240W的PD新标准，手机充电器可以给电瓶车充电

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。