今年，通用串行總線(USB)標(biāo)準(zhǔn)組織USB-IF公開了USB-C(USBType-C)界面的新規(guī)范USBType-C2.1，2019年8月USBType-C2.0規(guī)范后，USB標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)USB-C界面的機(jī)械電子特性進(jìn)行了重大修訂，USB界面的物理特性進(jìn)行了修改，是因?yàn)閁SB-IF同期公布了USB供電協(xié)議(USB-C界面的機(jī)械電子特性)當(dāng)然，USB-C接口的規(guī)范發(fā)生了變化，支持240瓦供電只是一個(gè)要素，對(duì)USB4標(biāo)準(zhǔn)的支持和兼容雷電3也是非常重要的驅(qū)動(dòng)力。

        USB供電發(fā)展史。
        從通信鏈接中取電的想法已經(jīng)很久了。由于使用方便，連接簡單，而且真正支持熱插拔，自1996年USB標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，USB逐漸取代其他串行接口，成為IT設(shè)備中最常見的接口。USB包括電源和地線接口，可以為連接到上面的便攜設(shè)備提供電力。在USB2.0時(shí)代，USB接口可以為外部設(shè)備提供2.5瓦的電力(5V@500mA)。之后，USB標(biāo)準(zhǔn)組織旗下的電池充電作業(yè)組開始為USB接口(包括USB標(biāo)準(zhǔn)接口和miniUSB和microUSB接口)制定充電標(biāo)準(zhǔn)，2007年發(fā)布USB充電標(biāo)準(zhǔn)1.0(USB標(biāo)準(zhǔn)1.0)
        2010年12月發(fā)布的USBC1.2規(guī)范規(guī)定，USB設(shè)備支持快速充電，最高充電功率達(dá)7.5瓦(5V@1500mA)。
        隨著U盤設(shè)備越來越多，從U盤取電或用U盤接口充電的需求越來越多，但上述標(biāo)準(zhǔn)最多支持7.5瓦。只能滿足手機(jī)等超便攜設(shè)備的充電需求，而且由于功率有限，對(duì)于智能手機(jī)等大型電池設(shè)備來說，充電需要幾個(gè)小時(shí)。為了滿足移動(dòng)設(shè)備的供電和充電需求，USBIF建立了USB供電工作組，希望通過一個(gè)接口滿足所有移動(dòng)設(shè)備的供電需求。2012年7月USBPD1.0規(guī)格公布，最高可供電100瓦(20V@5A)，支持設(shè)備在供電(Source)和供電(Sink)之間的作用交換，各種設(shè)備可以通過USB線滿足供電需求。該標(biāo)準(zhǔn)支持現(xiàn)有USB核心標(biāo)準(zhǔn)(USB3.0/2.0和充電標(biāo)準(zhǔn)USBC1.2/1.1/1.0)
        在3.1標(biāo)準(zhǔn)之前，USBPD有2次大版本升級(jí)，分別是2014年發(fā)售的USBPD2.0，加入支持USB-C接口的2015年發(fā)售的USBPD3.0，加入可編程電源供應(yīng)，與各快速充電協(xié)議兼容，最新支持QC4+快速充電
        USBPD3/2版本的區(qū)別在于是否支持可編程電源供應(yīng)。
        從5V1A到超百瓦快速充電。
        智能手機(jī)的快速充電需求決定了USB充電功率的提高。其電池容量大，電力消耗快，成為很多人暫時(shí)離不開的設(shè)備，充電慢成為智能手機(jī)的一大痛點(diǎn)。例如，蘋果公司在10年以上的時(shí)間里，給手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的是5V1A充電功率5瓦的充電器，充電電池需要幾個(gè)小時(shí)。
        2013年，高吞吐量公司推進(jìn)QuickCharge1.0(簡稱QC1.0)標(biāo)準(zhǔn)，提出快速充電概念，通過提高輸入電流，高吞吐量芯片支持最高10瓦(5V@2000mA)充電功率，突破USBC1.2協(xié)議1.5A充電電流上限。
        由于當(dāng)時(shí)microUSB接口只能承受最高2A電流，2015年推出QC2.0標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，高吞吐量加入高壓方案，通過提高充電壓，提高充電功率，QC2.0標(biāo)準(zhǔn)的最大功率達(dá)到24瓦。
        OPPO于2014年發(fā)表了低壓大電流充電方案，通過改變MicroUSB數(shù)據(jù)線中的觸電、內(nèi)部線路，從頭改造電路，制專用OPPO的特制數(shù)據(jù)線，達(dá)到快速充電的效果，初代VOOC快速充電支持25瓦(5V@5A)的充電功率。
        以高通QC2.0為首的高壓快速充電和以O(shè)PPOVOOC為首的低壓大電流快速充電兩種方案大大提高了充電速度，但低壓大電流模式限于microUSB接口問題，沒有迅速普及。包括聯(lián)發(fā)科Pumpexpress(PE)、迷人的mcharge和PumpexpressPlus(PEP)、華為初期FastChargeProtocol(FSP)等快速充電技術(shù)是本時(shí)期出現(xiàn)的高壓快速充電方案。
        快速充電時(shí)代真正開始于Type-C數(shù)據(jù)線的登場，USB-C數(shù)據(jù)線突破制，最大支持5A電流，滿足USBPD規(guī)范的100W供電需求。隨著安卓手機(jī)開始全面采用USB-C接口，各手機(jī)制造商開始啟用低壓大電流快速充電方案，華為與PD和高吞吐量QC協(xié)商的SuperCharge(SCP)、聯(lián)發(fā)科Pumpexpress3.0、魅族SupermCharge和mCharge4.0等快速充電方案。高吞吐量也發(fā)現(xiàn)了低壓方案的優(yōu)勢(shì)，在QC4.0快速充電協(xié)議中加入了低壓大電流，支持高壓快速充電方案和低壓大電 流方案，主流手機(jī)快速充電功率飛躍到50瓦以上。
        但是，中國手機(jī)制造商對(duì)充電功率的追求似乎沒有結(jié)束。USBPD標(biāo)準(zhǔn)最高支持100瓦。但是，到2020年，許多手機(jī)制造商已經(jīng)推出了超過100瓦功率的手機(jī)快速充電計(jì)劃。例如，iQOO發(fā)布了FlashCharge120瓦的超閃存充電技術(shù)、OPPOsuperVOOC125瓦的超閃存充電技術(shù)和名稱的120瓦的有線秒充電技術(shù)。
        從技術(shù)上看，OPPO超級(jí)閃光充電技術(shù)和iQOO超級(jí)閃光充電技術(shù)都使用電荷泵方案，125瓦超級(jí)閃光充電技術(shù)采用轉(zhuǎn)換效率98%的并聯(lián)三電荷泵方案，其原理是充電器輸出的20V6.25A功率通過三個(gè)并聯(lián)的電荷泵降壓轉(zhuǎn)換為10V12.5A進(jìn)入電池，每個(gè)電荷泵只需轉(zhuǎn)換20V2.1A約42瓦的功率，有效避免大電流引起的電荷泵過載、過熱的情況iQOO120WFlasharge超級(jí)閃光充電技術(shù)，利用轉(zhuǎn)換20V2
        實(shí)現(xiàn)240瓦供電在USB硬件設(shè)計(jì)時(shí)有什么考慮？
關(guān)于百瓦以上的充電方案，各廠商在手機(jī)方面采取了大量的保護(hù)措施，但從充電器到手機(jī)方面的電纜和插頭無法保護(hù)，無論是6A(20V)還是6.25A(20V)，都超過了USBPD規(guī)定的5A電流標(biāo)稱值。
        USBPD3.1中，電流仍為5A，該標(biāo)準(zhǔn)通過提高電壓實(shí)現(xiàn)更大的電力供電，舊標(biāo)準(zhǔn)最高支持20V電壓，新標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了28V(100~140瓦)、36V(140瓦至180瓦)和48V(180瓦至240瓦)。
         為了支持100瓦以上的電力傳輸，USB標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布了能夠支持高電壓的專用USB線，在電纜上顯示EPR(ExtendedPowerRange、高功率電纜)，未顯示EPR的傳統(tǒng)USB線被稱為SPR(StandardPowerRange、標(biāo)準(zhǔn)功率電纜)。EPR標(biāo)準(zhǔn)USB線最低應(yīng)支持53.65V電壓，高功率電纜連接的電源腳的過濾電容器耐壓值不得低于63V。
            USB設(shè)備在高功率應(yīng)用中熱插拔時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生電弧，如果不保護(hù)電弧放電，設(shè)備就容易損壞。供電電壓越高，電弧的危害性越大，供電電壓越高，所需的穩(wěn)定電容量越大，USBType-C2.1規(guī)范詳細(xì)說明了如何應(yīng)對(duì)電弧的危害。
        影響芯片和設(shè)備行業(yè)。
        超百瓦USB設(shè)備的供電設(shè)計(jì)還有很多考慮，芯片公司和設(shè)備制造商需要逐漸熟悉。自USB-C接口和USB-PD規(guī)范發(fā)布以來，便攜式設(shè)備充電接口的統(tǒng)一過程加快了很多，但百瓦功率不能復(fù)蓋高性能筆記本電腦(功率可達(dá)數(shù)百瓦)等設(shè)備，新版標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，筆記電腦電腦市場基本實(shí)現(xiàn)了全面復(fù)蓋，手機(jī)電腦但是，新的USB-PD支持電壓到48V，超過了安全電壓，給設(shè)備制造商在設(shè)計(jì)高功率設(shè)備時(shí)帶來了更多挑戰(zhàn)。
        對(duì)于芯片公司來說，高功率的應(yīng)用需要更多的防護(hù)措施，能夠以最低的成本實(shí)現(xiàn)安全設(shè)計(jì)的電源管理芯片制造商，有機(jī)會(huì)吃到更多的市場紅利。USB的高功率供電需要更高能效的功率設(shè)備，這無疑會(huì)給當(dāng)前熱氮化鎵(GaN)市場增加火災(zāi)。電源芯片行業(yè)的專家印寧華說，不僅僅是氮化鎵，MOS設(shè)備和碳化硅設(shè)備也有利。隨著快速充電率的升級(jí)，PD協(xié)議分析也是一個(gè)很好的市場，兼容充電器需要PD協(xié)議分析芯片來支持工廠設(shè)備。
        據(jù)專家介紹，隨著USB-PD功率的提高，更多的家電設(shè)備也支持USB接口的供電。目前，除了空調(diào)、洗衣機(jī)等大功率設(shè)備外，客廳和臥室的大多數(shù)設(shè)備都支持USB直接供電，將來家庭供電布線時(shí)，交流電和低壓USB直接供電并列，更加安全方便。如果USB高功率供電技術(shù)成熟，未來在中低功率設(shè)備供電上統(tǒng)一天下將不是奢望。