有鑒于此，百佳泰特別針對有線、無線充電技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品，為大家進行兼具深度與廣度的充電效能實測與評鑒分析；未來不論是有線或無線充電器、手機、車載多媒體娛樂系統(tǒng)等廠商或相關(guān)零組件開發(fā)商，皆可透過百佳泰尋求最完整的充電效能分析與兼容性測試解決方案。

本篇文章將分成三個部份，第一部分是針對有線充電技術(shù)的規(guī)范發(fā)展與市面上通用的充電器產(chǎn)品來進行競爭分析；第二部分則針對無線充電技術(shù)標準協(xié)所推出的充電器裝置進行簡介與實測；在最后一個部分，我們會對兩種充電技術(shù)進行效能比拼與分析。電子裝置的硬件發(fā)展戰(zhàn)火已逐漸延燒至外圍應(yīng)用如充電器，能一舉占領(lǐng)電源補給需求的關(guān)鍵技術(shù)版圖，將為能源的使用和儲存應(yīng)用創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)契機。

實測評鑒一：有線充電技術(shù)競爭分析

當USB不再只是數(shù)據(jù)的傳輸接口，而成為可供應(yīng)智能型手機、平板電腦等行動裝置的電源傳輸接口時，即符合我們之前為大家介紹過的充電器通用接口標準IEC 62684的要求，讓電源供應(yīng)器具有高效能、低損耗、低幅射及高安全性管理的技術(shù)規(guī)格（詳情請參考IEC 62684手機充電器標準：一「體」成形、一「器」呵成）。為符合IEC 62684的技術(shù)規(guī)格，受測裝置必須先通過USB-IF協(xié)會所制訂的連接器測試規(guī)范以及相關(guān)規(guī)定，而USB-IF協(xié)會更將于2013年底前正式推出最新的電池充電標準1.2版本（Battery Charging V1.2，BC 1.2）的兼容性測試。簡單來說，BC 1.2有三種充電模式：標準下行端口（Standard Downstream Port，SDP）、充電下行端口（Charging Downstream Port，CDP）以及專用充電端口（Dedicated Charging Port，DCP）。SDP屬于標準慢充模式，僅能提供最高7.5瓦、500毫安（mA）的電流，因此充電速度較慢；DCP與CDP則為快速充電模式，能支持500mA或1,500 mA兩種電流，可縮短行動裝置或其他消費性電子產(chǎn)品的充電時間，并可直接透過交流電（AC）充電。日后欲取得USB-IF認證的裝置，皆須通過BC 1.2版的CTS認證。換言之，未來不論智能型手機、平板裝置、筆記本電腦以及數(shù)字家庭產(chǎn)品都可使用USB來進行充電。

另一方面，Apple雖然其產(chǎn)品的充電器接口也是透過USB來進行，但其專屬的充電模式是不同于USB-IF協(xié)會所推出的BC標準；因此，我們特別藉由下表一來帶領(lǐng)大家了解當今兩大有線充電技術(shù)的優(yōu)劣。

有了這個前提之后，我們即根據(jù)市面上不同充電器包含USB電源供應(yīng)器、行動電源、USB車充以及汽車音響裝置來進行多款的手機充電實測與競爭分析。在所謂的有線充電技術(shù)里，我們首先必須厘清的一個觀念是，充電器本身會根據(jù)其充電模式與效能的不同提供固定電流或是不同模式的電流充電，但此時實際充電量的多寡是取決于手機裝置本身的協(xié)議。也就是說，假使充電器本身宣告能提供最高2A的電流，但手機本身只能進行1A或是0.5A的電流充電時，這時整個充電量就會是以手機所需的電流量為主，也就是只會充電1A或0.5A，因此裝置本身的充電協(xié)議才是造成其充電量多寡的主因。

（一）競爭分析一：USB電源供應(yīng)器

我們找了8款USB電源供應(yīng)器來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表二），基本上因為不同裝置有各自的充電協(xié)議，因此在對應(yīng)不同臺USB電源供應(yīng)器所拉的電流會有所差異。其中比較值得關(guān)注的議題有二，首先我們可以發(fā)現(xiàn)用Samsung的電源供應(yīng)器來充iPad 4時，可能因為iPad 4本身的充電協(xié)議的限制，導(dǎo)致它只能向Samsung的電源供應(yīng)器拉到0.467A的電流，因為低于0.5A的最小充電值，所以我們發(fā)現(xiàn)iPad 4因此不進行充電。其次，從小米機2代（MI 2）的充電量來看，我們發(fā)現(xiàn)不論哪一臺電源供應(yīng)器，MI 2都是以最大的電流趨近1A來充電，如此的好處是充電的速度會很快；然而長久下來其實對手機本身的電池壽命是有所影響的，尤其是在電量移轉(zhuǎn)與消耗的過程中，會不斷在降低電池的壽命。

（二）競爭分析二：Power Bank行動電源

我們找了5款行動電源來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表三）。MI 2的充電量依舊維持在行動電源能提供多少電量，MI 2就拉多少電量，有時所拉的電量還超過平板電腦iPad 2的充電量，在手機電池容量本來就不多的情況下，如此大電流的持續(xù)充電，對手機電池與行動電源自身的電池有極大的傷害。

（三）競爭分析三：USB車載充電器

我們找了4款USB車載充電器來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表四），依舊觀察到MI 2的手機依舊照自己的充電模式，幾乎都拉大電流來充電，電流量幾乎要和平板iPad 4拉的電流一樣大，尤其平板電腦本身相較于手機，本來就會拉比較大的電流來進行充電，但MI 2竟然可以拉到與平板電腦一樣，甚至更高的電流。

（四）競爭分析四：車載音響裝置

我們找了4款車載音響裝置來對6款行動裝置（手機及平板）進行充電（表五）。基本上汽車音響裝置如Sony和JVC都是遵循USB的SDP標準慢充模式來提供0.5A的充電量。唯有Samisen因為沒有遵循USB的SDP模式，因而造成各多數(shù)手機無法進行充電。其次，我們可以發(fā)現(xiàn)Sony與JVC的車載音響裝置也無法對iPad 4進行充電，這是由于平板電腦iPad 4對于充電量的需求較高，但兩家的車載音響裝置卻無法提供超過0.5A的電流，因此產(chǎn)生無法充電的情況。

根據(jù)上述四個測試結(jié)果可以證明，即使市面上有許多的行動電源或電源供應(yīng)器，但能做到最有效的充電模式又不傷害到自身的電池壽命，實際上充電量的多寡是取決于手機裝置本身的協(xié)議。因此，如何在手機的充電協(xié)議上作進一步的技術(shù)優(yōu)化就顯得非常重要，才能讓手機在對各式各樣的充電器進行充電時能有最高的互操作性，并因此獲得穩(wěn)定有效的電流。

實測評鑒二：無線充電技術(shù)簡介與實測

關(guān)于無線充電技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)標準協(xié)會，請參考「無線充電技術(shù)（Wireless Charging）擺脫麻煩充電器實現(xiàn)無限可能」文章介紹。在本次的測試報告中，我們首先將焦點鎖定在WPC協(xié)會所發(fā)展的技術(shù)與其認證過的產(chǎn)品，其基本原理是在發(fā)送端（TX）和接收端（RX）都裝置一個線圈，當TX連接電源時會形成「電流會產(chǎn)生磁能、磁能會制造電流」的電磁感應(yīng)，而RX線圈感應(yīng)到這個電磁信號，透過磁場的變化便可產(chǎn)生電力為電池充電。然而，我們都知道電源在功率轉(zhuǎn)換的過程中一定會有能源耗損的情況產(chǎn)生，尤其是在無線充電TX轉(zhuǎn)RX的過程（如下表六），不論是從Te1到Te2，再從Te2傳遞給Re1，這不同階段的傳遞過程都會造成功率的耗損，也就是電流的傳導(dǎo)不可能是百分之百的功率。另外，TX與RX兩端的距離、相對尺寸、線圈設(shè)計、線圈角度以及線圈形狀也都會對無線充電產(chǎn)生影響。例如欲將無線充電達到最高效率，礙于能量的傳遞與耗損限制，應(yīng)該盡可能減少TX與RX之間的距離；TX與RX兩端的線圈也要采取同樣尺寸的設(shè)計以達到最佳的電量傳輸功率。

然而，根據(jù)WPC的定義，70%的功率轉(zhuǎn)換是一個最高且最優(yōu)化的標準。在此份評鑒報告中，我們的目的就是要來觀察目前市面上販賣并以通過WPC Qi認證的產(chǎn)品，是否真時達到70%這個標準。有了這個前提之后，我們再為大家簡單介紹WPC所推出的幾種TX技術(shù)原理（表七）。

本次無線充電測試，我們總共選取了3款市面上以販賣的產(chǎn)品（表八）來對具有無線充電功能的手機進行充電，分別針對100mA到1000mA的不同負載的范圍（以100mA為單位）來測試其功率，是否有達Qi的認證明載無線充電的功率轉(zhuǎn)換需達70%。

根據(jù)表九測試結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)兩項關(guān)鍵議題：

（一）雖然WPC宣稱認證產(chǎn)品都必須達到70%的能源轉(zhuǎn)換充電效率，但根據(jù)實測結(jié)果顯示幾乎都未達70%的標準。

• Panasonic的功率最高只達50.92%；Maxwell也只到達58.13%，我們可以發(fā)現(xiàn)兩家裝置都未達70%的要求；然而，他們皆屬于Qi的認證產(chǎn)品。
• Nokia DT-900的充電效率不穩(wěn)定，供電斷斷續(xù)續(xù)以致于無法完成測試，它只能對Nokia牌子的手機進行充電，其他牌子大多數(shù)皆失敗。

（二）WPC 1.1宣稱在5W的功率下，充電裝置應(yīng)該可進行最大1A的充電量，但我們可從上表發(fā)現(xiàn)，Maxwell充電拉到900mA時就無法在往上提升而中斷。

總結(jié)來說，盡管無線充電技術(shù)近來越來越熱門，但根據(jù)我們的觀察仍然可以歸納出幾項潛在風(fēng)險是需要被一一克服。

1. 充電距離短

— 無線充電的TX和RX裝置相隔不能太遠，在1～2公分的距離內(nèi)才能有較佳的充電效果；一旦距離過長，能量的衰減將逐漸增加。

2. 較低的充電效能與能量轉(zhuǎn)換功率

— 相較于直接的有線充電，無線充電的的損耗較大，傳輸效率不高，極易造成電能的浪費。因此無線充電技術(shù)還需要提高其整體充電效能才能提升使用者轉(zhuǎn)而采用的意愿。另外，充電的功率也還未達有線充電的程度。

3. 安全性

— 線圈在電流充電的情況下會不斷產(chǎn)生熱能，導(dǎo)致充電的平臺與裝置會有過熱情形發(fā)生。

— 在充電平臺與裝置間，應(yīng)具有適當?shù)漠愇飩蓽y功能才能排除其他物質(zhì)的干擾。

— 傳輸電流容易受到其他訊號干擾如手機來電或來自其他電器的訊號，進而影響充電功率。

4. 兼容性

— 不同裝置與充電器的兼容性與互操作性問題，即使有過Qi認證的裝置也還是存在無法充電的情形，對整體安全性來說仍有一大疑慮。

實測評鑒三：有線、無線充電技術(shù)效能比拼與分析

在這個階段，我們將為兩種充電技術(shù)進行充電時間以及耗電量的比拼。

（一）充電時間

透過只剩2%的手機電量到充滿為止所產(chǎn)生的測試結(jié)果（表十），有線與無線充電在充電時間上并沒有太大差異，幾乎都在3小時左右即可充滿電量，平均充電量也都維持在600 mA左右的范圍。有線充電技術(shù)的充電量稍微高一點，但是溫度僅有34度，低于無線充電的40.9度與38.7度，但無線充電的溫度也還在可接受的范圍內(nèi)。

（二）功率消耗

既然有線或無線充電幾乎在3小時就可以充滿手機電池，也就是充電時間相同，那么我們就換個方向來測試他們的功率消耗情形；在同樣的時間內(nèi)，功率是否會有所差異。根據(jù)表十一的AC Power Meter可發(fā)現(xiàn)，無線充電的功率平均為55.08%；有線充電的功率為65.39%，在功率上是有明顯的差異。在無線充電方面，3小時共享了17.931瓦的電量，因此平均一小時消耗了5.977瓦；而有線充電3小時共享了11.558瓦，平均一小時3.8527瓦。因此我們可以推論在同樣時間的情況下，無線充電是比有線充電還要耗電。

以目前雙方的發(fā)展趨勢來看，隨著USB-IF計劃在USB 3.0市場漸漸普及的同時，加速BC規(guī)范的修訂與推展，這使得USB 3.0不但能高速傳輸影像與數(shù)據(jù)封包外，更可以達成快速充電的多任務(wù)目標，進而鞏固USB 3.0在充電器與行動裝置市場的領(lǐng)航地位。然而，雖然有線充電技術(shù)看似比較穩(wěn)定以及高效，但在未來的發(fā)展趨勢逐漸走向無線充電技術(shù)的情況下，無可避免的相關(guān)技術(shù)或是標準規(guī)范都會不斷的演進與更新，以目前無線充電技術(shù)只有5瓦的功率，最佳的情況下也才提供1A的充電量來說（普遍都未達70%），目前還很難跟有線充電技術(shù)作比較。但隨著用戶的需求增加與充電模式的簡單易化發(fā)展下，無線充電技術(shù)最大的特色在于統(tǒng)一的規(guī)格與資源等兩項優(yōu)點，擺脫紊亂的充電器材、線材，即能透過無線充電技術(shù)來對各式各樣的手機進行充電，為廠商省去硬件成本外，也減少資源的浪費。

值得注意的是，無線充電技術(shù)更不只關(guān)注在消費性電子產(chǎn)品，未來不論是數(shù)字家庭或汽車工業(yè)也極可能納入此關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模不容小覷之外，所有的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)驗證就更需專業(yè)且完整的驗證解決方案。百佳泰除了有一系列的USB認證外，也針對無線充電技術(shù)擁有完整性的驗證能力；換言之，不論是有線、無線充電技術(shù)，我們將全面提供相關(guān)廠商充電技術(shù)的問題偵錯與相關(guān)技術(shù)支持。本文章在此謹以專業(yè)實驗室角度，歸納幾項我們發(fā)現(xiàn)的重點項目與大家分享，創(chuàng)造一個技術(shù)分享的楔子，期待導(dǎo)引出更多充電器、手機、車載多媒體娛樂系統(tǒng)等廠商或相關(guān)零組件開發(fā)商在研發(fā)設(shè)計產(chǎn)品時，一個質(zhì)量保障的參考與技術(shù)咨詢。

除了提供方便、快速而又可靠的數(shù)據(jù)傳輸外，USB還有一個非常方便的功能，那就是透過接口的相接進行電力傳輸、也就是所謂的充電。然而，目前的USB充電最高仍只能提供到7.5瓦的電力；參考圖一我們可以了解到目前各個主流USB技術(shù)規(guī)格的電力傳輸限制，就現(xiàn)階段而言，USB 2.0規(guī)格能傳輸2.5瓦的電力（透過5V電壓提供500mA電流）、USB 3.0規(guī)格能傳輸4.5瓦的電力（透過5V電壓提供900 mA電流）、而Battery Charging 1.2則容許傳輸7.5瓦的電力（透過5V電壓提供1500 mA電流），這樣的供電規(guī)格進化雖然能符合可攜裝置如手機或MP3的充電需求，但通常需時較長，且要能滿足大尺寸并需消耗較大功率產(chǎn)品如屏幕顯示器或筆記本電腦的供電，則是力有未逮。

圖一 USB電力傳輸進程（來源：USB-IF網(wǎng)站；”USB Power Delivery Specification 1.0”）

百瓦供電 Power Delivery打造多樣化應(yīng)用可能

為了更加普及USB在不同裝置供電上的應(yīng)用、并減少電源線的配置，全新的USB Power Delivery便應(yīng)運而生。USB-IF于日前宣布了這項名為USB Power Delivery（簡稱PD）的電力傳輸規(guī)范，旨在透過高達100瓦的電力傳輸量，讓各種裝置均能透過單獨一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時間的優(yōu)點，更能優(yōu)化行動應(yīng)用的便利性。其基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)（如圖二所示）就是在芯片組中透過電力儲存的功能，讓電力得以暫存、并傳輸至需要電力的裝置上，同時，Power Delivery具備雙向性的特點，容許裝置間在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r一邊充電，省時便利的作法更加提升其使用上的效率，并不再需要傳統(tǒng)的電源線，使電源線材統(tǒng)一化。

圖二 USB Power Delivery基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)

以圖三的實際應(yīng)用情境為例作說明，在傳統(tǒng)的使用情境中，主機作為供電者，可以提供電力給相連接的屏幕顯示器、筆電、或硬盤；而手機和硬盤作為被供電者，則可吃主機或筆電的電；而若是屏幕顯示器和筆電都支持USB Power Delivery，則在此一技術(shù)架構(gòu)下，屏幕顯示器和筆電都既可是供電者、也可以是被供電者，因此，當筆電電量不足或沒有攜帶電源供應(yīng)器時，即可透過屏幕來供電，而當屏幕需要電力時，也可透過主機或筆電進行供電，這兩者也可以在其他裝置像是手機、硬盤等需要電力時，透過USB接口傳遞電力，并且與此同時仍能進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。這樣雙向性的靈活運用，也使得USB Power Delivery此一規(guī)格成為各家廠商眾所期待的新技術(shù)應(yīng)用。

圖三 實際應(yīng)用情境

USB Power Delivery技術(shù)規(guī)格已于2012年7月由USB 3.0與USB 2.0推廣小組宣布正式制定完成，目前規(guī)格版本為1.0，可同時兼容于USB 2.0與3.0兩種主流規(guī)格，目前并已放置于USB-IF網(wǎng)站提供下載。而為使此一技術(shù)能與既存的USB規(guī)格與整個應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)得以無縫銜接，USB Power Delivery在設(shè)計上特別注意到兼容性與可靠性，因此而有以下幾個特點：完整配套 確保技術(shù)無縫銜接

• 能完整運作于既有的USB裝置上。
• 兼容于既有符合規(guī)格的USB 2.0、USB 3.0線纜與連接器。
• 禁止作用于非合法的線纜（如市面上常見的Y Cable）上，因此能減少風(fēng)險與對裝置的潛在破壞因素。
• 在發(fā)送端及接收端采取高效益低成本的設(shè)計架構(gòu)，電源管理機制能進行不同裝置間的供電調(diào)整，藉而使工作效能優(yōu)化
• USB裝置間的電壓及電流值可透過既有的Vbus pin進行溝通，不需額外的繁復(fù)裝置設(shè)定。
• 供電端（Source）與接電端（Sink）可互換角色，屬雙向式的電源供應(yīng)，在電源傳輸上有高度的彈性。
• 可共存于目前的USB Battery Charging 1.2，而不相沖突。

由此可見，USB Power Delivery在提供強大供電愿景的同時，也同時關(guān)注到在實際應(yīng)用層面上，是否能讓廠商在最簡易的方式、與不需耗費大量成本的狀況下，順利導(dǎo)入PD功能；以及使用者能否在最不需適應(yīng)的狀況下，就能直接享受到PD帶來的便利體驗。

方便易用 市場普及指日可待

就市場面來看，除了Intel為主要的技術(shù)倡議者外，包括德州儀器（TI）、史恩希（SMSC）也將會是芯片此一規(guī)格的先驅(qū)者，進行USB Power Delivery芯片組的開發(fā)；而電源芯片組也將有安森美（ON Semiconductor）與恩智浦（NXP）等大廠的投入。在今年初甫落幕的美國國際消費性電子展（International Consumer Electronics Show，CES），USB-IF也已在會中展示了實際的技術(shù)應(yīng)用，透過一臺接電且符合USB Power Delivery功能的屏幕顯示器，可透過USB線纜供電給一臺功率為65瓦的筆記本電腦，并可再與另一臺屏幕相連作為延伸桌面顯示，透過這樣簡單的展示，便可讓人對其應(yīng)用產(chǎn)生無限想象。

圖四 USB Power Delivery標志（上為USB 2.0，下為USB 3.0）

作為USB-IF所授權(quán)的指定測試實驗室，百佳泰始終追隨科技遞延的腳步實時更新技術(shù)能力與驗證深度，除了從USB Power Delivery規(guī)格推出初期便開始著手技術(shù)的了解、研究與掌握外，也將持續(xù)關(guān)注其他晚近規(guī)格像是SuperSpeed Inter Chip（SSIC）以及各規(guī)格未來版本的鉆研。若有任何對USB接口相關(guān)技術(shù)、測試驗證的問題，歡迎聯(lián)系百佳泰service@allion.com。在高速傳輸接口之爭中，盡管Thuderbolt擁有比USB更快速的傳輸速度，但USB在功能上另辟蹊徑針對供電能力的大躍進，創(chuàng)造了未來更便利的使用情境，再加上USB接口在成本上的優(yōu)勢、以及整個市場消費者的高接納度，在短期內(nèi)必然也將持續(xù)占據(jù)市場主導(dǎo)地位。相信在不久的將來，USB Power Delivery的標志（如圖四）也將逐步滲透各式電子產(chǎn)品與應(yīng)用場域。