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240W的PD新标准,手机充电器可以给电瓶车充电
2021-06-07 来源:电子发烧友网
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近日,USB-IF协会发布了最新的PD3.1标准,可以支持最高48V的电压,同时充电功率达到240W。此次新的PD标准是在PD3.0的基础上进行扩充,新增了28V、36V、48V三种拓展输出电压。

目前主流3C快充方案仍然集中在18W-100W左右,而最新的标准显然已经远远超过了目前电子产品的充电水平。如小米也在近期公开了自己200W的快充方案,显示充满4000mAh时间仅为6分钟左右,以此推断,240W的快充充满时间将缩短至5分钟左右,从充电时间来看,提升的幅度显示是巨大的。



PD即将一统充电市场?
功率提升至240W,也会带来一些其他应用上的挑战。同时,当前手机厂商的高端旗舰手机充电功率也主要集中在65W-100W左右,想要真正应用PD3.1,还需要一定的时间。

宝砾微电子销售总监肖祥富在接受电子发烧友记者采访时表示,PD3.1将功率提升至240W是一个具有前瞻性的标准,如今产品中的电池容量越来越大,对于充电功率的需求肯定是越来越高。但从目前大多数便携式电子设备使用情况来看,使用100W充电功率的都很少,即便是家用电子产品,如筋膜枪、按摩仪等,都无须使用到这么大的功率,许多产品暂时还用不上。

想要使用240W的快充,还有一个阻碍在于电池。高功率一般需要4串或者6串的电池,如储能电池,或白色家电才会使用。而便携式移动设备,如手机等仅有一块电池,使用65W的快充已经够用,如果放入100W,甚至如今的240W快充,对于安全性是一个很大的挑战。

除了安全性以外另一个是实用性,如今手机快充已经可以达到半小时以内充满,即便换一个240W的快充,将充电时间缩短至10分钟以内,对于消费者的有多大的意义,有多少消费者愿意为之买单是一个问题。

各厂商的快充协议|国元证券

值得注意的是,目前快充市场中仍然充斥众多的协议,如高通QC、PD、OPPO的VOOC、华为SCP以及小米的PPS等,但如今PD3.1的颁布,充电功率已经达到较高水平,即便是小米最新发布的200W充电方案,相比PD3.1仍有一定差距。同时PD3.1的标准制定,有近百家企业的500余位行业专家共同参与,华为、小米、联想、立讯精密、慧能泰等企业都参与其中,这是否意味着PD协议统一的时代正在拉开帷幕。

对此,茂睿芯市场经理周银认为,这些头部的手机厂商,都具有很强的研发实力,尽管这些大厂参与到了标准的制定,但他们的私有协议仍然会继续发展,每个厂商都还是会依据自己的优势去做私有协议的开发。相反,对于PD协议而言,反而会主动拥抱其他协议,如在PD3.0时期已经将高通的QC协议完全包容在内。

肖祥富也认为短期内厂商并不会放弃私有协议,因为这里面涉及许多商业因素,以及专利保护在里面,贸然放弃,损失巨大。不过长期来看,协议一定是走向统一的,在苹果、华为等厂商相继取消附赠充电头后。用户一定会选择能够公用的充电器,即PD协议。



为何仍然选择5A?
新的PD标准,除了将功率提升至240W以外,值得注意的是,其电流仍然保持在5A,只是提升了电压。主要原因在于高压高电流虽然能极大提高充电功率,但受到安全性与技术的限制,暂未得到大范围商用。

茂睿芯方面表示,电压提高到48V,但电流仍保持在5A,主要有两个限制,一个是功率器件的耐压等级,48V总线可以充分利用目前市场中大量使用的80V-100V功率器件进行设计,在提升性能的同时,优化成本;另一个则是需要考虑到安全电压的等级,在设计时需要考虑有20%的过电压,如果电压48V,则需要设计电压为58V左右,这个设计仍然处于60V以下的安全范围内,因此PD3.1标准将电压定在了48V。对于茂睿芯而言,目前来看在设计上并没有多少困难。

肖祥富进一步阐述到,当前按照国际标准,DC低于60V以下,属于安全电压,因此目前提升至48V并没有太大的关系。但如果提升电流,会导致成本和功耗的增加。PD3.1将电压设置在48V/5A,相对于成本的增加幅度会低于低压大电流的的标准。

以常规的电子元器件来举例,如果现在使用的电压为20V,采用一个30V左右的MOS管,这时候需要将电压提升至48V,那么选择低端的60V、80V或者100V的MOS管,成本差异不大。

如果现在是一个20V5A的产品,可以选择100A的MOS管,如果要提高至20V12A,则需要选择更高电流的MOS管,成本差异很大。

另一个是充电的数据线,目前市场中支持100W功率充电的数据线价格大概在几十元左右,但如果买一根支持12A的数据线,花费的成本可能需要翻倍。因为电流越大,需要的线材就越粗。

要不然会出现两个问题,一个是充电时线材会发烫,温度升高;另一个则是USB接口,不论是C口还是A口,大部分连接器支持到5A已经经过特殊处理,在材质结构上均经过了调整。

如果要支持到12A,其成本将会显著上升。而在安全性上来看,电流越大,意味着温度越高,也可能更容易导致火灾等危险的发生。

周银表示,如今PD3.1标准在电流仍然保持5A,意味着线材中的成本不会上升太多,主要的成本变化在于emark芯片。在PD3.0中,当电流超过3A时,就需要这颗芯片来进行辅助。不过如今电压提升至48V,意味着emark芯片的耐压等级的提高,需要重新设计,数据线的成本主要体现在这里。

另一方面,目前在工业界已经存在240W的充电方案,但需要落实到PD3.1标准中,还需要进行适配。同时PD3.1中增加了EPR(扩展功率)功能,主要拥有15V-28V、15V-36V、15V-48V三个档位。茂睿芯表示,15V-36V输出的场景,现有方案就可以实现,但是15V-48V的优化方案业界还在探索中。



PD3.1为行业带来的意义:跨界统一
有机构判断2021年全球快充市场预计达到3000亿元,市场空间广阔。受到世界经济复苏及iPhone取消标配充电头的积极影响,第三方厂商将迎来较大发展机遇。同时在PD3.0时,100W的充电功率已经能够满足智能手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备的充电需求,如今功率提升至240W,极大提升了该标准的使用场景。


PD快充协议范围|国元证券

这对于国内厂商而言是一个极大的机遇,肖祥富表示,PD3.1快充协议的普及,快充的使用场景将获得了极大地拓展,不仅是应用在3C产品中,还能够应用到电动两轮车、家电甚至电动车领域中。

尤其在电动两轮车领域,周银表示,当前电动两轮车充电器功率大概在200W-300W,PD3.1完全可以满足这些产品的充电需求,茂睿芯目前也正在与电动两轮车公司积极沟通,希望能够尽快实现。

当前茂睿芯主要集中在电动两轮车的电池管理与中控台相关产品,而电动两轮车的充电器这一块,目前并未有太多的涉足。当下的两轮车充电器并不强制要求PFC(功率因数校正),而PD3.1则需要PFC。

没有PFC容易导致产生安全性问题,比如电动两轮车的电池易发生起火现象,这是由于线材通常设计为5A,但如果功率因数较差时,电流会陡然增大导致火灾的发生。如果能够将PD3.1协议应用在电动两轮车领域中,将极大地提升安全性。对于厂商而言,也将扩大自己的业务范围。

不过PD3.1标准的普及并非短时间就能实现的,PD3.0已经发布了数年,才在2020年开始得到爆发,这还是由于苹果等大厂宣布不再做充电头才将市场点燃,而此前许多厂商尽管将PD快充应用在手机、笔记本电脑中,但并未真正的引爆市场。肖祥富表示,至少在两三年内,还是会以100W以内的充电器为主。



小结

新发布的PD3.1标准,不仅又将充电时间向前推了一大步,更重要的是,不仅能够满足传统的3C产品,还能满足其他电子产品的充电需求,如电动两轮车、无人机。不过新标准的推出,一般都需要长时间的检验与普及,不过对于上游芯片原厂而言,应用何时能起来并不是最重要的,只需要将技术做好,能够满足客户要求才是最重要的。



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