
2017年2月,USB-IF组织发布了USB-PD 3.0标准的重要更新,即在USB-PD 3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS(Programmable Power Supply),旨在为当今的快速充电解决方案提供统一的规范。目前其已经实现对高通QC3.0/4.0、联发科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、华为SuperCharge等标准的收录,意味着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。
另外,谷歌要求配有TYPE-C口的新安卓手机必须使用USB-C PD快充标准:


USB PD 和 QC3.0 比较


4、延展知识:PPS能够解决什么问题?
4.1、PPS让USB接口的输出电压范围,从5V扩展到3.0V~21V。
这是一个很重要的改动,因为快速充电存在着高压小电流和低压大电流两大派系。从3.0V~21V的供电范围,让PPS可以满足各种技术流派的快速充电。
4.2、PPS可调整电压幅度为20mV,可以实现低压大电流直充。
20mV一档的电压调整幅度,让低压大电流直充方式成为可能,实际上关于这个技术的争议很大,因为有部分手机厂商希望直接在适配器上实现恒流直充控制,而不是放在手机端。但是USB-IF终究没有同意这一点。主要考量是,恒流机制可能导致某些情况下,输出电压的剧烈波动,不利于手机内部的Bypass路径管理,及手机内部基带模块的供电安全。
4.3、PPS有脉动机制,保证充电过程的安全性。
PPS一旦进入大电流模式,安全性变得非常重要,因此PPS协议规定,最少每10S,负载和适配器之间要保持一次脉动沟通,避免充电过程失控。


5、与其它充电协议的关系
USB-PD 协议与其它厂家的快充协议并不是同等的关系,而是包含与被包含的关系。在 USB-IF 发布的 PPS (快速充电技术规范)里, USB-PD 3.0 协议已经包含了高通 QC 3.0 与 4.0 ,华为的 SCP 与 FCP , MTK 的 PE3.0 与 PE2.0,还有 OPPO 的 VOOC 。


通过以上我们可以看到USB-PD协议的强大,这也是近年来手机和笔记本快速普及Type-C接口并支持 USB-PD 快充的原因。当然,感兴趣的小伙伴,也可以去知乎,拜读51NB专门网曾经发表的一篇详尽描述PD快充发展史的大作:快速充电的发展史:传送门



51NB众测之定制87W1C1A充电头(以下均为原创内容)
一、包装、外观
1、包装
外包装设计简洁大方,可回收利用环保纸板包装,仅设计了正面、背面一模一样的充电头的简体线条图,当然了,作为老黑粉,还是希望能设计一个更漂亮的黑色外包装。
 
打开包装盒,充电头由一层CPE(氯化聚乙烯)耐油、阻燃的塑料袋简单包裹,并标识有环保可回收标识以及数字第7号标识(感兴趣的小伙伴可以百度百科塑料回收标志,了解小知识)。


2、外观及三围尺寸
这次收到的定制充电头是黑色款,采用“半磨砂”设计,可折叠插头部分以上部分采用黑色亮面设计(约占充电头整体的三分之一还多一些),剩余部分采用磨砂黑设计,兼顾了整体颜值及手感。另外,看官网及论坛介绍,还有一款白色版的待售,喜欢白色的小伙伴也可以敬请期待。
借用官网和论坛图(我手上没有白色,可折叠插头部分对比此前发车的,有改变哦)


充电头实体非常惊艳,外形小巧,造型大方,整体三围和重量都控制的非常好,比上一次51NB的65W 1C2A充电头还略微小些,重量也仅仅增加了7克左右。





整体设计时尚,颜值在线。
外观方面采用了亮面和磨砂拼接的设计,但亮面塑料易沾染指纹,无论亮面还是磨砂面,均很容易有划痕,几轮测试下来,划痕已经不少,强迫症者可以绕道了。
折叠式插脚的设计使得外出便携性非常好,可以很轻松的收纳、携带。
整体做工非常补充,折叠头打开、回弹清脆利落,整体无任何毛刺、凸起、缝隙以及割手的问题,C口、A口无歪斜、毛刺、金属断口的情况。拿捏在手里,感觉质感非常好。

另外,大家是否似曾相识,这款51NB定制87W充电头(三围为6x6x2.8cm,143g)的外观设计与紫米45W(三围为5x5x2.8cm88g)好相似,推测可能是同一家设计方案或者是同一代工厂。牛B的是的,咱们论坛定制的充电头,在整体体积增加不大的情况下,功率几乎翻倍,达到了87W。

紫米45W充电头(图源网络)

51NB定制87W充电头


3、参数及对比参数

  此前65W产品参数
  
  87W众测产品参数
  
  三围:6.1 x 6.3 x 3cm
  
  三围:6 x 6 x 2.8cm
  
  重量:136
  
  重量:143g
  
  接口:1C2A
  
  接口:1C1A
  
  支持协议:
  USB-C支持PD2.0/3.0、QC 4+、华为FCP/SCP、三星AFC、苹果2.4A、三星2.0A、DCP-1.5A等协议;
  USB-A支持QC2.0/3.0、华为FCP/SCP、三星AFC、苹果2.4A、三星2.0A、DCP-1.5A等协议  
  支持协议:
  USB-C支持PD2.0/3.0、QC 3.0协议;
  USB-A不支持PD/QC协议,也不支持各手机厂商私有协议
  

和本人目前在使用的66W 2C2A充电头比起来,那是整体小了一大圈, 具体参数比都不用比,肉眼一瞧就是又小又轻了,比本人IQOS原配的10W充电头也就大了1.5倍左右吧,请看对比图:






再来看一下参数对比:
参数协议对比(机基地66W四口充电头VS51NB定制87W 1C1A充电头)
之前,用的老七家出品的机基地66W四口充电头参数如下
双C双A充电头拥有Type-C*2及USB-A*2,共4个输出口。
单Type-C使用时,最高可达48W输出;
双Type-C使用时,输出功率为30W+18W;
单USB-A使用,最高可达18W输出;
双USB-A使用时,总共输出18W;
三口同时工作最高输出66W;
四口同时工作最高输出64W。
支持QC3.0、PD3.0快充协议。

51NB定制87W 1C1A充电头参数如下:
1C1A充电头拥有Type-C*1及USB-A*1,共2个输出口。
USB-C单输出:5V3A/ 9V3A/ 12V3A/15V3A/ 20V4.35A(最高可达87W输出);
USB-A单输出:5V2.4A(最高可达12W输出);
USB-C与USB-A双口同时使用时;
USB-C口最高65W输出(20V3.25A/ 5V3A/ 9V3A/ 12V3A/ 15V 3A);
USB-A口最高12W输出(5V2.4A);
支持QC2.0/3.0、PD2.0/3.0、APPLE5V 2.4A协议。(其它厂商私有协议不支持)。


二、充电实测
因为疫情影响的原因(单位有3位同事元旦前后出差北京,去的北京办公地点,恰恰出现了确诊病例,导致我们杭州办公点的所有人,也需要居家隔离及核酸检测,真是祸从天降!),手上并没有拿到充电功率监测仪,仅能通过最原始的,记录充电时长的方式来进行充电实测的记录。
1、给笔记本电脑(DELLXPS13)充电
使用单C口充电测试,参照物为DELL原配45W电源适配器器,C-C线材为1.5米谷歌线(最大电流3A),三次测试,结果如下(取三次的平均值):

XPS13原装45W电源适配器


测试对比结果如下表:

  充电源
  
  理论可用挡位
  
  系统是否显示快速充电
  
  10%-100%充电时长
  
  DELL原装45W电源适配器
  
  19.5V/2.31A
  
  /
  
  2小时32分钟
  
  机基地66W 2C2A充电头
  
  15V/3A
  20V/2.4A
  
  
  
  2小时43分钟
  
  51NB定制87W 1C1A充电头
  
  15V/3A
  20V/3A
  
  
  
  2小时26分钟
  

分析可知:
使用DELL原装45W电源适配器,电压电流相对比较稳定;
使用机基地66W 2C2A充电头,虽然单C口理论标称最大功率为48W,但实际充电过程中,因富余功率空间较小,再加上线材等其它损耗,也存在电压电流不稳定的情况,导致充电时长反而比DELL原装45W电源适配器更长;
而51NB定制87W 1C1A充电头,单C口理论标称最大功率为87W,可用挡位理论最大功率60W(受限于3A线),功率富余空间充足,整体充电时长反而更短。
因手上没有大功率充电需求的笔记本电脑,因此,也难以测试发挥出51NB定制87W 1C1A充电头的实际能力。大家都知道,不同型号的笔记本电脑有不同的功率要求。但一般来说,87W 充电器基本上已经可以支持绝大多数笔记本电脑。即使是一台原配电源适配器为90W的的笔记本电脑,87W也可以满足需求。


2、给手机(iPhoneXS MAX)充电
使用单C口充电测试,参照单A口5V 2.4A充电模式,C-L线材为1.5米Benks编织线,A口线材为原装苹果A-L数据线三次测试,结果如下(取三次的平均值):




测试对比结果如下表:

  充电源
  
  理论可用挡位
  
  是否快速充电
  
  0%-100%充电时长
  
  机基地66W 2C2A充电头
  
  单A口:5V/2.4A
  
  
  
  2小时35分钟
  
  机基地66W 2C2A充电头
  
  单C口:9V/2A
  
  
  
  1小时43分钟
  
  51NB定制87W 1C1A充电头
  
  单C口:9V/2A
  
  
  
  1小时41分钟
  
  51NB定制87W 1C1A充电头
  
  单A口:5V/2.4A
  
  
  
  2小时32分钟
  

分析可知:
众所周知,苹果截止目前,仅支持最大20W的快充功率,从整个苹果充电协议发展历史来看,一直以来,都是小心谨慎,非常保守。
在单A口、12W充电挡位下(5V/2.4A),两款充电头基本上半小时充电在30%左右,一小时充电在60%左右,完全充满在2小时30分钟左右。
在单C口,18W充电挡位下(9V/2A),两款充电头基本上半小时充电55%左右,而完全充满需要1小时40分钟左右。
无论是单A口还是单C口,两款充电头均达到及满足Apple5V/2.4A协议及9V/2A PD2.0快充,在充电速度上,整体区别不大。


3、笔记本电脑+手机(DELL XPS13+ iPhone XS MAX)
由于51NB定制87W只有1个C口,所以本次使用1C1A方式进行笔记本电脑+手机同时充电方式进行测试,略显遗憾,本希望能以2C方式进行,无奈无奈。测试线材为1.5M谷歌C-C线以及1.5米Momax C-L线,还有苹果原装A-L数据线


测试对比结果如下表:

  充电源
  
  理论可用挡位
  
  是否快速充电
  
  10%-100%充电时长
  
  机基地66W 2C2A充电头
  
  A口:5V/2.4A
  C口:15V/3A
  20V/2.4A
  
  A口:否
  C口:是
  
  手机:2小时38分钟
  电脑:2小时41分钟
  
  51NB定制87W 1C1A充电头
  
  A口:5V/2.4A
  C口:15V/3A
  20V/3A
  
  A口:否
  C口:是
  
  手机:2小时35分钟
  电脑:2小时23分钟
  

分析可知:
款充电头均为45W以上功率充电头,因此在本次测试情况下,1C1A下,测试没有任何故障发生(充不进电或者充电功率不足,导致充电时间变长的情况)毫无功率输出压力。
机基地66W 2C2A充电头,理论功率分配为C口最大48W,A口最大18W,合计66W;
51NB定制87W 1C1A充电头,理论功率分配为C口最大60W,A口最大12W,合计72W。
充电时长方面,和单C口、单A口,单充笔记本电脑、单充手机所用充电市场相差不大。


三,总结

  
优点
  
  
缺点(遗憾)
  
  外观设计时尚大方,颜值在线
  
  亮面易粘指纹,外壳容易产生划痕
  
  体积小,便携性佳,质感做工好
  
  非氮化镓,有点偏重
  
  散热设计佳,充电温升手感仅温热
  
  1C1A接口,还是不能满足手机+电脑2C口同时充电的常用场景需求
  
充电测试完胜机基地66W 2C2A充电头
  便携性完爆机基地66W 2C2A充电头
  
USB-C支持PD2.0/3.0、QC 3.0协议;
USB-A不支持PD/QC协议,也不支持各手机厂商私有协议
  

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