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USB-IF发布USB PD 3.0重要更新:PPS成功收编高通QC4.0

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   快充技术已成为Android手机的标配,但目前市场上存在不同的快充标准,如高通Quick Charge、OPPO VOOC、华为SuperCharge等割据一方。近日,USB-IF组织发布了USB PD 3.0的重要更新,正式推出旨在一统快速充电技术规范的PPS(Programmable Power Supply),成功收编了高通的QC4.0,并与我国工信部的泰尔实验室达成了共识,预计将与国家标准实现统一。USB-IF通过协调高通、泰尔实验室以及主流手机厂商,推出PPS向下兼容各家原有的标准。此前,谷歌在Android 7.0的OEM规范中规定,快充必须基于USB PD。业界厂商也将很快推出支持PPS技术的芯片和解决方案。而消费者,终于可以期待在2017年开始享受适配器大统一带来的便利了。

 

图1 基于USB PD 3.0的PPS技术规范

  第一, USB-IF为什么要推出PPS?

      2014年,智能手机进入大屏时代,原有的5V2A micro usb充电极限已经无法满足用户的需求。但是,USB-IF却没有给出解决办法。于是,高通利用自己的行业地位,开始力推QC2.0和QC3.0,向9V/2A, 12V/1.5A快速充电技术路线进发。但是,高通发布的技术标准都是围绕自己的产品生态和商业利益展开的,为了分得一杯羹,OPPO,MTK,华为,TI等公司也都相继推出了自己的快速充电标准。混战的局面会导致社会资源的浪费,造成电子垃圾污染,有悖于这些大公司的社会责任。所以必须要USB-IF这个非商业利益的组织来实现统一。于是USB-IF在原有的USB PD2.0和USB PD3.0基础上,通过与高通、泰尔实验室以及国内主流手机厂商的多方沟通。终于推出了PPS来满足各方的诉求(或者说是互相妥协),并明确规定,USB接口不允许通过非USB PD的协议来实现电压调整。各家原有的旧的标准,只要不违背原则的,可以在PPS基础上保持向下兼容。而Apple会不会成为独立于联盟之外的部落。因为Apple已经推出了PD to Lightning的转接线,在12吋的IPAD上实现了USB PD快速充电。这项技术是否会应用到iPhone上,就取决于Apple自己的喜好了。作为USB TYPE-C和USB PD推广的急先锋,相信Apple加入USB阵营也是迟早的事情。

  第二, PPS能够解决什么问题?

     1. PPS让USB接口的输出电压范围,从5V扩展到3.0V~21V。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。

     2. PPS可调整电压幅度为20mV,实现低压大电流直充。20mV的电压调整幅度,让低压大电流直充方式成为可能,但是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。

     3. PPS充电过程的安全性:脉动机制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。

 第三, PPS是全部吗?
      从PPS目前的架构,为手机充电提供了非常好的的解决方案。它其实是对USB PD协议的一个升级补丁,一个多方角力的结果。而USB PD,关注的应该是Power Deliver,而不仅仅是充电。既然是供电,那就应该包括三种常见的供电方式,恒压、恒流、恒功率。PPS仅仅实现了恒压供电,仍然是有局限性的。事实上,在PPS推出之前,业界一些比较前沿的公司就已经在尝试发布比PPS更完善的,同样是基于USB PD的供电方法。除了PPS以外,此次USB PD3.0的升级还包括了不少与IEEE相关的信息(USB PD已经有点过界了,管到了IEEE的领域去了,所以有必要遵循IEEE的标准),包括了Country Code,Country Information message,Manufacturer Information Message等,这些信息有助于针对不同国家的电网特性进行EMI和EMC处理,例如陷波滤波器的特征频率设置等。除了PPS之外,其实是Status Message, 用于标志系统当前是否有外接电源,AC还是DC接入,电池情况,工作温度情况等。这个功能的增加,将会为USB PD成为智能供电标准提供重要的支撑,解决诸如两个笔记本电脑接在一起,该谁给谁充电的问题,备用电池接上笔记本电脑,该谁给谁充的问题,智能供电网络中的供电方向和负载平衡问题等。

     可以说,此次USB PD 3.0的更新统一了USB充电的标准,这将使得TYPE-C接口更快的统一天下,结束各个手机厂商混战的局面。