携帯電話の充電が早いのは、急速充電のおかげである。急速充電については誰もが知っているが、その仕組みはどうなっているのだろうか？
PDプロトコルに基づく充電回路は、AC/DC部分はそのままで、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る。
PD急速充電プロトコルとは何ですか？
PD充電プロトコルは、USB-IF団体によって発表された電力伝送プロトコルである。type-cインターフェイスの現在のデフォルト最大電力を5V/2Aから100Wに引き上げることができる。同時にグーグルは、アンドロイド7.0以上の携帯電話が搭載する急速充電プロトコルはPDプロトコルをサポートしなければならないと発表し、急速充電市場の統一を目指している。
PD充電プロトコルとはどういう意味ですか？
PD充電プロトコルとはどういう意味ですか？
USB-Power Delivery（USBPD）は、現在主流の急速充電プロトコルの一つで、USB-IF組織によって開発された急速充電仕様です。USB PDは、USBケーブルやコネクタを介した電力供給を増加させ、USBアプリケーションにおけるケーブルバス給電機能を拡張します。この仕様は、より高い電圧と電流を実現し、最大電力供給は100ワットで、電力供給の方向を自由に変えることができます。
| テクノロジー | 電圧 | 現在 | 最大出力 | 発売日 | SoCモデル |
| QC 1.0 | 5V | 2A | 10W | 2013 | スナップドラゴン600 |
| QC 2.0 | 5V、9V、12V | 2A、2A、1.67A | 18W | 2015 | Snapdragon 200、208、210、212、400、410、412、415、425、610、615、616、800、801、805、808、810 |
| QC 3.0 | 3.6V～20V、200mV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 |
| QC 4.0+ | 5V、9V（USB-PD）、3V～5.9Vまたは3V～11V、20mV刻み（USB-PD 3.0オプション電源）、3.6V～20V、200mV刻み（QCチャージャー） | 3A（USB-PD）、2.5Aまたは4.6A（QC） | 27W (USB-PD) | 2017 | スナップドラゴン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充電器と呼ぶことさえある。USB PDとType-Cは実は2つの異なるものだ。 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ある。
Type-Cインターフェイスはデフォルトで最大5V/3Aをサポートするが、USB PDプロトコルを実装すると、出力電力は最大100Wまでサポートできるようになる。そのため、Type-Cインターフェースを搭載する多くの機器がUSB PDプロトコルをサポートしている。
PD急速充電プロトコルの利点
PDとはPower Deliveryの略で、USBインターフェイスに基づく2つ以上のデバイス間、あるいはスマートグリッド間の電力伝送プロセスに焦点を当てている。電力伝送は双方向で、ネットワーク化も可能で、システムレベルの電力供給戦略を持つこともできる。QCはQuick Chargeの略で、急速充電のみに焦点を当てている。QCはQuick Chargeの略で、急速充電のみに焦点を当てたもので、電力伝送は単方向で、電力ネットワーク機能はなく、電力供給以外の機能はサポートしていない。
もちろん、読んでもまだその意義を理解できない人も多いだろう。簡単に言ってしまえば、PDプロトコルが普及すれば、1つの充電器さえあれば自宅ですべての携帯電話を充電できた古き良き時代に戻ることができる。さらに良いのは、この充電器はパソコンやタブレットも充電でき、携帯電話もモバイル電源に変身することだ。
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のFSK信号に変調し、VBUSにカップリングするプロセスであり、またはVBUSからFSK信号を取得し、携帯電話と充電器の間の通信を実現する。
下図に示すように、USB PD 通信では、24MHz FSK がカップリングコンデンサ cAC-Coupling を介して VBUS の DC レベルにカップリングされる。この24MHzのFSKがPowerSupplyやUSBHostのVBUSのDC電圧に影響を与えないように、ループ内にzIsolationインダクタで構成されたローパスフィルタを追加し、FSK信号をフィルタリングしている。
携帯電話と充電器の両方がUSB PDをサポートしている場合を例に、USB PDの原理を以下に説明する：
1) USBOTG の PHY は VBUS 電圧をモニタする。VBUS の 5V 電圧があり、OTGID ピンが 1K のプルダウン抵抗(OTG Home モードではない、OTG Home モードの ID 抵抗は 1K 未満)であることが検出されれば、ケーブルが USBPD をサポートしていることを意味する；
2) USBOTGは通常のBCSV1.2充電器検出を行い、USBPDデバイス・ポリシー・マネージャを起動する。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、Requestメッセージのペイロードに電圧と電流のペアを追加する。次に、ポリシー・マネージャはFSK信号をVBUS DCレベルに結合する。
4) 充電器はFSK信号を解読し、PowerSupplyのDC電圧と電流出力を調整しながら、Acceptメッセージを携帯電話に送信する；
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する；
6) 充電プロセス中、携帯電話は動的にリクエストメッセージを送信し、充電器に出力電圧と電流の変更を要求することができる。
