デジタルデバイスを充電するために PD または QC 急速充電プロトコルをサポートする電源アダプターを使用するとき、急速充電規格がどれほど進化してきたか気づかないかもしれません。

急速充電について理解する

コンピューティング性能の向上とバッテリー技術の停滞との間の矛盾は、長い間、デジタル製品ユーザー（特にスマートフォンユーザー）の急速充電と ワイヤレス充電 前者は充電時間を短縮でき、後者はスマートフォンのバッテリー充電に細分化された時間を使うことができます。急速充電とワイヤレス充電はどちらも充電効率を向上させることができますが、ワイヤレス充電規格ではQiが常にリーダーであり、統一された急速充電規格の確立は困難です。

Qualcomm Quick Chargeについて知っておくべきことは何ですか？

Qualcomm QCは、サードパーティの急速充電協定を最初に締結した企業であり、あらゆる急速充電規格の中で最も影響力のある企業となっています。その理由は？ Qualcommはメーカーとして、スマートフォンの急速充電の潜在的な需要にいち早く気づいたからです。Snapdragon SoCの先行者利益を活かし、2013年からQC急速充電プロトコルの導入と改良を重ね、今日の急速充電分野において無視できない存在となっています。

クイックチャージ 1 .0

Qualcomm は、2012 年 1 月に Summit Microelectronics の買収を完了した後、2013 年に QC 急速充電プロトコルの最初のバージョンである QC 1.0 をリリースしました。

一般的に言えば、USB-IF（USB Implementers Forum、非営利のUSB標準化団体）が発表したUSB-DCPプロトコルは、Qualcommが導入したQC 1.0急速充電規格の2Aではなく、Micro-USBインターフェースの入力電流を1.5Aと規定しています。当時、Androidモデルに一般的に搭載されている5ピンMicro-USBの電流伝送制限は2Aであり、充電の安全性を確保するために一定のマージンを残すというのが業界のコンセンサスだったため、ほとんどのモデルの通常の充電電流は1.5Aです。電力は7.5W（5V 1.5A）です。そして、QC 1.0は充電電流を単純に2Aに上げることで、スマートフォンの充電効率を7.5Wを基準に1/3に向上させます。

スマートフォンの急速充電の需要が高まるにつれ、2014 年に QC 1.0 がアップグレードされました。

クイックチャージ 2 .0

Micro-USBの2A電流転送上限は、クアルコムが電流を増加させても高出力充電を実現できないことを意味し、クアルコムは入力電圧を上げて充電電力を供給するしか選択肢がない。 ※ QC 2.0を例に挙げると、携帯電話の入力電圧が4段階に上がります。標準電圧の5Vに加え、急速充電電圧も9V、12V、20Vに上がります。Micro-USBの上限電流は2Aなので、理論上は最大40Wの充電電力に達します。

QC 2.0には専用の充電アダプターが付属しています。アダプターが5V以下のデバイスに対応できるよう、QualcommはQC 2.0プロトコルにハンドシェイクプロトコルを導入しました。QC 2.0のハンドシェイクプロトコルは、Micro-USB / USB-A / USB-CインターフェースのDP（D+、デジタルプラス）およびDM（D-、デジタルマイナス）の2ピンデータ端子を介して通信を行い、スマートフォンがQC 2.0充電器に高電圧入力を積極的に送信し、確認後にアダプターからスマートフォンへの最大充電電圧を20Vまで引き上げることができます。

専用の充電器を必要とするQC2.0は、上流産業やファウンドリー産業にとって救いの手となり、それ以来、急速充電業界は爆発的な成長を遂げています。

OPPOがFind 7で採用しているVOOCフラッシュ充電は、実際にはMicro-USBインターフェースを改良したもので、ピン数を7ピンに増やし、追加された2つの接点ピンで電流を伝送します。そのため、Find 7には専用のVOOCフラッシュ充電器と充電ケーブルが必要です。

充電電力はQC 1.0の10Wから40Wに急上昇しましたが、QC 2.0はまだ実は非常に原始的です。

携帯電話内部のリチウムイオン電池の実際の許容充電電圧は4.35V（一部の携帯電話のリチウムイオン電池の充電電圧は4.2Vと4.4V）であるため、実際には、携帯電話のUSBインターフェースの入力電圧が5Vであっても20Vであっても、携帯電話には入力電圧を4.35Vに下げる降圧回路が搭載されている必要があります。しかし、携帯電話内部の20V電圧を4.35Vに降圧変換すると大量の熱が発生し、携帯電話の充電温度が高すぎる状態になり、爆発の危険性が極めて高くなります。

そのため、Qualcomm は 2015 年に、より成熟した QC 3.0 契約をリリースしました。

クイックチャージ3.0

QC 3.0プロトコルでは、QualcommはINOV電圧管理アルゴリズムとメカニズム（Intelligent Negotiation for Optimum Voltage、最適電圧のためのインテリジェントネゴシエーション）を使用し、3.6Vから開始し、リアルタイムの電圧、電流、バッテリー温度を組み合わせて、INOVは通信を維持し、200mV振幅変調ステップで適応的に電圧を増減し、自動的に最適な充電電力の伝送を実現します。

Qualcomm は、既存の QC 3.0 をベースにして、2016 年 11 月に QC 4.0 をリリースし、わずか 7 か月後の 2017 年 6 月に QC 4+ に迅速にアップデートしました。

最初にリリースされたQC4.0は、より洗練されたINOVメカニズムを採用し、振幅変調ステップはQC3.0の200mVから20mVに調整され、デュアルチャージテクノロジーをサポートすることで、充電速度が20%、充電効率が30%向上しました。重要な点は、QC4.0がUSB-CインターフェースとUSB PDプロトコルをサポートし始めたことです。

クイックチャージ 4 .0

QC 4.0 のアップグレードに続く QC 4+ プロトコルでは、次のような大規模かつ大幅な更新が行われました。

• デュアル充電: 追加の電源管理チップをサポートし、充電電圧変換効率が向上し、充電速度が速くなります。
• インテリジェントな熱バランス:デュアルチャージを最適化し、電流経路を自動的に割り当て、電力供給を最適化します。
• 高度なセキュリティ機能：デバイスアダプタとポートの温度を同時に監視し、ラインの過熱や短絡を防ぎ、USB-Cインターフェースの損傷を回避します。

現時点では、QCは成熟段階に達しており、QCの発展過程においてPD合意も徐々に改善されています。

USB-IFは早くも2012年7月に、当時の汎用USB-AおよびUSB-Bインターフェースに基づくUSB PD（USB Power Delivery）1.0電源仕様を発表し、USB 3.0およびUSB 2.0インターフェースで最大100Wの電力供給能力という素晴らしい想像を描いていましたが、この想像が現実のものとなり始めたのはUSB-Cインターフェースの出現によるものでした。

2014年にQualcomm QC 2.0がリリースされたとき、USB-IFはPD 2.0プロトコルとそのキャリアであるUSB Type-C 1.0インターフェース規格もリリースしました。Micro-USBと比較すると、USB-C（USB Type-C）インターフェースは最大20V 5Aの電力伝送をサポートし、当然急速充電に適しています。しかし、USB-Cインターフェースは現時点ではスマートフォンの主流インターフェースではないため、Qualcomm QCプロトコルを筆頭とするサードパーティ製の急速充電プロトコルが依然として市場の主流となっています。USB-IFが2017年2月にPD 2.0プロトコルに基づいて最適化されたPD 3.0プロトコルをリリースした後も、さまざまなサードパーティ製の急速充電プロトコルが王座を占める状況は大きく改善されませんでした。

2017 年 5 月に USB-IF が USB PD 3.0 プロトコルの PPS (Programmable Power Supply) 仕様をリリースして初めて、急速充電規格の最終的な統一が達成されました。

結論

高電圧・低電流と低電圧・高電流の2つの急速充電方式をサポートするPPS仕様が追加されました。同時に、QC 4+のINOVは20mV振幅変調ステップ適応電圧調整メカニズムを導入しました。しかし、これはPPSのすべてではありません。PPS仕様で最も影響力のある点は、USB-IFが独自のルールメーカーのアイデンティティを使用して、USBインターフェースがUSB PD以外のプロトコルで電圧調整を許可しないことを強制的に定義していることです。同時に、USB-IFはUSB PD互換性の方法でサードパーティの急速充電プロトコルが存続することを許可しています。このキラー機能は、USB-IFがサードパーティの急速充電プロトコルに、死か組み込まれるかの2つの選択肢しか与えないことを意味します。

充電段階 急速充電 充電は、定電流プリチャージ（小電流）、定電流急速充電（大電流）、定電圧充電（大電流から小電流へと充電が完了するまで電流を流し続ける）に分けられ、高電圧か低電流か（QCはこのカテゴリーに属する）、あるいは低電圧・高電流かによって、USB-Cインターフェースを介して電源アダプターの入力電圧を調整する必要がある。そのため、PPS仕様では、PDプロトコルと互換性のないサードパーティ製の急速充電プロトコルによるUSB電圧調整を禁止すると発表したが、これは間違いなくクアルコムへの最後のメッセージである。

しかし、USB-IFはすべてのサードパーティ製急速充電プロトコルをブロックしているわけではありません。USB PDが ' の「法定通貨」ステータスが認識され受け入れられた後も、サードパーティの急速充電プロトコルは、独自の小さな王国でAppleのMFiを模倣して、アクセサリメーカー（またはユーザー？）にライセンス料を請求することができます。