引言

USB (Universal Serial Bus）為“通用串行總線”的縮寫，其中文簡稱為“通串線”，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通信，由英特爾、羅技、微軟等計算機龍頭企業發起，于1994年11月11日發布了USB 0.7版本。

到1999年，USB聯盟新增了惠普、朗訊和飛利浦等新成員,推出USB 2.0，傳輸率提升到480Mbps。新版本可使用在噴墨打印機、掃描儀等計算機周邊裝置上，并擴充了供電的容量，USB端口可以對外部周邊裝置提供5V/0.5A的電力。

2007年英特爾公司、惠普（HP）、NEC、NXP半導體及德州儀器（TexasInstruments）等公司共同開發USB3.0技術規范。USB 3.0技術主要應用于個人計算機、消費及移動類產品的快速同步即時傳輸。此時手機的充電也逐漸往USB靠攏，以USB端口作為充電與存儲照片使用，但這時的USB充電要4小時以上才能充滿手機。

雖然主流的手機大廠極力抗拒，但在智能型手機的普及與歐盟法規制定的推動下，USB Micro 2.0成為主流的充電端口，提供手機5V/900mA容量的慢速充電，通常2小時充滿手機電池。隨著鋰電池快充的發展，更大功率的供電容量、快速充電成為剛性需求。在USB的充電產品中，攜帶的移動電源成為手機的標配裝置。

如今，USB供電已經無處不在。作為優質供電器，即使是用戶報廢手機后留下的USB線，也仍可繼續使用，因為現在越來越多的小夜燈、臺燈、便攜式藍牙音箱、藍牙耳機、鬧鐘等都可以用USB來供電。

五金交電行業也意識到USB的供電需要，高端的86 AC插座面板也配上 USB 5V/2A供電端口。

USB Type-C

USB Type-C于2013年底公布，2014年開始有量產的產品推出。經過多年的發展，如今已經成為了主流的USB接口。目前不僅新推出的智能手機基本上都支持Type-C接頭，筆記本電腦、數碼相機、智能音箱、移動電源等設備也都開始采用Type-C規格的USB接口。蘋果已經完全將旗下MacBook筆記本電腦改為了純USB Type-C接口來讓用戶傳輸數據或充電。而USB組織在2019年9月3日發布的USB 4標準更是宣布，將只支持Type-C接口。

為何從一開始那么多的USB接頭，最終都歸結為Type-C呢？因為USB Type-C幾乎解決了過去USB接頭的所有缺陷： 1、Type-C接頭無需區分正反面使用，更為便利。 2、在USB4標準支持下，最高可傳輸速率可達40 Gbps，數據備份更快速。 3、接頭的電流容量，最高可以支持5A電流，為5V提供了最大25W的供電能力。

但5V不能做為快充供電，于是各家手機公司又推出了各種快充方案，如QC、FC等。這些方案都是基于提升供電電壓到9V或12V的方式，于是USB PD在此基礎上因運而生。

USB PD的發展

USB PD的“PD”是PowerDelivery的縮寫，意思是電力的交付者，是在USB Type-C的框架下所創造的大功率供電標準。USB作為是數字通信裝置，連接后通信兩端會進行相互識別，USB PD則是在此基礎上增加了一段數字對話來溝通雙方電力的供應方式。

USB PD最大的突破在于電壓的上升。標準的USB提供5V供電，線材的最大電流容量是5A。如果超過了5A電線會變粗大，不便于攜帶，更增加生產成本。既然改不了電流，就只能加高電壓。

USB PD提供5V以外的9V、12V、15V、20V電壓，共有5種輸出電壓可選擇。因此一個USB PD端口最大可以輸出100W電力。

USB電壓與功率的關系

USB PD供電器產品

USB PD比起USB Type-C多出4倍的電力輸出容量。目前市面上的USB PD供電器通常已有18W、24W、45W、65W、95W，為手機的快充、平板電腦、筆記本電腦與充電寶的供電。

USB PD產品另一個特點是體積小，其體積小是因為有兩項工程材料與技術的突破。

1、氮化鎵MOS管

USB PD供電器采用了第三代半導體技術的零件—氮化鎵MOS管。氮化鎵MOS管的內阻與工作頻率都優于傳統的硅基半導體的MOS管，具有更低發熱、 更高的效率與小體積。

氮化鎵MOS管與硅基半導體的MOS管

2、更高的開關工作頻率

開關電源的開關頻率越高表示可以設計體積更小的電源供應器。氮化鎵MOS管的工作頻率可以達到1Mh以上，這是隔離變壓器體積縮小的關鍵。所以同樣的輸出功率，用了氮化鎵器件的USBPD供電器的體積是傳統硅基器件的供電器的1/3以下。

照明產業與USB

在USB 2.0可以提供5V/0.5A的2.5W電力時，照明圈中的小夜燈就已經跟進使用USB供電，LED小夜燈的電壓通常在0.2到1W之間，所以任何USB供電器都能適用。

隨著USB 3.0的 5V/0.9A供電器的普及，眾多的閱讀燈、小型臺燈、裝飾燈、小夜燈等大量采用USB供電的方式。目前這類商品絕大多數是附上USB線,但不配備USB供電器。

LED照明產品使用USB供電，電壓只有5V，只能單串LED使用，低電壓高電流導致驅動電路效率低、成本高。要做出大功率LED燈具是很困難的。而USB PD的供電可以達到15V與20V，LED可以4或 6串使用，LED驅動電路的效率更高，成本更優化。

USB PD的LED燈具更為安全

使用USB PD的LED燈具屬于低壓產品，所用電源為低壓20V直流。USB PD供電的燈具就歸屬在第三類產品，所需要的安規認證就相對簡單，無須高壓的UL和TUV認證，只需要做相關EMI的認證。

而USB PD供電器，多為有完整資質與認證的工廠所生產。AC 部份的高壓安規認證齊全，常用的CCC、UL、TUV、CB等資質一應俱全。電路結構也是隔離式的架構，用電安全無慮。

USB PD供電將會影響的燈具類型

1、臺燈

目前5W以內的臺燈，已是一面倒向USB供電方式。小型臺燈、攜帶型USB充電臺燈與無線充電的臺燈早已在市場上流通，而有了USB PD供電后, 臺燈電壓可以突破5W，做出更多更大、更亮、功能更多的臺燈產品。

2、落地燈

傳統的落地燈多為100W～200W的金鹵燈，以LED替代金鹵燈光源，需要30W～50W功率，必須用AC插頭供電。以USB PD的供電，足以應對50W內的需要，更容易控制LED光的亮度與色溫，更能顯現LED光源的優勢。對于燈具制造商而言，引用了合乎安規的USB PD供電器后，燈具就不需要做UL、TUV、ETL等AC高壓的認證，在產品設計和生產上都更加簡化。

3、軌道燈

軌道燈對于驅動器的體積要求更為苛刻。自2019年來磁吸式的低電壓供電的軌道燈成為設計主流，為的就是LED驅動電源體積極小化的市場需要。用USB PD 的20V作為軌道燈的供電，不失為最好的選擇。

4、軟燈帶

軟燈帶的用電，通用規格為12V或24V。軟燈帶供電來自于AC適配器，將交流電的220V轉換成直流12V或24V，常用容量為50W～150W。適配器體積龐大是痛點，同樣容量USB PD的體積是傳統適配器的1/3以內，價格基本相同。

5、露營燈

傳統的露營充電裝置，充電來自于汽車的點煙器，規格為12V/10A，且體積龐大，2019年后在低瓦數市場已被充電寶的USB Type-A分去了部分市場份額。未來USB PD規格的燈具，可以輕易做到20W以上，為家庭聚會的野外活動提供充足的照明。USB PD戶外燈+ USB PD充電寶是一個理想組合，或是直接做成USB PD充電露營燈，替代現在的鉛酸電池的露營燈產品。

6、庭院燈

庭院燈的供電是AC12V或DC15V。這是美國西屋電器所制定的規格，容量約在80W～100W間，使用傳統AC降壓變壓器。體積龐大，售價貴。USB-PD的供電容量，在100W內的規格，足以替代原來的變壓器，提供DC15V電源給庭園燈，重點是價格還低過AC變壓器20%以上。

總結

選用LED燈具的供電器一直追求高效率、安全、通用、經濟化的原則。USB PD現在的規范完全符合上述的要求。USB PD源自于IT產業的規范體系，已經發展了16年，對于LED照明產品的創新是一個安全穩定的技術來源。

USB PD的供電產品，除了本身的高效率、可適用性高以外，產品本身就自帶了3C、UL等的安規認證。燈具使用USB PD供電后，只需要做低壓產品與電磁干擾的自我認證即可。對于產品多樣性的創新，縮短開發時間幫助極大。

USB PD基于第三代半導體氮化鎵的器件優勢，在體積上是傳統的產品的1/3，電力轉換效率大于傳統產品的90%，價格上目前已經低于傳統器件，而且是更環保的產品。

筆者樂觀的預見，未來的幾年內，用戶自行插AC取電的照明產品，都可能會選用安全、高效、環保、經濟的USD PD供電裝置。