갤럭시 S21 충전기는 몇와트(W) 짜리를 사야할까?

PD 충전을 분석하기 위해 전압과 전류와 함께 PD 메시지를 분석할 수 있는 PD 아날라이저를 이용하였고, 폰에서 최대로 충전하는 양과 완충까지의 시간을 확인하기 위해 폰이 켜지지 않을정도로 완전히 방전시킨 상태서부터 시작했습니다.

충전 전압은 최대 약 9V ~ 9.5V 정도를 스윙하며 충전했고, 전류는 최대 3A까지 충전하는 것을 확인했습니다. 전 충전 구간 중 가장 높은 충전전력(W)은 9.5V / 3A로 약 28.5W 이었습니다. 하지만 최대 충전 전력으로 충전하는 구간은 잠깐 피크성으로 짧은 시간내에만 이뤄졌고, 충전 초반 대부분은 25W 내외로만 충전되었습니다. 완충까지는 약 83분 소요 되었습니다.

이번엔 PD 메시지로 확인해 보았습니다.

실험에 사용된 충전기의 충전 프로파일은 총 6개로 Fixed PDO 즉, 고정전압을 사용하는 프로파일 5개와 전압을 미세하게 조절할 수 있는 Augmented PDO 즉, PPS 기능의 프로파일 1개로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

위 메시지는 갤럭시 S21 울트라가 충전기로 충전을 요청하는 메시지 입니다. 앞의 'Pos = 6'은 충전기의 충전 프로파일 중에서 6번째 프로파일을 선택하여 충전하겠다는 의미입니다. 위의 충전기 쪽에서 온 프로파일 메시지를 보면 6번째 프로파일은 전압은 3.3V에서 20V까지 조절할 수 있고, 전류는 최대 5A까지 줄 수 있는 PPS 프로파일 입니다.

PPS(Programmable Power Supply) 기능은 전압을 0.1V 단위로 미세하게 조절하여 충전해줄 수 있는 USB PD의 옵션 기능입니다. 같은 PD를 지원하는 제품이라해도 PPS가 있는놈이 있고 없는 놈이 있죠. 이렇게 충전기와 충전을 받는 디바이스 모두 PPS를 지원하면 충전 효율을 높이기 위해 전압을 지속적으로 바꿔가며 충전하게 됩니다.

아래 충전기와 스마트폰간에 PD 통신 메시지를 보면 스마트폰(Sink:UFP)이 지속적으로 전압을 바꿔서 요청하는 것을 확인할 수 있습니다.

갤럭시 S21 울트라는 PPS 충전을 지원하여 자신을 받을 수 있는 최대 전력랑 내에서 전압을 아주 미세하게 조절하며 최대한의 효율로 충전할 수 있다는 뜻이겠죠. 앞서 삼성 갤럭시북과 LG 그램 노트북에서는 PPS를 지원하지 않는 것과는 대비되네요.

그런데 말입니다. 충전기는 20V/5A 즉, 100W까지 지원하는 제품입니다. 게다가 C to C 케이블도 100W 충전을 지원하는 E-Marker IC가 내장된 케이블이구요. 하지만 갤럭시 S21 울트라는 최대 30W가 채 되지 않았습니다. 이 말은 즉슨 25W 충전기에 일반 C 케이블을 사용해도 비슷하다는 뜻이겠지요...?

그래서 해봤습니다.

3. 충전 실험 - 25W 충전기 + 일반 C 케이블

사용된 충전기는 삼성에서 판매하고 있는 25W 충전기와 스마트폰과 동봉된 일반 C 케이블 입니다. 앞서 사용한 100W 케이블과는 달리 IC가 탑재되지 않아서 몰딩(대가리?) 부분이 짧은 것이 특징입니다.

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충전 전압과 전류가 앞서 100W 충전기와 100W 케이블을 사용한 것과 거의 비슷하게 측정되었습니다. 가장 높은 충전전력(W)은 충전기의 최대 전력 25W에 근접한 약 9.3V / 2.68A로 약 24.924W 이었습니다. 하지만 충전 초반 대부분 25W에 근접한 값으로 계속 충전을 지속하였습니다. 완충까지는 약 85분으로 100W 충전기와 거의 차이가 없었네요.
(충전 그래프 중 전류의 그래프가 위랑 반대로 나온 것은 PD 아날라이저 꼽는 방향이 달라져서 입니다.)

이번엔 PD 메시지를 분석해 보았습니다.

25W 충전기에도 다양한 충전 프로파일이 있었습니다. 충전 프로파일은 총 4개로 Fixed PDO 즉, 고정전압을 사용하는 프로파일 2개와 전압을 미세하게 조절할 수 있는 Augmented PDO 즉, PPS 기능의 프로파일 2개로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

갤럭시 S21 울트라가 충전기로 충전을 요청하는 메시지 입니다. 앞서 설명드린 것과 마찬가지로 앞의 'Pos = 4'는 충전기의 충전 프로파일 중에서 4번째 프로파일을 선택하여 충전하겠다는 의미고, 25W 충전기 쪽에서 온 프로파일 메시지 중 4번째 프로파일은 전압은 3.3V에서 11V까지 조절할 수 있고, 전류는 최대 2.75A까지 줄 수 있는 PPS 프로파일 입니다.

25W 충전기지만 20V까지 지원하진 않지만 최대 11V까지 PPS를 지원하고 있었고, 스마트폰에서 해당 PPS 프로파일을 선택하였네요.

4. 정리

구분	최대 충전전력	완충시간
100W 충전기 + 100W 케이블	9.5V / 3A = 28.5W	83분
25W 충전기 + 일반 케이블	9.3V / 2.68A = 24.924W	85분

갤럭시 S21 울트라에서 PD로 충전받을 수 있는 최대 전력량은 28.5W
스마트폰에서 PPS를 지원하니 PPS 충전을 지원하는 충전기가 충전에 유리
충전기와 케이블에 따라 완충 시간은 차이가 거의 없음
갤럭시 S21 울트라 용도로만 충전기 구입한다면 25W 충전기에 일반 C 케이블로도 충분

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