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Apple 87W USB-C Power Adapter での iPhone X 充電をもう一度試してみました。

今度は、充電開始時から 16W 超の充電が始まり、途中一時的に電力低下する期間もありませんでした。

iPhone X のバッテリー 80% を充電するのにかかった時間は、約61分程度でした。29W USB-C Power Adapter や 61W USB-C Power Adapter と大差ありません。

途中、充電電力が低下した場合があったのは、何かバッテリー温度などの関係なのでしょうか…(温度が高くなったときは、低速充電に切り替える??)

とりあえず、自分のこれまでの実験結果から、「iPhone X のバッテリー充電にかかる時間は、Apple 29W/61W/87W USB-C Power Adapter どれを使用しても大差無し(バッテリー 80% 充電に1時間)」という結論とさせていただきます。
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87W USB-C Power Adapter と同じ傾向となりそうですが、Apple 61W USB-C Power Adapter を使用した場合の iPhone X のフル充電を一応試してみました。

結果はグラフの通りです。

87W USB-C Power Adapter と同様に 9V 充電となりました。

以前確認した通り、61W Power Adapter の USB PD の Source 能力は 「5V, 9V, 20V」の 3 種類 (87W Power Adapter と同じ)のため、妥当な結果と思います。

ただ、前回試した 87W Power Adapter での充電と異なるのは、充電開始時から9V/1.7A(約16W)の消費電力となり、87W の時のような「約20分間の1A」の期間がなかったことです。(これは、もう一度、87W Power Adapter での充電を試してみたほうがよさそうです。)

高速充電(9V充電)時の、消費電力の変動のほうは、29W Power Adapter と同様に、接続開始時から最大の消費電力となり、また、29W Power Adapter の時と同様に、途中で5分程度消費電量が低くなる期間がありました。(原因不明)

結果的に、「9V 充電」が実行される期間(バッテリ 80% 充電にかかる時間と推測)は約65分でした。

これは、29W Power Adapter を使用したときの約62分間とほぼ同じ(か若干長め)です。

充電電圧は 14.8V と 9V と差がありますが、消費電力値的にはどちらも約16-17W 程度が上限に見えます。(29W USB-C Power Adapter のほうが若干高め?)
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iPhone X は Apple 87W USB-C Power Adapter を使用すると、約70分で約80%のバッテリーが充電できました。

Apple 87W USB-C Power Adapter は、USB PD の Source能力としては「20V, 9V, 5V」の 3種の対応電圧を持ちますが、iPhone X はその中から 9V を選択して充電を行いました。

それでは、「14.8V, 5V」の 2種の対応電圧を持つ Apple 29W USB-C Power Adapter を使用した場合は、iPhone X はどの電圧を選択し、またその充電時間はどのように変化するでしょうか?

87W USB-C Power Adapter の時と同様に、iPhone X のバッテリーを空にして、今度は 29W USB-C Power Adapter を使用して iPhone X の充電を行ってみました。

結果はグラフの通りです。

29W USB-C Power Adapter の場合は、14.8V で充電が行われました。

87W USB-C Power Adapter の 9V 充電の場合とは異なり、初めから ピークに近い 16W を超える電力で充電が行われているようです。

途中、なぜか消費電力が非常に低い期間が約 6 分程ありましたが、原因は不明です。

14.8V による充電期間は約 62 分程度継続し、その後 iPhone X は電圧を 5V に切り替えて、ゆっくりと時間をかけてフル充電まで充電を継続している様子です。(これは 87W USB-C Power Adapter 同様です)

14.8V 充電期間(約62分)の積算電力は 約15.0mWh でした。87W USB-C Power Adapter の 9V 充電期間(約73分)の積算電力は約11.4mWh でしたので、それよりも 3割程度多めです。

恐らく、この 5V 充電に切り替わるポイントが、 iPhone X のバッテリ残量が 80% に達した時点なのではないかと思います。

試行回数が少ないため、毎回同じ結果になるかどうかはわかりませんが、今回の場合は、29W USB-C Power Adapter を使用したときのほうが、87W USB-C Power Adapter の時よりも、約10分程度短い時間で iPhone X のバッテリーを 約80% まで充電できたように見えます。
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2017/12/06
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出荷時の iPhone X のバッテリー残量は 80% 程度あり、この状態だと Apple USB-C Power Adapter を接続しても 5V 充電状態にしかならないようですので、一旦 iPhone X のバッテリーを空にしました。

iOS がシャットダウンするまで、バッテリーを使い切ります。

iOS がシャットダウンし、本体のボタンを長押ししても iOS が起動してこない状態まで、バッテリーを空にしてから、再度 Apple 87W USB-C Power Adapter に Apple USB-C - Lightning ケーブルで接続して、iPhone X のバッテリー充電を開始します。

写真の通り、電源アダプタとUSB-C - Lightning ケーブルの間の USB-C コネクタに #DTW2U3 を挿入して、USB-C コネクタ上の USB VBUS 電圧・電流を測定します。

測定結果はグラフの通りです。

接続直後の充電開始時は、約 2 分程 5V 充電状態が継続しました。これは、iOS が起動可能になるまでの、バッテリー充電期間かもしれません。

約2分後、USB PDメッセージが流れ始めて、USB-C の VBUS 電圧は 9V に変化しました!

VBUS 電流は 1A 未満程度を継続していましたが、約 20 分後に 1.5A 程度に増加しました。結果的には、この状態が消費電力のピーク(約13-14W)で、後は徐々に電力消費は低下していきます。

約75分後、9V 充電状態から、5V 充電状態に切り替わりました。

後は 5V 充電状態を維持しながら、徐々に消費電流も低下していきます。(約55分)

充電開始から、約 130 分後、消費電力も 1W 未満になったので、もうフル充電状態かと思い、iPhone X の電源ボタンを押して、iPhone X 画面を見てみました。充電状態は 「98%」で、まだフル充電状態ではありませんでした。充電 100% までには、もうしばらく放置しておく必要がありましたが、ほぼ充電完了しましたので、測定終了としました。

充電開始から、約130分間の USB-C の VBUS 電力の積算値は 約 14.2 Wh でした。

そのうち、「9V 充電」の期間は約 73 分、その期間の VBUS 電力の積算値は約 11.4 Wh でした。

USB-C の VBUS 電力消費状態だけからの類推になりますが、約 70 分程度の 9V 充電期間で、iPhone X バッテリーの大部分(約80%=11.4Wh/14.2Wh) を充電できている状況と思います。

Apple USB-C Power Adapter による iPhone X の「高速充電機能」はきちんと働いている!と言えると思います。
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2017/11/29
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いよいよ、iPhone X の USB Type-C Power Delivery 動作の解析です。

写真の通り、Apple USB-C Power Adapter と Apple USB-C - Lightining ケーブルの間の USB Type-C ポートに #DTW2U2 を接続します。

電源アダプタは、一番の高出力を期待して、一番電力の大きい 87W USB-C Power Adapter を使用しました。

iPhone X 初回接続時の USB Type-C の動作は写真の通りです。

約 100 秒程度、接続したままにしておきましたが VBUS 電圧は 5V のままです…

USB Power Delivery により 87W USB-C Power Adapter の持つ 9V または 20V 出力がされることを期待していたのですが、5V のままです。

87W USB-C Power Adapter と iPhone X 間の USB PD メッセージのやり取りは、以前 MacBook で調べたのと同じような感じです。

まず 87W USB-C Power Adapter は初回は 5V/2.4A のみを告知して、iPhone X は 5V/2.4A を要求。

USB-C ケーブルの能力取得のための動作は発生していません。これは、USB-C - Lightning ケーブルは E-Marker 無しの扱いになっているのだと思います。(Ra 抵抗が無い)

USB-C - Lightning ケーブルが 5A 対応と判断されることはありませんので、結果 87W Power Adapter は 「5V/2.4A」「9V/3.0A」「20V/3.0A」の 3 種の電源種別を告知 (再告知) します。

ここで、iPhone X が 9V または 20V 電源に対して REQUEST してくることを期待していたのですが、「5V/2.4A」動作の要求をしてきます。

その後、Alt-Mode 関係 (Apple 独自 Alt-Mode?) の PD メッセージやり取りが続きます。

その直後、iPhone X は REQUEST メッセージを送信して、電源種別の要求をしてきますが、やはり 「5V/2.4A」動作を要求しています。

結果、iPhone X - USB-C Power Adapter 間のVBUS電力は 5V/max 2.4A (max 12W) 動作となります。

少なくとも、iPhone X と USB-C Power Adapter 間では、USB Power Delivery 規格に沿った PD メッセージのやり取りは発生していることはわかりました。

iPhone X は USB Type-C ポートは搭載しておりませんが、内部的には USB PD に対応している状況と思います。(Lightning コネクタを経由してどのように実現しているかは不明ですが…)

Apple が 「USB-C Power Adapter による iPhone 8/8 Plus/X の高速充電」を製品仕様として謳っている以上、従来機種(iPhone 7以前) や 標準 Std-A タイプの電源アダプタと同等の 「5V のみ対応」というのは考えずらいです。

一旦、iPhone X のバッテリーを空にして、再度測定を行いたいと思います。
(iPhone X の残りバッテリーを少なくしたら、9V充電に切り替わりました!)
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2017/11/28
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iPhone X が納品されました。

iPhone X 製品に同梱されている電源アダプタは、USB Type-C タイプのものではなく、従来製品と同じ USB Std-A タイプのものです。

納品時の iPhone X のバッテリー充電状態は 80% 程度でした。

早速ですが、標準添付の Std-A タイプの電源アダプタではなく、別に購入しておいた Apple の USB-C タイプの電源アダプタ&Apple USB-C - Lightning ケーブルを使用して iPhone X を充電してみたいと思います。

そして、USB-C 電源アダプタ と USB-C - Lightning ケーブル間の USB Type-C コネクタにおける、USB Power Delivery 動作を #DTW2U3 を使用して解析してみたいと思います。
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2017/11/28
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これまでのまとめです。

#DTW2U3 による各種 Apple USB-C Power Adapter の USB PD Source 能力実機確認結果

[29W USB-C Power Adapter USB PD Source 能力]
DC 14.8V, 2.0A (製品仕様通り)
DC 5.0V, 2.4A (製品仕様は 5.2V, 2.4A)

[61W USB-C Power Adapter の USB PD 能力]
DC 20.0V, 3.0A (製品仕様は 20.3V, 3.0A)
DC 9.0V, 3.0A (製品仕様通り)
DC 5.0V, 2.4A (製品仕様は 5.2V, 2.4A)

[87W USB-C Power Adapter USB PD Source 能力]
DC 20.0V, 4.3A (製品仕様は 20.2V, 4.3A) *1
DC 9.0V, 3.0A (製品仕様通り)
DC 5.0V, 2.4A (製品仕様は 5.2V, 2.4A)
*1:E-Marker 20V/5A対応 USB Type-C ケーブル必須

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続いて、29W USB-C Power Adapter の Source 能力を #DTW2U3 を使用して確認しました。

29W 電源アダプタは、87W/61W 電源アダプタとは挙動が異なっていました。

29W 電源アダプタは、初回の Source_Capabilities メッセージ送信から、「5V/2.4A」と「14.8V/2.0A」の 2種の電源種別を報告してきます。

MacBookは、それに対して REQUESTメッセージにて「14.8V/2.0A」の動作を要求してきます。

29W 電源アダプタは、 SOP' Discover Identityメッセージを送信して USB Type-C ケーブルの能力取得を行う動作はしないようです。また、Source_Capabilities メッセージの再送信動作もありません。

[29W USB-C Power Adapter USB PD Source 能力]
DC 14.8V, 2.0A
DC 5.0V, 2.4A

Apple は MacBook に対しては、29W USB-C Power Adapter を推奨しています。 上記の実験結果では、MacBook を 29W USB-C Power Adapter に接続した場合、USB PD 的には「14.8V, 2.0A (29.6W)」動作となります。

一方 MacBook に 87W USB-C Power Adapter または 61W USB-C Power Adapter を接続した場合は、別投稿の通りですが、「20.0V, 1.5A (30W)」動作となります。
電力値的には、電源アダプタによる差はほぼありませんので、Apple は一番小型で安価な 29W USB-C Power Adapter を MacBook の推奨としているのかもしれません。
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同様に、5A 対応 USB Type-C ケーブルを使用して、61W USB-C Power Adapter の Source 能力を #DTW2U3 で確認した結果は下記のとおりです。

[61W USB-C Power Adapter の USB PD 能力]
DC 20.0V, 3.0A
DC 9.0V, 3.0A
DC 5.0V, 2.4A

DTW2U3 で測定した PD メッセージのやり取りは、87W 電源アダプタを使用したときとほぼ同じに見えます。
(初回は「5V/2.4A」のみを報告して、USB Type-C ケーブルの能力を取得してから、「5V/2.4A」「9V/3A」「20V/3A」の 3種の電源能力を報告。(MacBook は REQUEST メッセージにて「20V, 1.5A」動作を要求)

こちらも 61W USB-C Power Adapter の製品仕様とほぼ同じ値の出力電力報告が USB PD メッセージとしてもなされましたが、20V 対応については、やはり 製品仕様の「20.3V」と一致しませんでした。
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さて今度こそ 「5A 対応の USB Type-C ケーブル」を使用して、87W USB-C Power Adapter の USB PD の Source 能力を確認したいと思います。

写真の通り、87W USB-C Power Adapter の間に #DTW2U3 を挿入し、5A対応 USB Type-C ケーブルを使用して、MacBook を接続します。

DTW2U3 アプリの表示によると、87W 電源アダプタはまずSource_Capabilities メッセージにて「5V/2.4A」のみ対応の報告をしてきます。
それに対して MacBook は REQUEST メッセージにて 「5V/2.4A」動作を要求します。

続いて、87W 電源アダプタは SOP' Discover Identity メッセージを送出して、接続されている USB Type-C ケーブルの能力を取得します。USB Type-C ケーブルは 20V/5A 対応のものを使用していますので、「最大 20V/5A」の応答をします。

87W 電源アダプタは、接続されている USB Type-C ケーブルの能力値に合わせて、自身の Source 能力を再度 Source_Capabilities メッセージにて送出してきます。 今回は 5A 対応ケーブルを使用しておりますので、87W 電源アダプタは「5V/2.4A」「9V/3A」「20V/4.3A」の 3種の電源種別を報告してきました。(MacBook は REQUEST メッセージにて「20V, 1.5A (30W)」動作を要求)

これは、87W USB-C Power Adapter の製品仕様の表記とほぼ一致しています。ただ、20V 対応について製品仕様表記は 「20.2V, 4.3A」となっていますので、ここは完全には一致していません。

とりあえず、期待した Source 能力値が確認できましたので、結論をまとめます。

[87W USB-C Power Adapter USB PD Source 能力]
DC 20.0V, 4.3A
DC 9.0V, 3.0A
DC 5.0V, 2.4A
※E-Marker 20V/5A対応 USB Type-C ケーブル使用時

(注記) E-Marker未搭載、または E-Marker 搭載でも 20V/5A 未対応の USB Type-C ケーブル使用時は、ケーブルの能力に合わせて 制限された Source 能力が告知されます。

(参考)
[87W USB-C Power Adapter USB PD Source 能力]
DC 20.0V, 3.0A
DC 9.0V, 3.0A
DC 5.0V, 2.4A
※E-Marker 20V/3A対応 USB Type-C ケーブル使用時

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2017/11/24
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