近日，通用序列匯流排（USB）標準組織USB-IF公開了USB-C（即USB Type-C）介面新規範USB Type-C 2。1，這是自2019年8月USB Type-C 2。0規範之後，USB標準組織對USB-C介面的機械電子特性做出的重大修訂，之所以要對USB介面物理特性做修改，是因為USB-IF同期公佈了USB供電協議（USB Power Develiry，簡稱USB PD）的新標準，USB PD 3。1將支援最高240瓦功率，而舊標準最高支援供電能力為100瓦。當然，USB-C介面規範變化，支援240瓦供電只是一個要素，對USB 4標準支援及相容雷電3也是非常重要的驅動力。
USB供電發展史
從通訊鏈路中取電的思路由來已久。由於使用方便、連線簡單，而且真正支援熱插拔，自1996年USB標準公佈之後，USB逐漸取代其他序列介面，成為IT裝置中最通用的介面。USB包含電源和地線介面，可以為接在其上的便攜裝置供電，在USB 2。0時代，USB介面就可以為外接裝置提供2。5瓦的電能（5V@500mA）。之後USB標準組織旗下的電池充電工作組開始為USB介面（含USB標準介面及miniUSB和microUSB介面）制定充電標準，2007年推出USB充電標準1。0（USB Battery Charging v1。0，簡稱USB BC），在USB 3。0規範推出後，USB供電最大支援4。5瓦（5V@900mA）。
2010年12月釋出的USB BC1。2規範規定，USB裝置支援快慢充，最高充電功率可達7。5瓦（5V@1500mA）。
隨著USB裝置越來越多，從USB取電或者用USB介面充電的需求越來越多，但上述標準最多支援7。5瓦。只能滿足手機等超便攜裝置的充電需求，而且由於功率有限，對於智慧手機等大電池裝置，需要數小時才能充滿。為滿足移動裝置的供電與充電需求，USB IF另外成立了USB供電工作組，期待用一種介面滿足對所有移動裝置的供電需求。2012年7月 USB PD 1。0規格公佈，最高可供應100瓦（20V@5A）電能，支援裝置在供電（Source）與受電（Sink）間角色互換，從而讓各種裝置都能透過一條USB線來滿足供電需求。該標準支援既有USB核心標準（USB 3。0/2。0及充電標準USB BC 1。2/1。1/1。0）
在3。1標準之前，USB PD有兩次大版本升級，分別是2014年推出的USB PD 2。0，加入了對USB-C介面的支援；以及2015年推出的USB PD 3。0， 加入可程式設計電源供應，可相容各家快充協議，最新可支援QC4+快充。
USB PD3/2版本區別在於是否支援可程式設計電源供應
從5V1A到超百瓦快充
智慧手機的快充需求對USB充電功率的提升起到了決定性作用。由於其電池容量大、電量消耗快又成為多數人須臾不能離的裝置，因此充電慢成為智慧手機一大痛點，比如蘋果公司在超過10年時間裡，給手機標配的都是5V1A充電功率5瓦的充電器，電池充滿需要數小時。
2013年，高通公司推行Quick Charge 1。0（簡稱QC 1。0）標準，提出“快充”概念，透過提高輸入電流，高通晶片支援最高10瓦（5V@2000mA）充電功率，突破了USB BC 1。2協議1。5A充電電流上限。
由於當時microUSB介面僅能承受最高2A電流，所以2015年推出QC 2。0標準時，高通加入了高壓方案，透過提高充電電壓，來提升充電功率，QC 2。0標準最大功率達到24瓦。
而OPPO在2014年推出低壓大電流充電方案，透過改變MicroUSB資料線中的觸電、內部線，從頭改造電路，製造專屬OPPO的特製資料線，達到快速充電的效果，初代VOOC快充支援25瓦（5V@5A）充電功率。
以高通QC2。0為首的高壓快充和以OPPO VOOC為首的低壓大電流快充兩種方案大幅度提升了充電速度，但低壓大電流模式受限於micro USB介面問題，沒有得到迅速推廣。包括聯發科Pump Express（PE）、魅族mCharge和Pump Express Plus（PEP）、華為早期Fast Charge Protocol（FSP）等快充技術都是這個時期出現的高壓快充方案。
快充時代真正來臨始於Type-C資料線的面世，USB-C資料線突破了2A電流限制，最大支援5A電流，從而可以滿足USB PD規範的100W供電需求。伴隨著安卓手機開始全面採用USB-C介面，各手機廠商紛紛開始啟用低壓大電流快充方案，華為相容PD和高通QC協議的SuperCharge（SCP）、聯發科Pump Express 3。0、魅族Super mCharge和mCharge4。0等快充方案由此產生。而高通也發現了低壓方案的優勢，在QC4。0快充協議上加入了低壓大電流，即同時支援高壓快充方案和低壓大電流方案，主流手機快充功率飛躍到50瓦以上。
但中國手機廠商對充電功率的追求看起來並無止境。雖然USB PD標準最高支援100瓦。但到2020年，已經有多家手機廠商推出功率超過100瓦的手機快充方案。例如iQOO釋出FlashCharge 120瓦超快閃充技術，OPPO superVOOC 125瓦超級閃充技術，以及小米的120瓦有線秒充技術。
從技術角度看，無論是OPPO超級閃充技術，還是iQOO超快閃充技術都運用了電荷泵方案，125瓦超閃技術採用轉換效率98%的並聯三電荷泵方案，其原理是充電器輸出的20V 6。25A功率經過三個並聯的電荷泵降壓轉換成10V 12。5A進入電池，每個電荷泵只需要轉換20V 2。1A大約42W左右的功率，有效地避免了大電流造成的電荷泵過載、過熱的情況；iQOO 120W FlashCharge超快閃充技術則是利用轉換效率97%的“雙電芯串聯”的電池方案，透過20V 6A充電器進入手機後分為雙路20V 3A再各自使用一顆電荷泵分壓輸出10V 6A，最後合併成10V 12A對兩串電芯進行高壓直充。
實現240瓦供電在USB硬體設計時有哪些考慮？
對於百瓦以上的充電方案，雖然各廠商在手機側做了大量保護措施，但是從充電器到手機側的線纜與插頭卻無法保護，無論是6A（20V），還是6。25A（20V），都超過了USB PD規定的5A電流標標稱值。
在USB PD 3。1中，標稱電流仍然是5A，該標準透過提升電壓來實現更大功率供電，舊標準最高支援20V電壓，新標準中擴充了三個電壓級別，分別是28V（100至140瓦）、36V（140瓦至180瓦）和48V（180瓦至240瓦）。
為支援超過百瓦的電力傳送，USB標準組織將推出能支援高電壓的專用USB線，並在電纜上標註EPR（Extended Power Range，高功率線纜），未標註EPR的傳統USB線將被稱為SPR（Standard Power Range，標準功率線纜）。EPR標USB線最低應支援53。65V電壓，而在高功率線纜連線的電源腳的濾波電容耐壓值不得低於63V。
USB裝置在高功率應用中熱插拔時，可能會出現電弧，如果對電弧放電不做保護，裝置很容易被打壞。而供電電壓越高，電弧危害性越大，所以供電電壓越高，所需穩壓電容越大，USB Type-C 2。1規範中對如何應對電弧危害，有比較詳細的描述。
對晶片及裝置業影響
超百瓦USB裝置供電設計還有非常多的考慮，需要晶片公司和裝置廠商去逐漸磨合。自USB-C介面和USB-PD規範推出以來，便攜裝置充電介面統一的程序加快了很多，但百瓦功率還不能覆蓋高效能筆記本（功率可達數百瓦）等裝置，新版標準出來之後，筆記本市場基本實現全覆蓋，也給手機廠商繼續衝刺“秒衝”記錄打開了空間。但新版USB-PD支援電壓到48V，已經超過安全電壓，這給裝置廠商在設計高功率裝置時帶來更多挑戰。
對晶片公司而言，高功率應用需要更多防護措施，能在最低成本上實現安全設計的電源管理晶片廠商，將有機會吃到更多市場紅利。而USB高功率供電需要更高能效的功率器件，這無疑將給當前火熱的氮化鎵（GaN）市場再加一把火，電源晶片行業專家印寧華表示，不只是氮化鎵，MOS器件和碳化矽（SiC）器件也將迎來利好。而隨著快充功率升級，PD協議解析也將是一個不錯的市場，相容充電器都需要PD協議解析晶片以支援原廠裝置。
也有專家表示，隨著USB-PD功率升高，更多家電裝置也將支援USB介面供電。目前來看，除了空調、洗衣機等大功率裝置，客廳和臥室多數裝置已經支援USB直接供電，將來家庭供電佈線時，甚至可以交流電與低壓USB直供並排，更安全更便利。如果USB高功率供電技術成熟，將來在中低功率裝置供電上一統天下將不是奢望。
1。 快充技術突破百瓦 行業標準制定成為焦點 新華網 周靖傑
2。 USB Power Delivery將促使3C與行動裝置充電標準趨於一統
3。 extended-power-range-usb-c-will-deliver-up-to-240-watts-in-the-future
4。 USB Type-C SPEC 2。1
5。 wiki：USB Power Delivery
