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急速充電の仕組みと規格を徹底解説!!【USB-PD Quick Charge】

急速充電の仕組みと規格を徹底解説!!【USB-PD Quick Charge】

スマホが登場してから10年がすぎ、当初は1,500mAh程度だったバッテリーも3,000mAhを優に超えてきました。

そうなると問題は、充電に時間がかかり過ぎてしまう事です。

充電時間は従来の低電流の充電では、現在のバッテリー容量の増えたスマホでは充電時間がかかり過ぎてしまうので急速充電技術も発達してきました。

そんな中、2013年に登場したQualcommの「Quick Charge 1.0」を筆頭に急速充電規格が誕生しましたが、USBの規格と相まって非常にわかりにくい。

ということで、今回は急速充電の仕組みや規格を徹底解説していきます!

急速充電とは?

急速充電とは?

そもそも急速充電とは、ざっくり言ってしまうと通常の充電より多くの電力を流すことでより速く充電する仕組みです。

上記の画像の用に電力[W/ワット]とは、電圧[V/ボルト]電流[A/アンペア]を掛けた結果になります。

つまり流す電力[W/ワット]を増やすには電圧[V/ボルト]電流[A/アンペア]をあげることが必要です。
※厳密には、抵抗R[Ω/オーム]があるので、電圧×電流=電力とはなりませんが今回は割愛します。

そのため、電圧と電流を昇圧し通常以上の電力を充電デバイスに流し込むことで急速充電が可能となります。

また、急速充電の規格とはただ単に出力をあげるだけとは異なり、充電側からデバイスやバッテリーに対して最適な充電を提供するため規格であり、充電器側は勿論、デバイス、USBケーブル全てに関わってくるので複雑になっています。

急速充電の仕組みとは?

急速充電の仕組みとは?

急速充電の仕組みは、電圧と電流を昇圧することで流せる電力を増やし急速で充電しています。

具体的にはどのように電圧と電流を変化させるかというと、デバイス側のバッテリーが20~80%の充電容量の間に電力を増幅し充電しています。

それではなぜ、0~100%の間の全状態で急速に充電しないかという疑問が生まれるでしょう。

リチウムイオンバッテリーの特性の一つとして、満充電に近い状態や充電切れに近い状態からの充電はより深いダメージを与えてしまうため、比較的ダメージの少ない20~80%の間で大きな電力を流す設計になっているのです。

また、スマホやタブレットなどに使われるリチウムイオンバッテリーは、充放電により劣化が促進します。

そして、より高い電圧と電流で充電すればバッテリーの劣化がさらに加速してしまいます。

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急速充電に必要なUSBケーブル規格について

急速充電に必要なUSBケーブル規格について

それでは、スマホやタブレットなどを急速充電するのに必要なUSBケーブルの規格から見ていきましょう!

USBケーブルの規格は、大きく分けると「コネクタの規格」「データ転送速度の規格」「給電の規格」3つに分けられます。

また、それぞれ複数の規格があり上記画像のように、「給電のみのUSBケーブル」、「給電+データ転送対応のUSBケーブル」、「データ転送のみのUSBケーブル」の3つが存在するので注意が必要です。

そのため、充電器やスマホなどのデバイスがQuick Chargeに対応しているのに、充電が遅い場合や充電ができない場合などUSBケーブルを疑いましょう!

USBのコネクタ

USBの規格で使われるコネクタは、非常に豊富な種類があります。

しかし、今回は主に充電器やスマホなどに使われるコネクタだけを紹介します。

充電やスマホなどのデバイスで使われるUSBコネクタは、「USB/TypeA」、「micro USB/Type B」、「USB/TypeC」の3つです。

一昔前は充電器側やパソコンには「USB/TypeA」が搭載されており、スマホなどの小型のデバイスには、小型の「micro USB/Type B」が搭載されていました。

「micro USB/Type B」は、一般的に「Micro USB」と言われることも多いです。

また、2015年後半辺りから裏表が関係なく利用できる「USB/TypeC」がスマホなどから一気に採用され始め、最近では後述する「USB PD」の普及に伴い充電器を含むあらゆるデバイスに採用されてきています。

USBの規格と転送速度

USB規格 転送速度 電圧/電流 電力 方向
USB 2.0 480Mbps (60MB/s) 5V/0.5A 2.5W ホスト→デバイス
USB 3.0 5Gbps
(625MB/s)
5V/0.9A 4.5W ホスト→デバイス
USB 3.1 Gen1 5Gbps
(625MB/s)
5V/0.9A 4.5W 双方向
USB 3.1 Gen2 10Gbps (1250MB/s) 5V/0.9A 4.5W 双方向
USB 3.2 20Gbps (2500MB/s) 5V/0.9A 4.5W 双方向

USBの転送速度は、上記の表の用に飛躍的に転送速度が上がってきています。

こちらは、コネクタには直接関係ないので注意が必要です。

よくある間違いの中に、「USB/TypeC」のコネクタの場合、「USB3.0」以上だと思われているケースもありますが、「USB/TypeC」コネクタでも「USB2.0」のケースがあるので気をつけましょう!

また、「USB 3.1」からは双方向での給電も可能となり、双方向が「USB/TypeC」の場合、充電専用の信号を双方向で受け取れる「CC」という機能があるため対応機器の場合、自動的に急速充電を行うことが可能です。

USBの給電規格

USB給電規格 電圧/電流 電力
USB BC[Battery Charging ] 5V/1.5A 7.5W
USB Type-C Current @1.5A 5V/1.5A 7.5W
USB Type-C Current @3.0A 5V/3A 7.5W
USB Power Delivery 5V ~ 20V/3.0~5.0A 100W(最大)

USBの規格を見てあまりの対応電力の少なさに驚いた人もいるでしょう。

というのも、USBには転送速度や基本給電の基本規格以外に、上記の表の用に給電用の規格も存在します。

しかし、「USB Power Delivery」に対応したUSBケーブルであれば、コネクタは「TypeC」USBの規格は「USB3.1」以上となるので、これから購入する場合汎用性や将来性を考えると必然的に「USB Power Delivery」対応のUSBケーブルの購入がおすすめです。

また、「USB PD」には、USB-IFが定めた認証プロトコルを組み込みこむ事が推奨されているのでできる限り規格に準拠している製品が良いでしょう。

急速充電の規格について

急速充電にUSB PD[Power Delivery]以外にも「Quick Charge」やスマホやモバイルバッテリーメーカー独自の規格があります。

それぞれ互換性があったり、充電器やUSBケーブル、デバイス全てが対応していないと使えないなど制約があります。

とはいえ、2020年にはある程度標準的な規格に収束してきているのでそれぞれの規格について互換性や特徴を解説していきます。

将来性ナンバーワンの「USB PD」

将来性ナンバーワンの「USB PD」

USB PD[Power Delivery]は、電圧が[20V]電流が[5A]の最大100Wまでの急速充電が可能な規格です。

2018年辺りから徐々に普及してきており、今後最も汎用的に利用できる規格になると思われます。

とはいえ、[充電器側][USBケーブル][デバイス]全てが「USB PD」に対応していないと利用できません。

そのため、充電器やUSBケーブルは多くの場合買い換える必要があります。

しかし、一度揃えてしまえば比較的長期に渡って汎用的に利用できるので利便性は高いです。

また、「USB PD」は下記の表のように5つのプロファイルに分かれており、現時点では「Profile⑤」に対応した充電器やデバイスが殆どないため「Profile③や④」までの製品で我慢しましょう。

スマホなどの場合、バッテリー容量の問題から「Profile⑤」に対応した製品でも、100Wの電力で充電することが劣化の関係からできませんので、スマホでの利用を考える場合「Profile②~③」の対応で十分です。

USB PD[Power Delivery] 電圧 電流 電力
Profile① 5V 2A 10W
Profile② 12V 1.5A 18W
Profile③ 12V 3A 36W
Profile④ 20V 3A 60W
Profile⑤ 20V 5A 100W

スマホの対応が圧倒的な「Quick Charge」

スマホの対応が圧倒的な「Quick Charge」
Quick Chargeの規格 電圧 電流 電力
Quick Charge2.0 5V/9V/12V 2.0~3.0A 18W
Quick Charge3.0 3.6~12V 2.0~3.0A 18W
Quick Charge4.0
[後方互換なし]
3.3~20V 3.0~5.0A 27W
Quick Charge4+ 3.3~20V 3.0~5.0A 27W

「Quick Charge」は、アメリカのQualcommが開発した規格です。

Qualcommは、モバイル向け半導体企業でAndroidスマホに採用されるSoC(CPUやGPUなどを統合したシステム・オン・チップ)を開発販売している企業です。

そのため、多くのAndroidスマホにQualcommのSoC[Snapdragon]が採用されています。

特に国内ではドコモなどのキャリアから販売されいるスマホの大半が採用しているため、iPhoneの利用者を除けば殆どの人が「Quick Charge」対応デバイスを持っていることになります。

国内では最もポピュラーな規格であり最新の「Quick Charge4.0」以降は、「USB PD」にも互換性があるため最新のハイエンド端末ではほぼ間違いなく、「USB PD」も利用可能です。

また、「Quick Charge4.0」からは、Quick Charge動作時の最大出力は18Wと変わらないものの電圧を0.2V単位の刻みで動作します。

さらに、「USB PD」動作時には、最大出力が100Wになり電圧が0.02V単位、電流が50mA単位の刻みで動作するなど恐ろしいほどの最適化がされています。

そして「Quick Charge4.0」と「Quick Charge4+」の違いは、後方互換です。

充電器が「USB PD」に対応している場合は問題ないですが、充電器が「Quick Charge3.0」でデバイスが「Quick Charge4.0」の場合など急速充電ができないので注意しましょう!

その他には、iPhoneにも対応していないので「Quick Charge」のみ対応の充電器では、iPhoneの急速充電ができません。

USB PD互換の「Apple高速充電」

急速充電の規格Apple高速充電について

AppleにもiPhone/iPadで使われる急速充電の規格はあります。

Appleの急速充電規格は中身は「USB PD」なので、MFi認証されたUSB-C to Lightningケーブルと「USB PD」に対応した充電器があれば急速充電可能です。

また、2020年時点でiPhoneの最大充電入力は18Wまでなので「USB PD」の規格的にはProfile②までの対応となっています。

ちなみに、MFi認証とは、「Made For iPhone/iPad/iPod」のことで、即ちApple製品に向けてちゃんと作って基準も満たしている認定を受けているケーブルのことを指します。

きちんとした、iPhoneやiPad用の製品には必ずMFiロゴが入っているので良く確認しましょう。

スマホやモバイルバッテリーメーカーの「独自規格」

急速充電の規格その他の規格について

急速充電の規格はここまで紹介した以外にも、充電器のメーカーやSoCを開発するMediaTek、スマホのメーカーHuawei、OPPOなどの独自規格があります。

MediaTekやHuawei、OPPOの場合は、Qualcommの「Quick Charge」と同様に、充電器とデバイスセットでの利用が前提となりますが、シェアや充電器の対応状況などから国内では実質的に選択肢から外れます。

逆にモバイルバッテリーの急速充電規格は非常に使い勝手が良いです。

というのも、Ankerの「Power IQ」やcheeroの「Auto-IC」、更にRAVPowerの「iSmart」などがあります。

それらの急速充電規格は「USB-PD」の急速充電とは異なりデバイスに合わせた適切な出力をICチップで制御することでやや早く充電ができる技術です。

そのため、機器側とのデータのやり取りは基本的になく急速充電の性能としては「USB PD」や「Quick Charge」などには劣っています。

しかし、ほぼ対応機器の縛りがなく汎用性が非常に良いので一般的な利用では利便性が高いといえます。

また、その中でも「Power IQ」は、更に進化を遂げていますので下記で解説します。

圧倒的な汎用性を誇るAnker「PowerIQ」

Anker「PowerIQ」 電圧 電流 電力 互換性
PowerIQ1.0 5V 1A/2A/2.4A 12W[最大] なし
PowerIQ2.0 5V/9V/12V 1A/1.5/2A/2.4A 27W[最大] Quick Charge3.0
PowerIQ3.0 不明 不明 100W[最大] Quick Charge3.0/USB PD

充電器側の規格では、特にAnkerの「PowerIQ」が有名です。

「PowerIQ」は充電器側が接続されたデバイスを検知して最適な電力を供給する仕組みで動作します。

そのため、厳密には規格ではなく電源コントロール用のICを使いデバイスに最適な電力を供給すると考えた方が正確です。

Ankerの「PowerIQ」はユーザー視点で見た場合、特に規格などを考える必要もなく利用できるため、先で述べたように複数のデバイスを所有する場合、非常に利便性が高いです。

また、他のモバイルバッテリーと異なり大きく優れている点は「PowerIQ2.0」から「Quick Charge3.0」に互換性を持ち、「PowerIQ3.0」からは「USB PD」とも互換性を取っているので充電器として非常に完成されています。

そのため、「PowerIQ3.0」は現状で最も充電規格を意識せず利用できるのでAnker製の充電器やモバイルバッテリーは非常におすすめです。

急速充電対応機器のおすすめ

急速充電対応機器のおすすめ

ここまで急速充電の規格や対応するUSBケーブルの解説をしてきましたが、若干複雑ですよね…。

実際、急速充電に対応した商品を買おうとすると迷うと思います。

そのため、考え方としては細かいことは気にせず「USB PD」に対応した商品を買っておくのが無難です。

というのも、「USB PD」は規格的に多くのデバイスに適用できるスペックを持っており、業界標準として普及していく見込みが非常に高いためです。

「USB PD」対応の充電器、モバイルバッテリー、USBケーブルを購入する上での懸念が現時点では、少し価格が高くなってしまう点と選択肢が限られることが挙げられます。

しかし、急速充電と将来的な使い回しを考えると「USB PD」対応商品を選択するのが良いでしょう!

特にUSBケーブルに関しては、箱を捨ててしまうとスペックもわからなくなってしまうので統一しておくと良いですね!

また、どうしても「USB PD」対応商品で気に入る選択肢がない場合、長期に渡る利用、汎用性、コストの視点からコストパが高いAnker「Power IQ3.0」対応製品がおすすめです。

急速充電についてまとめ

急速充電について、解説して来ましたがUSBの規格の部分が最も複雑です。

USBケーブル購入時に確認するのも手間だと思うので、「USB PD」に対応したケーブルを選びましょう。

「USB PD」に対応したモデルであれば、必然的に「USB3.1」以上であり汎用性も高いのです。

逆に激安のUSBケーブルなどは、急速充電には適さない可能性が高いので気を付けましょう!

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