USB PD - 通信用語の基礎知識

USBで、最大100Wを給電できる規格。いわゆる急速充電用の技術の一つである。

概要

USBケーブルは、2本の電源線と、何対かの信号線のから構成されている。

USBケーブルに電源線が含まれるのは、それ以前に使われていたレガシーなインターフェイスであるPS/2コネクターの置き換えのためである。PS/2キーボードやPS/2マウスは電源供給を必要としたので、5V/500mA程度の電源が供給できるように設計された。

時が流れUSBが普及すると、スマートフォンの充電端子として使われたりする需要がでてきたため、より電力消費の大きいデバイスへの対応がUSBの規格に盛り込まれることになった。これがUSB PDである。

USB PDは、このうち電源線を使ってソース側機器・シンク側機器のネゴシエーションを定め、この機能に対応した場合のみ、USB PDとしての電力供給をすることを目的に制定された。

このため電源用に新規にピンが増えたりはせず、従来と見た目は変わらないコネクター/ケーブルで利用できる。ただし従来型のケーブルで大電流を扱うのは(加熱などして)危険であるため、大電流に対応した専用ケーブルを利用する必要がある。

特徴

版

USB PDには次のリビジョンがある。

給電方向

USB PDでは、給電方向を自由に変えることができる。

ノートPCと液晶ディスプレイがUSBで接続されていると想定した場合、ディスプレイがコンセント接続されている場合はディスプレイからノートPCに電源供給が可能で、コンセント接続されていない場合はノートPCから電源供給することが可能となる。

プロトコル

USB PDに対応する場合で、どの程度にまで対応するかどうかは、USBプロトコルを交換することによって決定し、その仕様についてはUSBの仕様書の中にある。

このため、給電側・受電側で対応可能な最大電圧、最小電圧、電流などを相互に交換可能であり、過剰な電流を供給して故障したりすることがないように設計されている。

USB PD 3.0

新しい仕様であり現在使われているもの。従来のパワープロファイルに代えてパワールールという給電仕様が導入された。

電圧

従来のUSB電源供給は、電圧は5Vで維持されてきた。

USB PD 3.0では、次の4種類の電圧を使用する。

それぞれ、ACアダプター等で供給しやすい電圧が選ばれている。

仕様上最大で100Wであり、15V以下では3A、20Vでは5Aが上限となっている。但し全てのUSB PD対応機器がこの電力供給に対応するわけではない。

供給能力

USB PD非対応の機器やケーブルを使った場合は、従来通り次の仕様が最大となる。

USB PD v1.1対応の場合、規格上の各電圧ごとの最大は次の通りである。

※ただし仕様上、ACアダプターで対応必須とするのは50W以下であり、20Vについては少なくとも以下に対応すればよい。

このことから、50Wを超える電力に対応するかどうかは製品による。給電側と受電側の双方が対応する場合にのみ、50Wを超える仕様が利用できる。

USB PD 2.0 v1.0まで

古い仕様であり現在では廃止されているが、USB PDとして最初に制定された仕様である。

対応機器の場合は、更に必要に応じて、次のような電圧と電流を選択することができた。

各メーカーの思惑もありUSB PD v1.0は遂に普及することはなかったが、実装のしやすさからの電圧が選ばれており、12Vが選ばれたのはPC内部でよく使われていることから。20Vが選ばれたのは多くのノートPCでは20V前後で30W～100W程度のACアダプターが使われることから、とされている。

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