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電路控制架構兵分三路 USB PD應用電能傳輸再提升

文‧陳景然/鄭景翔 發布日期:2020/03/05 關鍵字:Type-CUSB PDPPS返馳式轉換器準諧振控制QR邊界傳導PSR光耦合器VFPCM

過去各種電子裝置依照其功率設計、輸出入電壓或連結硬體介面的不同,皆有其專屬的電源供應器,造成擁有智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦及其他周邊用品的使用者外出時攜帶不便。而且這些轉換器在其所搭配的電子裝置遭到淘汰時也往往會被使用者丟棄,造成地球資源的浪費。為改善電子產品浪費所產生的環保問題,USB-IF協會於2014年提出全新的通用序列匯流排(Universal Series Bus, USB) Type-C硬體介面標準及充電協議USB Power Delivery。這個協議的核心概念是希望未來的電源轉換器能依照各式裝置的需求提供其所需的電能,進而減少轉換器的數量與資源的浪費。

與傳統USB標準相比,USB Type-C介面以更高的功率水準和更高的速度提供電源和數據交換。如表1所示,USB Type-C系統的優勢之一是能提供較大的電能給連接裝置。相比之下,傳統USB的最大供電電壓及電流被局限在傳統協議的5V/1.5A,因此僅能提供7.5W,而USB Type-C能夠提供高達5V/3A,最大15W的功率。另外USB Type-C可配合充電協議USB Power Delivery 3.0,依照負載的需求使其輸出電壓提升為12V、20V。若單純使用在電能傳輸上,最大輸出電流與瓦數的規定可配合大功率裝置的需求提升至5A及100W。由於輸出功率的提升,因此在許多行動裝置應用中例如手機,可以實現「快充」的技術,節省裝置的充電時間。

「快充」的主要原理是在合理範圍內提高手機充電功率,為電池迅速補充大部分的電量。因為功率與電壓和電流大小呈正相關,因此藉由提高連結硬體介面的電壓及電流可以達到提升充電功率的效果。目前USB-C支援的USB Power Delivery 3.0充電協議,允許電壓和電流最高可達20V/5A。此外,新的USB-PD 3.0協議還支援可編程電源(PPS),可以對輸出電壓和電流進行微調,甚至允許電壓低於5V,以供給其他低電壓裝置的需求。

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