USB 충전 기술의 발전: USB 1.x부터 USB PD rev3.1까지

USB 형태가 시간이 지날수록 놀랍게도 빠르게 진화해왔어요. 충전 기술 역시 마찬가지로 발전의 속도를 못 따라잡을 정도죠. 그 결과, 지금처럼 다양한 USB 형태가 나란히 존재하게 됐고, 때때로 어떤 충전기를 써야 할지 고민하게 만들곤 해. 이렇게 다양해진 USB 충전 기술의 발전 과정을 살펴봐요.

USB 충전 기술의 발전 (USB의 전압, 전류, 전력⚡)

	최대전력	전압×전류
USB 1.x	0.5W	5V×0.1A
USB 2.0	2.5W	5V×0.1A5V×0.5A
USB 3.x	4.5W	5V×0.15A5V×0.9A
USB BC	7.5W	5V×1.5A (허브의 주황색단자)
USB PD rev 1.0	이론상100W (발열 등 문제)	5, 12, 20V× 1.5, 2.0, 3.0, 5.0A
Quick charge 1.0	10W	5V×2A
Quick charge 2.0	18W (9V×2A) (but,제조사에서15W로 사용)	5,9,12V ×1.67, 2A
Adaptive Fast Charging	25W (but,제조사에서15W로 사용)	5V, 9V, 12V×2A, 1.67A, 2.1A
USB PD rev 2.0	100W (일반케이블 60W)	(PDO)5V,9V,15V,20V 3A~5A(변동A)
USB Type C	4.5W,7.5W, 15W,100W 이후충전기술은typeC로 USB PD rev 3.1이후 240W	기존규격(0.9A)+USB BC+ USB PD+5V×1.5A 5V×3A
QC 3	36W (12V×3A)	3.6~20V변동,2.6A, 4.6A
USB PD rev 3.0	100W (일반케이블 60W)	(PDO)5V,9V,15V,20V×3A~5A(변동A) (PPS) 변동전력×변동전류
QC 4, 4+	QC:100W(20V×5A) USB PD: 27W	QC: 3.6~20V변동, 2.6 or 4.6A USB PD: 5V,9V, 3A USB PD 3.0 PPS: 3~21V, 3A
Super Fast Charging	25W	TypeC USB PD 3.0+ PPS
Super Fast Charging2	45W (E-Marker필요)	TypeC USB PD 3.0+ PPS
USB PD rev 3.1	240W(=48V×5A)	USB PD 3.0+ PDO 2type+ PPS 2type

 

USB 1.x

1996년에 나온 USB 1.x는 말이죠, USB가 처음 나왔을 때의 기준이었어요. 주로 데이터를 옮기는 데에 쓰였고, 충전은 그렇게 중요하게 생각하지 않았죠. 컴퓨터 마더보드에서 나오는 5V, 0.1A 전력을 그냥 USB에 썼답니다.

 

USB 2.0

2000년대 초에 USB 2.0이 등장했어요. 이건 전송 속도가 훨씬 빨라졌죠. 충전 기능은 아직 좀 부족했지만, 5V 전력을 0.1A(낮은 출력)와 0.5A(높은 출력)로 나눠서 쓸 수 있게 됐어요. 그래서 MP3 플레이어, PDA, 핸드폰 같은 기기들을 USB로 충전하기 시작했죠.

 

USB 3.x

2008년에는 USB 3.0이 나왔어요, 그리고 이후 버전들도요. 이 버전들은 전송 속도를 더 높였고요, 충전 속도는 아직 좀 느렸지만, 5V 전력을 0.15A(낮은 출력), 0.9A(높은 출력)로 쓸 수 있게 했어요.

USB1.x, USB2.0, USB3.x

 

USB BC (USB Battery Charging)

USB Battery Charging Rev. 1.0 (2007년)

2007년에 나온 USB BC Rev. 1.0은 USB 충전 기술에 있어서 정말 중요한 발전이었어요. 이 버전부터는 마더보드에서 나오는 전력에 의존하지 않고, 독립적으로 5V, 1.5A, 즉 7.5W의 전력을 공급할 수 있는 충전 어댑터를 만들게 됐거든요. 이런 변화는 기존에 마더보드 전력만으로는 부족했던 여러 주변기기들의 빠른 충전 요구를 만족시키기 위해 필요했죠. USB Battery Charging Rev. 1.0은 다양한 기기들을 USB 충전기로 더 빨리 충전할 수 있게 하는 새로운 규약을 만들어냈어요. USB 기술의 새 장을 여는 순간이었죠.

 

USB Battery Charging Rev. 1.2 (2010년)

2010년에 나온 Rev 1.2는 최대 7.5W (5V, 1.5A)의 전력을 제공하는 건 Rev 1.0과 같았지만, 여기에 더해 장치 간 호환성과 보안을 개선하는 새로운 기능들을 추가했어요. Rev 1.2의 주된 목적은 다양한 기기들이 USB 충전을 더 효율적이고 안전하게 쓸 수 있도록 만드는 거였죠. 이 버전에서 특별한 건, USB-BC 포트와 케이블을 주황색으로 구분하는 새로운 색상 식별 기호를 도입했다는 거예요. 이런 식별 기호 덕분에 사용자들이 해당 표준을 지원하는 케이블과 포트를 쉽게 구분할 수 있게 되었죠.

 

USB PD rev 1.0

2012년에 나온 USB Power Delivery, 줄여서 USB PD의 첫 버전은 최대 2.5A의 전력을 제공했어요. 이론적으로는 100W 이상의 전력도 공급할 수 있었다고 해요. 하지만 발열 같은 문제들이 있었나 봐요. 그래서인지 각 제조사들은 이 기술을 그대로 사용하기보다는 자기네들의 충전 기술을 발전시키면서 다양한 충전 기술이 성장하는 시기가 되었죠.

 

Quick Charge 1.0

같은 해에 Qualcomm에서는 Quick Charge 1.0을 개발했어요. 이 기술은 5V, 2A(10W)까지 지원했는데, 이건 요즘의 표준 유선 충전 수준이에요.

 

Quick Charge 2.0

2013년에는 Quick Charge 2.0이 발표되었어요. 이 버전은 충전 속도와 효율성을 개선해서 더 빨리 충전할 수 있게 했죠. 전압은 5V, 9V, 12V이고, 전류는 2A, 1.67A를 지원해 최대 18W(=9V×2A)로 충전할 수 있었어요.

 

Adaptive Fast Charging

삼성에서는 2014년에 Adaptive Fast Charging이라는 고속 충전 기술을 내놓았어요. 처음엔 Galaxy Note 4 같은 일부 삼성 스마트폰에서 사용됐죠. 이 기술은 일반 충전 시에는 10W (5V @ 2A)를, 고속 충전 시에는 25W (12V @ 2.1A)를 지원해서 빠른 충전을 제공했어요. 하지만 삼성은 나중에 정책을 바꿔서 갤럭시 S10(2019년)부터는 Adaptive Fast Charging에서 25W 대신 15W (9V @ 1.67A) 충전만을 지원하게 되었죠.

2020년 이후로는 갤럭시 S20을 포함한 최신 모델에서 여러 충전 옵션을 도입했어요. 이제 사용자들은 USB PD 3.0, 삼성의 Super Fast Charging (25W), Adaptive Fast Charging (15W), 그리고 Qualcomm Quick Charge 2.0 (15W)을 통해 스마트폰을 충전할 수 있게 되었죠. 이런 다양한 충전 옵션 덕분에 사용자들은 충전 속도를 선택하거나 자신의 환경에 맞게 충전할 수 있게 되었답니다.

 

USB PD rev 2.0

2014년에 나온 USB Power Delivery의 두 번째 버전, USB PD rev 2.0은 최대 100W의 전력을 제공하면서 높은 전력 요구를 충족시켰어요. 이 표준은 2015년부터 구글을 비롯한 여러 기업들이 적극적으로 사용하기 시작했죠. 삼성의 갤럭시 S 시리즈는 갤럭시 S6부터, 그리고 노트 시리즈는 노트 4부터 USB PD rev 2.0과 호환되기 시작했어요.

USB PD rev 2.0은 기기가 필요한 만큼의 전류를 정해진 전압에서 제공하는 PDO(Power Data Object) 방식을 사용해요. 이 방식 덕분에 일반 케이블을 통해서도 20V, 3A (60W)까지의 전력을 지원할 수 있죠. 하지만 20V, 5A와 같은 더 높은 출력이 필요할 때는 Type-C 케이블에 내장된 e-marker 칩을 사용해야 해요. 이 칩은 전력 전달을 관리하고 발열을 조절해서 안전한 고전력 충전을 가능하게 해줍니다. USB PD rev 2.0은 이전 버전의 호환성 문제를 해결하고, 다양한 기기 간에 원활한 전력 공급을 보장해줘요.

 

USB Type-C (충전 기술은 아니지만.. 이때쯤 나타남)

USB Type-C 이야기도 해볼게요. 이 단자는 2014년에 도입됐는데, 다양한 충전 전력을 지원할 수 있어요. 이는 해당 기기 및 충전기의 지원 능력에 따라 달라지죠. 예를 들어보면:

• 최대 4.5W: 이건 USB 2.0 규격에서 제공되는 표준 충전 전력이에요.
• 최대 7.5W: USB Battery Charging 1.2 (USB BC 1.2) 규격을 통해 제공되며, 스마트폰 같은 작은 기기의 빠른 충전에 사용돼요.
• 최대 15W: USB Power Delivery (USB PD) 규격의 5V × 3A 충전도 가능합니다.
• 최대 100W: USB Power Delivery (USB PD) 규격의 20V × 5A 충전으로, 노트북과 같은 고전력 장치에 사용되죠.

이후 나오는 충전 기술의 최대치는 USB-C를 이용해야만 지원됩니다. 하지만 무조건 최신 기술 지원이 되는 건 아니라서, 각 제조사의 상품 설명에서 어느 기술까지 지원하는지 확인해야 해요.

USB-C 단자는 이렇게 다양한 충전 전력을 지원할 수 있지만, 연결된 기기와 충전기가 호환성을 가지고 있어야 원활하게 작동해요. 그래서 충전 전력 요구 사항을 고려해서 적절한 충전기 및 케이블을 선택하는 게 중요하답니다.

USB Type-C의 단자나 케이블에 아래와 같은 기호가 있는데 그 기호의 의미는 아래 그림과 같아요.

USB-C의 구조와 USB-C에 관련된 세부 기호들

QC 3 (Quick Charge 3.0)

2016년에 나온 Quick Charge 3.0은 충전 전압과 전류를 가변적으로 조절할 수 있었어요. 이 기술로는 최대 36W(12V×3A)까지 지원할 수 있었죠.

QC 4, 4+ (Quick Charge 4 및 4+)

Quick Charge 4 및 4+ (QC 4, 4+)도 2016년에 발표됐어요. 이 버전들은 USB PD 2.0 표준을 기반으로 개발되어 최대 100W(20V×5A)까지 지원했습니다.

 

USB PD rev 3.0

2017년에 나온 USB Power Delivery의 세 번째 버전인 USB PD rev 3.0은 충전 기술에서 큰 발전을 이뤘어요. 이 버전은 더 많은 전력 레벨과 빠른 충전을 지원하며, 기존 버전들과의 역방향 호환성도 제공하죠.

주요 특징들을 살펴보면:

1. 가변 전압 및 전류 지원: USB PD rev 3.0은 가변 전압을 통해 기기가 필요한 만큼의 전류를 제공해요. 이 기능 덕분에 최대 100W(20V × 5A)까지의 전력을 지원하고, 일반 케이블을 사용해서도 최대 60W(20V × 3A)까지 충전할 수 있어요. 이는 다양한 기기와 상황에 맞춰 충전 요구를 충족시키는 유연성을 제공하죠.
2. PDO (Power Data Object): PDO 방식은 정해진 전압에서 기기가 필요한 만큼의 전류를 제공하는 방식이에요. 100W의 경우를 제외하고는 최대 3A의 전류를 사용하는데, 이는 대부분의 일반적인 충전 상황에서 적용되는 방식이죠.
3. PPS (Programmable Power Supply): PPS는 전원 공급 중에 전압 및 전류를 조정할 수 있는 충전 방식이에요. 이 방식은 충전 중에 더 높은 효율성과 빠른 충전 속도를 제공하기 위해 도입됐죠. USB PD 3.0은 PPS를 선택적으로 지원하는데, 모든 USB PD 3.0 충전기가 PPS를 지원하는 건 아니에요. 그래서 고출력을 이용하려면 "Certified USB Fast Charger" 로고와 PPS 글자가 있는지 확인해야 해요.

USB PD rev 3.0은 이전 버전들보다 훨씬 효율적이고 빠른 충전을 가능하게 하며, 다양한 기기 및 충전기 간의 호환성을 개선했어요. 이로 인해 사용자들은 더 많은 기기에서 안전하고 효율적인 충전을 경험할 수 있게 됐죠.

 

Super Fast Charging 및 Super Fast Charging2

삼성전자의 고속 충전 기술인 Super Fast Charging은 주로 삼성 갤럭시 시리즈 스마트폰에 적용되는 충전 기술이에요. 이 기술은 25W와 45W의 전력을 사용하며, 5V, 9V, 12V 등 다양한 전압 레벨을 지원해요. 삼성 갤럭시 기기와 충전기가 모두 Super Fast Charging을 지원하고 두 장치 모두 PPS(Programmable Power Supply)를 지원해야 고속충전이 가능해요. 이 기술로는 보통 25W의 전력을 사용해 배터리의 약 50%를 대략 30분 내에 충전할 수 있어요.

Super Fast Charging 2는 이보다 한 단계 진화한 버전이에요. 최대 45W의 전력을 사용하며, 5V, 9V, 12V, 15V, 20V 등 더 다양한 전압 레벨을 지원해요. Super Fast Charging 2를 지원하는 삼성 갤럭시 기기들은 E-Marker 칩이 탑재된 100W 5A C to C 케이블을 사용하지 않으면 25W로만 충전되도록 변경되었어요. 이 기술을 사용하면 최대 45W의 전력으로 더 빠른 충전이 가능해져서, 예를 들어 약 30분 안에 배터리의 70% 이상을 충전할 수 있어요. 이 기술을 사용하기 위해서는 E-Marker 칩이 탑재된 100W 5A C to C 케이블이 필요하며, 일부 경우에는 60W 3A 케이블도 사용할 수 있어요.

이 두 고속 충전 기술은 모두 USB Power Delivery(PD) 표준과 호환되므로, PD를 지원하는 다른 기기에서도 일정 수준의 고속 충전을 경험할 수 있어요. 하지만 최대 충전 속도를 얻기 위해서는 해당 기술을 지원하는 삼성 기기와 함께 정품 삼성 충전기와 케이블을 사용하는 것이 가장 좋아요.

 

USB PD rev 3.1

2022년에 도입된 USB Power Delivery의 네 번째 버전인 USB PD rev 3.1에 대해 알아볼게요. 이 버전은 더 높은 전력과 추가 기능을 제공하면서 다양한 디바이스의 요구를 만족시켜요. USB-C 단자를 통해 최대 240W(=48V×5A)까지의 충전이 가능해진 건 큰 변화죠. 이 표준은 전력 관리를 더 효율적으로 처리함으로써 배터리 수명을 늘리고 에너지 소비를 최적화하는 데 도움을 줘요.

USB-C는 이제 USB Power Delivery (PD)를 지원하며, 최대 100W (PD Rev 3.0) 또는 240W (PD Rev 3.1)까지의 전력을 전송할 수 있어요(단, 케이블도 고출력을 지탱할 수 있어야해요). 이는 특히 고전력을 필요로 하는 디바이스들에게 큰 이점을 제공해요. 예를 들어, 애플의 MacBook Pro (2021 이후 모델)는 이 새로운 표준을 적용해 140W까지 충전할 수 있게 되었죠.

USB PD rev 3.1은 기존 USB 충전 표준의 한계를 뛰어넘어, 노트북, 게임 콘솔, 그리고 다른 고성능 디바이스들에게 필요한 고출력 충전을 가능하게 함으로써 USB 충전의 새로운 장을 열었어요. 이러한 발전은 기술의 진보를 보여주며, 사용자들에게 더 빠르고 효율적인 충전 경험을 제공합니다.