USB PD解决方案 数据传输+快充One for all

近年，移动设备设计主流追求更高效能、更大显示屏、更多功能设计，为提供更优异的功能，大多选择搭载超过3,000mAh甚至5,000mAh等级的锂电池。陈景然教授过去曾在POWER IC大厂立錡科技任职，目前担任台湾大学电机工程学系副教授，主要研究领域为电力电子， 转换器控制与建模， 与电能IC研究，透过本次专访，将分享其对USB PD技术看法。

以往的USB供电功率分别为USB 2.0最大2.5W，USB 3.0最大4.5W，大容量电池虽可有效提升整合新功能、高端元件设备电力需求，但实际上也会因此导致设备充电时间过久；受限早期USB界面传输电压、电流规格限制，也让USB供电特色在因应大电力设备的实用性受限，导致设备周边不仅需数据传输线材，也需要额外配置专属变压器，不仅增加成本，更造成无谓的浪费。

由于USB Power Delivery Specification(USB PD)规格可支持高达100W功率。陈教授提到，USB PD应用有多种优点，如支持快充、数据传输与供电同时进行，并具有环保议题，许多装置可以共享一个充电头，如手机、平板、笔记本电脑等支持Type-C装置，随着USB界面带来极显着的规格提升，甚至显示器、打印机都能够加入使用，由此推论，未来随着Type-C普及应用，USB PD后势相当看好。

最新的USB PD规格变化相当多，如进阶电池管理、传输、充电协议的最佳化等，与用于主控设备、外接设备、传输线材等认证安全指令，已大幅增加原有USB界面设计的系统复杂度。由于USB PD可以输出达100W电力，在高电压与大电流使用情境下，充电或是驱动大电力设备的安全性则必须慎重看待，在装置故障发生时不仅是无法使用的问题，而是可能出现烧毁甚至酿灾，针对此电源解决方案的电力传输，充电器控制器之安全设计就相当重要。

USB PD的规格可支持高达100W功率的信号源或接收装置，但对某些应用来说，100W的功率已超过使用需求，多数终端设备开发业者多半仅会锁定可提升充电效能方向着手，业界评估会以实现60W以内的中间电力输出功率支持为主，较不会冒然直接提供高达100W的高额电力输出支持，在实用性与安全性取得均衡的折衷设计。

在快速充电应用中，效率非常重要，当转换器体积缩小时，易造成散热不好，进而影响效率。GaN这种材料具备优异开关效能，用以制作电源转换器电路会非常有吸引力，GaN可以使电源效率更高、温昇更低、尺寸更小，实现大功率电源无散热片设计。透过GaN开关替换IC常规高压矽晶体管，可以降低电流流动期间的传导损耗，并极大降低工作时的开关损耗，最终有助于大幅降低电源的能耗，从而提高效率。GaN开关除用在USB PD、高端手机充电器和笔记本电脑等移动设备，还可以用在各类家电、PC、游戏机和服务器等产品的电源转换器中。