USB線好壞

• 為何我的行動裝置充電慢, 充不飽?

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行動裝置越來越普及, 最大的夢靨之一就是「沒電了!」. 由於坊間智慧型手機或平板電腦使用時都相當耗電, 通常必須使用1A以上電流充電. 不幸的是經常發生明明使用輸出電流大的USB充電裝置(旅充/車充/USB傳輸線)或行動電源, 結果手機、平板電腦充電還是很慢, 甚至入不敷出, 總是充不飽?
除了是與供電的充電裝置本身輸出電流大小規格有關外, USB充電線更是關鍵要素. 以下針對這個議題, 以版主對於充電裝置有限的知識, 提供一些觀點, 幫大家解惑.(若有誤謬之處, 煩請不吝指正) 
  


1.行動裝置對充電電流容量的辨別(認識USB充電規範)
充電電流大小通常是由行動裝置(手機或平板)決定的, 但行動裝置要如何辦別不同來源的充電電流容量呢?
在充電類型方面，一共有三種定義：標準下行埠(Standard Downstream Port，SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port，CDP)及專用充電埠(Dedicated Charging Port，DCP)。USB充電規範中, 一般分成兩種~標準USB電流(輸出電流500mA以下, SDP)及AC充電(USB AC charging Mode, 常見輸出電流種類有500mA, 1000mA, 2000mA). 由於一般的USB 2.0端子具有4個腳位，分別為負責傳輸資料的D+、D-、供應電源的5V及GND. Micro USB端子則具有5個腳位USB OTG線材，多了1股定義為ID的未包覆裸線. 


  


Android行動裝置通常是透過D+、D-腳位導通狀態，來做為充電模式判斷依據。若D+與D-短路, 行動裝置就會判定為得以AC模式進行快速充電。Apple、Moto、Samsung平板電腦則是在裝置與線材端的特定訊號腳位，加入分壓電阻器用以識別裝置類型。
  
   
當連接到電源周邊裝置時，行動裝置擷取到指定的電壓資訊，才會啟用AC充電模式。為了克服這個問題, 充電器或行動電源必須加裝USB Charging Controller(USB快充識別 IC) , 才有辦法實現AC快充模式, 讓充電電流變大, 讓充電時間加速. 
Apple 新推出的 iOS 7 作業系統，加入了「非原廠線」的辨別功能, 就是利用這個充電辨識原理, 在原廠傳輸充電線加入分壓電阻器(或植入特殊晶片)來辨識.  若手機偵測出來非原廠線, 就會限制以慢充(500mAH)以下充電或甚至無致無法充電.



為了使一般USB 延長線騙過手機讓充電更快, T客邦有篇DIY的教學(詳見這裡). 不過, 要特別提醒, 版主引用USB DIY教學, 只是讓大家認識USB充電原理. 由於一般USB充電線的銅線粗細並不足以承受1A甚至2A的電流, 自行DIY改造恐發生電線燒毀問題,不建議自行改造,以免發生危險. 



2. 充電線的線材內阻:
影響Micro USB充電傳輸線成本(售價)主要有三個-USB連接器插拔的信賴度、線的材質與線的種類.  除了線的種類(兩線、四線、五線)會影響行動裝置辨識充電種類外,線的材質內阻大小也會影響充電效率. 一般而言,  純銅的阻抗低, 傳導效果最好, 但廠商為降低成本會以銅包鋼或銅包鈻的導體來當純銅綫. 網友測試HTC原廠附贈的Micro USB充電線線頭尾電阻值為0.2歐姆左右, 但坊間低價的USB充電線測出的電阻值居然高達3.5~5歐姆. 若以5歐姆的線材使用5V 1500mAh輸出, 結果只有250mA輸出到行動裝置, 難怪會充不飽. 






如何辨別傳輸充電線的好壞呢? 最簡單的方法, 除了價格外, 大概只能用粗細來辨別. 一般原廠使用的充電線, 除了會使用較粗的純銅線外, 裡面四條電線都會包覆絕緣膠皮與接地隔離網, 通常會比較粗. (粗細只是僅供參考, 不代表必然性)
  




3. 充電器本身輸出電流大小:


影響Micro USB充電傳輸充電器本身都會清楚標示輸出電流大小(OUTPUT), 購買時一定要注意其輸出電流大小是否符合行動裝置的需要. 
  




不幸的是, 仍有廠商為降低成本, 實際輸出電流與實際不符. 最近有知名部落客推薦一款行動電源, 就發生廠商標榜可以輸出2.1A, 結果實測只有1A的問題.
一分錢, 一分貨. 以行動電源為例, 一般輸入電流是5V 1A, 要變成輸出為5V 2A, 在線路設計、IC控制、IC 識別及使用零件上都得升級, 廠商基於成本控制, 掛羊頭(2.1A) 買狗肉(1A以下), 並不奇怪. 
  


根據芒果實驗室發表的" 市售45款行動電源實際電量殘酷測試", 可以發現市售廉價的公版行動電源2A輸出根本是無法測試(假的), 甚至1A的輸出比率也是低於標準的60%, 可見掛羊頭的狀況非常普遍. 
  
NOTE: 圖片來源引用"芒果實驗室". 


由於目前台灣的旅充與車充若要販售都得經過台灣BSMI認證(行動電源須等5/1), 只要認明台灣BSMI認證產品, 通常在安全與輸出規格上會有一定保障.  



  
至於網路上廉價的行動電源或未經BSMI認證的車充器, 就不必有太多期待.( 以下是網路擷取低價充電器示意圖, 不代表該充電裝置有問題)  
  


4. 智慧型手機或平板為何充不飽?綜合以上對充電線與充電器的充電常識. 當供電的USB充電器(旅充/車充/USB傳輸線)或行動電源實際供給手機或平版的電流只有500mAh或更低時, 因行動裝置光是螢幕點亮使用時就要耗掉120~300MA. 若邊充電邊使用時, 電流必須分給CPU/RAM/螢幕..等使用, 充電效果自然會大打折扣. 若是使用使用導航或是玩遊戲，最高會耗掉1500MA, 那恐怕會充不太進去，甚至還可能會有越充電越少的情形。
換言之, 為避免行動裝置充不飽或充很慢, 除了要確定使用的充電裝置具備較大的電流輸出及可以讓行動裝置足以辨識外, 最好避免邊充邊使用. 


5. 其他常見充電常識?

A.可以使用2.1A輸出的電流充電只需1A手機嗎? 會不會把手機充壞?
可以, 且不會把手機充壞. 手機的充電電流大小是由手機控制的, 充電器只是被動提供足夠電流. 若充電器提供電流小於手機所需, 將無法充電. 但提供電流大於手機所需, 並不會將手機充壞.  簡單講, 電流大小就像餵飯, 當你的嘴巴最多只能放進去1A的食物, 就算一次拿2.1A的飯量也沒辦法一口吃下去. 
手機會被劣質充電器充壞與輸出電流大小無關(A), 而是電壓(V). USB充電標準乃由國際USB-IF協會所制定, USB標準電壓是5V+-0.25V(4.75V~5.25V).有些劣質的充電器採用劣質零件導致輸出電壓是5.25V以上, 就很容易將手機充壞, 原理就像把只能使用110V電壓的電器卻輸入220V電壓就會將電器燒毀一樣.


B. 充電時, 該關機嗎?
行動裝置充電時, 不必刻意關機. 因為關機後手機就沒辦法接電話外, 就算關機充電，其實智慧型手機或平板電腦也是會再做「開機」的動作，差別只是可能開到bootloader就停住，沒有開到OS。充電的速度和手機耗電的幅度，其實與行動裝置待機時候(手機螢幕顯示關閉)相差無幾。換言之, 只要不要邊充邊玩, 不必關機. 


C. 電池充的飽, 但容易沒電?
除了參考"如何讓Android智慧型手機更省電的六大技巧"外, 行動裝置本身電池壽命也是關鍵. 一般原廠電池的使用壽命為兩年, 超過2年以後, 電池雖然可以充的飽, 但很快就會低於工作電壓導致沒電. 若發現手機充飽後, 很容易沒電, 可能就要考慮更換電池了!




總之, 要讓行動裝置充的快、充的飽、充的安全, 就是盡量使用原廠附的充電器. 若因使用頻度高容易電力不足需要添購額外的充電裝置, 請盡量購買有經過BSMI認證、信譽良好的廠商產品. 一分錢, 一分貨. 切勿貪小便宜, 充不飽事小, 把手機充壞或電死人, 就得不償失. 

• 為什麼有些Micro USB充電線很便宜, 有些很貴? 淺談USB充電器的種類與選購

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由於歐盟規定最新手機充電孔統一採用Micro USB規格, 目前智慧型手機除iPhone外大都使用Micro USB連接器.

為什麼有些Micro USB充電線很便宜, 有些很貴?影響Micro USB充電傳輸線售價主要有三個-USB連接器插拔的信賴度、線的材質與線的種類. USB連接器插拔的信賴度必須超過10000次以上, 接頭會鍍金防止氧化; 線的材質部分, 純銅的阻抗低, 傳導效果最好, 但廠商為降低成本會以銅包鋼或銅包鈻的導體來當純銅綫; USB 2.0線材有分兩線、四線、五線，兩線就是只有Vcc跟Gnd，其他空掉 ; 四線的加上D+及D-，五線的加上ID; 原廠的充電器內部有短路（D+跟D-短路），因此你如果用兩線的線材，手機偵測不到短路，會當作一般USB充電，充電值400~500mA, 只能慢充; 如果用四線或五線的，搭配原廠充電器，手機就會辨識充電，充電值可達800mA~1A, 充電速度快!

 

鋰電池電池爆炸主因之一就是使用不當充電器. 如何選購安全的充電器呢? 除了盡量使用原廠附贈的原廠充電器外, 根據規定,充電器必須經過台灣經濟部標準檢驗局BSMI認證, 才可販售. 是故, 認明BSMI認證標籤, 就是安全保障. 充電器是否有使用壽命? 經過安全認證過的充電器使用壽命通常很長, 使用壽命通常關鍵在於Micro USB的插拔信賴度. Micro Usb插拔信賴度一般規定是1萬次以上. 不過, 市售廉價充電器所使用的micro usb連接器品質不佳 , 有些插拔1000多次就掛了!

 

 圖片來源: 網路

為何劣質的充電器會把手機充壞? 使用輸出出電流2.1A充電器(如iPad)來充手機(iPhone), 會充壞手機嗎 ?手機的充電電流大小是由手機控制的, 充電器只是被動提供足夠電流. 若充電器提供電流小於手機所需, 將無法充電. 但提供電流大於手機所需, 並不會將手機充壞.

劣質的充電器會把手機充壞與輸出電流大小無關(A), 而是電壓(V). USB充電標準乃由國際USB-IF協會所制定, USB標準電壓是5V+-0.25V(4.75V~5.25V).有些劣質的充電器採用劣質零件導致輸出電壓是5.25V以上, 就很容易將手機充壞, 原理就像把只能使用110V電壓的電器卻輸入220V電壓就會將電器燒毀一樣.

 圖片來源: 網路

USB是什麼呢? 一種說法USB是You SB的意思, 另一種說法是USB其實是美國的弟弟, 因為美國叫USA….

 呵呵! 這是來自一本名為[圈圈教你玩USB]的書, 作者非常有才的故意在開頭寫些通俗的笑梗, 其實裡面內容是非常專業的. 若有興趣的, 可以點選[圈圈教你玩USB].

 

  圖片來源: [圈圈教你玩USB]

 USB 插頭有哪些種類呢? 主流有Type A、Type B、Mini與Micro 四大類.

 

 圖片來源: 網路

1994年，Intel、Compaq、NEC、 Digital、Northern、IBM、Microsoft等七家公司成立了USB-IF（USB Implementers Forum），並於1996年1月15日以Intel為首，正式制定USB1.0界面晶片組的規範標準。2000年英特爾發表USB2.0的正式規格。USB1.1和USB2.0的差別在於傳輸速度。USB2.0(High-Speed)最大傳輸速度 (480Mbps)為USB1.1(Full-Speed)最大傳輸速度(12Mbps)的40倍。

 

  圖片來源: 網路

2008年底定義完成的USB3.0(Super-Speed)傳輸頻寬達5Gbps，更是USB2.0的10倍。USB3.0傳輸線增加一組差分信號線，並由原先的四根PIN增加為九根，電源輸出也從5V/500mA增加到5V/900mA，讓現行90%以上的的USB設備可以不再接額外的電源順利使用。USB 3.0的接頭規定都是藍色的!