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问一问:突破百瓦天花板!为了充电更快你知道数据线有多努力吗?

数据线是数码产品用来连接充电器和电脑设备的关键配件。数据线随着数码产品的发展而迭代升级。过去的MiniUSB和MicroUSB已经成为时代的眼泪。USB-C由于支持正负盲插,功率大,速度快,通用性广,成为充电器与数码产品的最佳接口。

在数码配件中,手机的快充性能发展最快,充电功率也从5W发展到了120W。面对不断上升的电力,数据线也面临着前所未有的压力。

本期我就和大家探讨一下数据线为了应对大功率电力传输做了哪些努力。

电子标记

USB PD快充协议目前发展到PD3.1,但目前市面上最常用的仍然为PD3.0。

PD版PD3.0的显著特点是最大功率传输能力为20V/5A,100W。不仅适用于小功率手机、平板电脑等设备,还广泛应用于大功率笔记本电脑、100瓦移动电源等设备。

随着USB PD快充技术的普及,线缆作为设备间电力传输的媒介,越来越重要。

特别是在高电压大电流的工作状态下,不仅要求电线的材质和线径,还要求使用USB-IF协会认证的E标芯片(带E标芯片的线缆可以支持最大5A电流,不带E标芯片的线缆只能支持最大3A电流)。

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一根全功能的USB-C线必须加上E-Marker芯片,因为E-Marker芯片会预写各种线缆规格、载流量、数据传输能力等参数,电子设备也是通过这个芯片获取线缆的信息,从而确定供电或数据传输方式,达到防护效果。

用户无法从外观上判断数据线是否能支持100W功率传输。可以使用POWER-Z USB测试仪读取电子标记信息。

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从表中可以看出,数据线的最大功率传输规格主要分为两种,60W/100W,按照电流划分是3A/5A。除了雷电数据线,其他数据线的功率传输性能与数据传输性能没有直接关系。

如果想要获得高于60W的快充性能,100W的线缆是必须的。买的时候要看清楚产品说明。买错了,功率有限,不能超过60W。

接触处理

数据线与设备、充电器连接,依赖于触点弹片相互接触进行电力传输,普通数据线的触点弹片并不具备大电流传输能力,必需要对触点弹片进行强化处理。

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这是一个大电流数据线的USB-C接口的宏图。你可以看到里面用来传输电力的VBUS和GND弹片,宽度比用来传输数据的触点大很多。

加宽接触使接触面积更大,降低接触电阻,使其能更好地支持大电流传输。厂商甚至会采用更厚的镀金工艺,进一步提高电气性能。

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华为、小米、黑鲨、OPPO等安卓品牌快充系统采用USB-A大电流接口,充电头网络取其数据线,一起放电。可以看出,最外面的触点也被加宽。

这些用于电力传输的USB-A数据线的触点甚至达到双倍宽度,不仅降低了接触电阻,还提高了大电流下的发热,快速带走热量。

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除了拓宽触点,小米、黑鲨、OPPO、一加等厂商的USB-A内部还有一个特殊的弹片,用于私有化协议的识别和信息收发,甚至允许USB-A线支持PD快充协议。

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虽然iPhone没有采用通用的USB-C接口标准,但苹果也升级了数据线接触技术。苹果C94数据线的闪电头是银色,不是镀银,而是电镀工艺从镀金升级到铑钌(L ǐ o Li ǐ o),金手指的视觉效果从之前的金色变成了银色。

与镀金工艺相比,镀铑钌工艺能更有效地防止接触金手指被汗液腐蚀,经久耐用。

电缆工程

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一些支持大电流的数据线会直接在显眼的位置标上5A和6A的字样,方便用户识别。数据线是用来传输功率的,一个一个的依赖于内部核心。

根据物理定律,电流传输性能与导线直径成正比。在材料和长度相同的情况下,导线越粗,电阻值越低。但是更粗的线不能盲目使用,会让数据线更硬更粗,使用起来很困难。

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这是充电头网络切割的一条大电流数据线的宏观图。可以看到,红色的两根和透明的两根导线的截面积比其他三根导线的截面积要大得多,这三根导线是用于输电的加厚芯线。

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为了避免使用粗导线带来的硬挺问题,线芯会采用镀锡铜,并加入棉线和粉末进行润滑处理。图中下面三根白色的是棉线。

另外,一些主要用于耐用的线缆会添加抗拉纤维,比如图中的黄丝。

剑偏了一边。

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华为曾经推出40W低压直充,5V8A超大电流架构,给数据线带来挑战。拆了充电头网后发现,华为采用堆叠工艺做的线缆,在支持超大电流的前提下勉强维持了不那么生硬的体验。

近年来,手机上的电荷泵技术和串联电芯被广泛应用,大功率快充大多采用升压传输功率。对数据线要求极其严格的5V/8A超大电流技术已经进入历史舞台,这也意味着大功率快充止步于5A电流。

突破百瓦

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苹果在最近的秋季新品发布会上带来了全新的MacBook Pro 2021。所有产品均配有MagSafe3磁性接口用于充电。充电头网络实测的16寸MacBook Pro实际充电功率可达140W,并且还兼容USB-C lightning接口进行充电。

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作为16英寸MacBook Pro实现140W快充的另一个不可或缺的配件,包装中包含的USB-C转MagSafe3线也值得一提。

这也是业界首款支持USB PD3.1快充的线缆(诱饵线缆)。目前已经单独上架Apple Store,零售价340人民币。

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这似乎是一种传统的“PD到DC”充电电缆。其实在线缆内部加入了USB PD3.1快充协议识别和通信功能。通过连接140W的USB-C充电器和16英寸的MacBook Pro,可以输出28V的电压给电脑充电。同时,线缆还可以根据连接到不同的PD充电器来选择正确的充电电压。

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Usb 3.1让多年来受限于20V/5A 100W上限的PD快充系统一举突破100W天花板,最高可支持28V/5A 140W和48V/5A 240W。USB PD3.1将成为未来超大功率快充的必由之路。

计费前端网络综述

本期充电杂谈为大家介绍了数据线面对大功率快充都做了哪些对策,E-Marker芯片为数据线提供了规范标准,百瓦快充必需搭载5A E-Marker芯片。在制作上,镀金、镀铑钌、宽触点、粗线芯等工艺为电力传输提供保障,棉线芯、抗拉纤维、编织外线等提供更佳的手感与耐用度。

大电流或高电压都可以增加功率,不能盲目增加电流,受线缆可用性、工艺难度、手感、成本等限制。5A的电流是上限。

在目前主流的USB PD3.0标准下,功率上限为20V5A10W。苹果首款USB PD3.1向上延展了快充功率的天花板。在新标准PD3.1的支持下,快充电源可以支持28V5A 140W和48V5A 240W两种高电压大功率传输。

在不改变电线接口和线缆粗细的基础上,快充可以服务于更高功率的设备,比如高性能笔记本、工作站,甚至电动工具、电瓶车、家电等。未来,让USB-C接口和线缆吃掉所有产品的美好愿景成为可能。

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