MagSafeを使ってiPhone 12を充電する場合、Appleは特定の20W ACアダプタの使用を推奨しています。Apple製である必要はありませんが、もしかしたらそうかもしれません。必要な条件と、古い18Wアダプタではなぜ不十分なのかを説明します。
Appleは、iPhone 12シリーズにMagSafeと呼ばれる全く新しいアクセサリと充電システムを搭載して発売しました。この名称は以前はAppleのポータブルMacシリーズ用の磁気クイックリリースケーブルを指していましたが、AppleがUSB-Cに移行した際に使われなくなりました。
MagSafeとは何ですか？
ここで言うMagSafeとは、従来のようにアクセサリが提供する安全性というよりも、アクセサリの磁気性能を指します。発売されたアクセサリの一つであるMagSafe充電器は、iPhone 12の背面に装着してワイヤレス充電を行う大型の充電パックです。他のワイヤレス充電器とは異なり、使用時にiPhoneを磁力で固定するため、充電中でもiPhoneを持ち上げて使用できます。
広い表面積とApple独自の設計により、MagSafe充電器を使用した場合、充電時にデバイスに最大15Wの電力を供給できます。一方、Qi充電器ではわずか7.5Wです。Qiの2倍の速度で充電できることはMagSafeを使用する大きなメリットですが、いくつか注意点もあります。
シートベルトを締めてください。今回はいつもより少し技術的な話になります。もし読み進めたくないなら、要点をお伝えします。AppleのUSB-C ACアダプタを買いたくないなら、同等のスペックのUSB-PD 3.0対応アダプタならどれでも高速充電が可能です。それ以下の性能のアダプタでは高速充電は得られません。
USB-C電力供給
USB PDは、USBで高電力供給を可能にする規格で、様々なデバイスをUSB接続で急速充電できます。2つのデバイス間のネゴシエーションを容易にし、充電器から供給可能な電力を決定します。Power Deliveryは、5Vから20Vまでの複数の電力プロファイルを提供しており、その中には重要な2.22Aの電力プロファイルも含まれています。これについては後ほど詳しく説明します。
USB PD 3.0仕様は2019年半ばにリリースされましたが、この技術の普及には時間がかかります。2020年以前に購入したアダプタは、この仕様に対応していない可能性があり、MagSafeの充電要件を満たさない可能性があります。Appleがこの仕様を選択したのには理由があります。それは、充電対象のデバイスをより深く理解できる、よりインテリジェントな規格だからです。
USB PD 2.0デバイスは、電力要件のみに基づいて電力を調整します。USB PD 3.0仕様では、アダプタは充電中にデバイスから温度や充電不良などのより多くの情報を取得できます。
USB PD 3.0仕様には、充電中の電流量と電圧を制御するための高度なインテリジェンスも含まれています。電圧または電流量を調整する際、最小20mVまたは50mAのステップで調整でき、これはソースによって10秒ごとに継続的にネゴシエートされます。
Appleは15Wの充電要件に古い仕様を採用することもできましたが、新しい仕様を採用することで、より安全で効率的なソリューションを開発することを決定しました。USB PD 3.0は下位互換性があるため、定格出力が96Wであっても、古い充電器からは10Wの出力が得られます。
MagSafeパックとACアダプターが9Vと2.22Aの電圧をネゴシエートできない場合、USB Power Deliveryは、相互に互換性のある電圧と電流のうち、9Vまたは2.22Aを超えることのない、最も高い電圧と電流をデフォルトで選択します。MagSafeパックは9Vと2.22Aに対応していますが、お使いのACアダプターによって動作は異なります。
USB電源プロファイル
単調な増分べき乗則（画像提供：Texas Instruments）
PD 3.0仕様には、特定の電力定格に対して利用可能な電圧レールに関する具体的な要件が含まれています。7.5Wを超えるアダプタは5Vのみを供給します。15Wを超えるアダプタは5Vと9Vの両方を使用します。
さらに高い電力と可変性を実現するために、27W を超えるアダプタには 5V、9V、15V レールが用意され、45W を超えるアダプタには 5V、9V、15V、20V の電源オプションが用意されます。
他の電圧もネゴシエーションで提示できますが、アダプタで必要な最高電圧「レール」を超えることはできません。デバイスが接続されると、デバイスはアダプタとネゴシエーションを行い、充電中に最大の効率を実現するために最適な電圧レールの組み合わせを決定します。
アダプターは最大5Aまでの電流を供給でき、最適な電流値を選択します。最新のデバイスは、温度制御を向上させるために可変電圧と定電流を選択します。MacBook Proなどの100W定格電力を実現するために5A定格を採用しているのは20Vレールのみで、その他の製品は1.5Aから3Aの定電流定格を採用しています。
前述の通り、AppleのMagSafe充電器は9Vと2.2Aで20Wの出力を実現しています。この組み合わせは、USB PD 3.0対応の20W以上のアダプタでのみ利用可能です。しかも、この組み合わせを提供しているのはAppleだけではありません。ワット数が高いだけでは動作しません。
MagSafeアダプターの15Wワイヤレス充電
Appleは20Wのアダプタの使用を推奨していますが、必要な仕様は明記されていません。幸いなことに、正しい仕様のアダプタは最近販売が開始され、2020年モデルの10.2インチiPadとiPad Air 4に同梱されています。18WのUSB-Cアダプタも販売されていますが、前述の通り、15Wでの充電に必要な最低要件を満たしていません。
Appleによると、MagSafe充電器は12Wを超えるアダプタであれば充電できますが、充電速度は低下します。テストでは、20W未満のアダプタを使用した場合、約10W以下になることが示されています。MagSafe充電器は電源のネゴシエーションを行う際に、特に9V x 2.22Aの電源を探しますが、この電源は20WのPD 3.0アダプタにのみ搭載されており、9V x 2.22Aの供給を必要とするため、より大きな電力供給能力を持つアダプタはごく一部に限られます。そのため、18Wアダプタ使用時にはデフォルトで5V x 2Aの電源が選択され、既存のほとんどの（すべてではありませんが）60W USB-C電源アダプタでも同様に動作します。
15W アダプタが MagSafe 充電器から 15W を出力できないのはなぜですか?
Appleの20WアダプタとAnkerの20Wアダプタ
前述のUSB PD 3.0の要件を考慮しても、100%の効率を実現するシステムは存在しません。たとえ業界仕様を無視して15Wワイヤレス充電器用の15Wアダプターを開発したとしても、フルスピード充電に必要な最低要件を満たすことはできません。
本質的に完璧なシステムというものはなく、どのシステムも複数の要因によって充電効率が低下します。
- 使用ケーブルの長さ
- 使用ケーブルのサイズ
- 使用導体（銅）
- 接続された充電器の表面積
- 発熱
これらの特性は、デバイスに直接ケーブルを接続した通常の充電に影響を与えます。そのため、15Wのアダプタを適切なケーブルに接続しても、効率の低下により15W未満の充電しか行えません。実際、iPhoneを充電する際（有線またはワイヤレス）に発生する熱は、バッテリーを充電する際の化学反応によって発生し、充電効率の低下につながります。
ケーブルを直接接続して充電する場合、ケーブル自体の抵抗によって既に効率が低下します。短く太いケーブルは、長く細いケーブルよりも抵抗が少なくなります。ケーブルの抵抗が大きいほど、より多くのエネルギーが熱に変換されます。これは銅損と呼ばれ、機械システムに摩擦が内在するのと同様に、あらゆる電気システムに内在するものです。
充電コイルに電流を流すと、複数の損失が発生します。まず銅損です。コイルの厚さによって抵抗が増加し、発熱量も増加します。次に、充電コイル内に渦電流と呼ばれる磁場が発生することで発生する損失で、これもシステムに熱をもたらします。
ワイヤレス充電では、充電コイル間のエネルギー伝達方法によって発生する熱が、ワイヤレス充電の非効率性を如実に物語っています。バッテリーの充電速度が一定であると仮定すると、MagSafeやQiはより便利ではあるものの、1分あたりの電力消費量は大きくなります。また、同じ充電器で同じ1分あたりの電力消費量であれば、ケーブルを使った場合よりもワイヤレス充電の方がバッテリーへの電力供給量が少なくなります。
MagSafe、Qi、USB-C PDが購入者にとって実際に何を意味するのか
MagSafe充電器を購入する際は、使用する電源アダプタにご注意ください。15Wのフル充電に必要な仕様を満たした、高品質なメーカー製のApple純正20Wアダプタを購入すれば、期待通りの充電結果が得られます。ただし、MagSafeでフル効率に充電するには、USB PD 3.0対応の20Wが最低出力となりますので、Appleの推奨に従うようにしてください。
Appleがユーザーに新しい電源アダプタを購入させるために人為的な制限を設けたのではないかと推測する人もいます。パーソナルコンピューティングの黎明期からテクノロジー購入の決め手となってきた最低スペック以外に、秘密のソースはありません。
ワイヤレス充電の非効率性とエネルギー損失、電圧プロファイル要件、そしてインテリジェント充電システムを考慮すると、Appleの最低要件は業界標準に適合しています。しかし、Appleの充電器だけが適合するわけではありません。どの充電器が適合し、どの充電器が適合しないのかについては、近日中に議論する予定です。
