携帯電話の充電が速いのは、急速充電のおかげです。急速充電については誰もが知っていますが、その仕組みをご存知ですか？
PD プロトコルに基づく充電回路では、AC/DC 部分を変更せずに、QC プロトコル コントローラを PD コントローラに置き換えることができます。
PD 急速充電プロトコルとは何ですか?
PD 充電プロトコル USB-IF組織が発表した電力伝送プロトコルです。これにより、Type-Cインターフェースの現在のデフォルトの最大電力を5V/2Aから100Wに増やすことができます。同時に、Googleは、 急速充電プロトコル Android 7.0以降の携帯電話に搭載されているものはPDプロトコルをサポートする必要があり、急速充電市場の統一を目指しています。
PD 充電プロトコルとは何を意味しますか?
PD 充電プロトコルとは何を意味しますか?
USB-Power Delivery（USBPD）は、現在主流の急速充電プロトコルの一つであり、USB-IFによって策定された急速充電仕様です。USB PDは、USBケーブルおよびコネクタを介した電力供給を強化し、USBアプリケーションにおけるケーブルバスパワー供給能力を拡張します。この仕様は、より高い電圧と電流を実現し、最大100ワットの電力供給が可能で、電力供給の方向を自由に切り替えられます。
| テクノロジー | 電圧 | 電流プローブ | 最大出力 | 発売日 | SoCモデル |
| QC 1.0 | 5V | 2A | 10W | 2013 | キンギョソウ600 |
| QC 2.0 | 5V、9V、12V | 2A、2A、1.67A | 18W | 2015 | スナップドラゴン 200、208、210、212、400、410、412、415、425、610、615、616、800、801、805、808、810 |
| QC 3.0 | 3.6V～20V、200mVのダイナミック調整 | 2.5Aまたは4.6A | 22W | 2016 | スナップドラゴン427、430、435、617、620、625、626、650、652、653、820、821 |
| QC 4.0 | ? | ? | 28W | 2017 | スナップドラゴン835、660、636 |
| QC4.0+ | 5V、9V（USB-PD）、3V～5.9Vまたは3V～11V、20mV単位（USB-PD 3.0オプション電源）、3.6V～20V、200mV単位（QC充電器） | 3A（USB-PD）、2.5Aまたは4.6A（QC） | 27W（USB-PD） | 2017 | キンギョソウ845 |
USB PDとType-Cの関係
USB PDとType-Cはよく一緒に語られ、Type-C充電器をPD充電器と呼ぶ人もいます。しかし、USB PDとType-Cは実際には異なるものです。 USB PDは急速充電プロトコルであり、Type-Cは新しいインターフェース仕様です。
Type-Cインターフェースはデフォルトで最大5V/3Aまでしかサポートしていませんが、USB PDプロトコルの実装により、最大100Wまでの出力電力をサポートできるようになりました。そのため、Type-Cインターフェースを搭載した多くのデバイスがUSB PDプロトコルをサポートしています。
PD急速充電プロトコルの利点
PDはPower Deliveryの略で、2つ以上のデバイス間、あるいはUSBインターフェースをベースとしたスマートグリッド間の電力伝送プロセスに重点を置いています。電力伝送は双方向で、ネットワーク化も可能であり、システムレベルの電力供給戦略も実現可能です。QCはQuick Chargeの略で、急速充電のみに重点を置いています。電力伝送は単方向で、電力ネットワーク機能は備えておらず、電力供給以外の機能はサポートしていません。
もちろん、ここまで読んでもその重要性を理解していない人も多いでしょう。簡単に言うと、PDプロトコルが普及すれば、家中の携帯電話を充電器1台で充電できた古き良き時代に戻ることができるのです。さらに素晴らしいのは、この充電器でパソコンやタブレットも充電でき、携帯電話をモバイル電源として活用できるということです。
USB PD急速充電通信原理
USB PD通信は、プロトコル層のメッセージを24MHZ FSK信号に変調してVBUSに結合するか、VBUSからFSK信号を取得して携帯電話と充電器間の通信を実現するプロセスです。
下図に示すように、USB PD通信では、24MHz FSK信号がcAC-Couplingカップリングコンデンサを介してVBUSのDCレベルに結合されます。24MHz FSK信号がPowerSupplyまたはUSBHostのVBUS DC電圧に影響を与えないように、zIsolationインダクタで構成されるローパスフィルタをループに追加し、FSK信号をフィルタリングします。
携帯電話と充電器の両方が USB PD をサポートしている例を挙げて、USB PD の原理を次のように説明します。
1) USBOTGのPHYはVBUS電圧を監視します。VBUS電圧が5Vで、OTGIDピンが1KΩのプルダウン抵抗で接続されていることが検出された場合（OTGホームモードではない場合、OTGホームモードのID抵抗は1KΩ未満）、ケーブルがUSBPDをサポートしていることを意味します。
2) USBOTGは通常のBCSV1.2充電器検出を実行し、USBPDデバイスポリシーマネージャを起動します。ポリシーマネージャは、FSK信号がVBUSのDCレベルに結合されているかどうかを監視し、メッセージをデコードしてCapabilitiesSourceメッセージを取得します。USBPD仕様に従ってメッセージを解析し、USBPD充電器がサポートするすべての電圧と電流のペアのリストを取得します。
3) 携帯電話は、ユーザーの設定に従ってCapabilitiesSourceメッセージから電圧と電流のペアを選択し、それをRequestメッセージのペイロードに追加します。その後、ポリシーマネージャはFSK信号をVBUSのDCレベルに結合します。
4) 充電器は FSK 信号をデコードし、PowerSupply の DC 電圧と電流出力を調整しながら、電話に Accept メッセージを送信します。
5) 携帯電話は Accept メッセージを受信し、ChargerIC の充電電圧と電流を調整します。
6) 充電プロセス中に、携帯電話は充電器に出力電圧と電流の変更を要求するリクエストメッセージを動的に送信できるため、急速充電プロセスを実現できます。
