Power技術解説

POWER DELIVERY & PPS
多くの電子機器はUSBから充電される可能性が高いですが、最初は大量の電力を供給するために設計されたわけではありません。USB Power Delivery (PD) は、これを大きく変え、USBの電力を多く消費するデバイスを可能にしました。標準のUSB電源は少し弱いです。標準のUSB電源仕様は、電力の面でそれほど多くを提供していません。デバイスが使用できるさまざまなUSB電源規格があります。利用できるものは、コントローラー、ケーブル、デバイスがサポートするUSBの種類によって異なります。例えば、USB 3.2 Gen x2は最大7.5Wを提供し、USB 3.0は4.5Wを提供します。

USBを介した特別なバッテリー充電規格では、デバイスに最大25Wの電力を供給することができ、標準のUSB-Cは、充電器が3Aの電流を提供できると仮定して、最大15Wの電力を供給することができます。

なぜUSB電源規格はこれほど限られているのでしょうか？答えはやや複雑ですが、ここでの共通の分母は、これらの規格すべて、最新のUSB-C規格でさえも、わずか5Vで動作していることです。提供できる合計ワット数は電圧と電流の積となるため、5Vで更にワット数を増やす唯一の方法は電流を増やすことです。しかし、アンペアが上がると、より太い配線が必要になり、電流のレベルがすぐに危険になるなどの問題が生じる可能性があります。

USB Battery Charging (BC) 2は、5Vと5Aで最も多くのワット数、合計25Wを提供します。高速充電対応のスマートフォン、タブレット、最新のノートパソコンは、この数字を簡単に達成し、超えることができます。この問題を解決するために、多くの独自のUSB高速充電方法が開発されており、USB PDは、これらの増加する電力ニーズを業界標準の方法で収容するための方法として存在しています。

CHARGING TABLE

Power Delivery(PD)
Power Delivery (PD) は、USB Implementers Forum によって導入された、より高い電力を取り扱うための規格です。これにより、デバイスはUSB接続で高速に充電することができます。インテリジェントなデバイスネゴシエーションを使用して可変電圧での高速充電を提供します。デバイスは、PDチャージャーからどれだけの電力を引き出すことができるかを決定するための電力契約を交渉します。

PPSは、PD 3.0標準への最新の追加です。PPSとPDプロトコルはシームレスに連携します。PPSにより、充電器とデバイスの間で非標準の電流と電圧の再交渉が可能となり、最大電力での給電が可能となります。

Quick Charge (QC) は市場で最も一般的な高速充電プロトコルの一つで、多くの人気のあるスマートフォンに採用されています。これは、モバイルCPUを製造するQualcommによって発明されました。この充電標準は、下位互換性をサポートしており、QC 4+ 充電器はQC 3.0デバイスを高速充電することができます。Quick Chargeは、充電電圧を増加させることで高速充電を実現し、その過程でワット数を増加させます。QC 5、Quick Charge技術の最新標準では、スマートフォンを5分で50％充電することができます。

PPS、PD、QCの違いは何ですか？Programmable Power Supply（プログラム可能な電源供給）であるPPSは、電流と電圧の段階的な変更を可能にします。これにより、充電中の変換損失が減少し、充電がより効率的になります。充電が効率的であれば熱が少なく発生し、熱が少なく発生するとバッテリーの寿命が延びます。したがって、PPS高速充電はデバイスのバッテリーにとって良いのです。

PD CHARGING

PD

USB Power Delivery は電圧を追加する

Micro-USB 上で実行される USB Power Delivery の初版は、3A で 60W を提供し、これは20Vも供給していることを意味します。これは基本的なUSB標準の4倍です。Type-A/B の PD 1.0 はこれを 5A まで上げ、100W の電力を提供しました。
USB-C Power Delivery は、2つの電力レベルで提供されます。USB-C 上の PD 2.0 および 3.0 は、Type-A/B コネクタ上の PD 1.0 と同じ 100W の電力定格を持っています。しかし、Power Delivery 3.1 は、電圧を上げることで驚異的な 240W の電力を提供します。
USB PD は5Aの電流を超えることはありませんが、電圧はデバイスのニーズに合わせて最大電力限度まで動的に設定することができます。

デバイスとのハンドシェイク

USB PD充電器がデバイスに接続されると、デバイスにどれだけの電力が必要かを問い合わせる“ハンドシェイク”を実行します。USB PDは、5V、9V、15V、20V、28V、36V、48Vの7つの電圧レベルをサポートしています。
USB PDの最新リビジョンでは、デバイスは15Vから中間の電圧を要求することができます。USB PD電源に複数の周辺機器が接続されている場合、各デバイスは必要な電力のみを取得します。デバイスがより多くの電力を必要とすると、そのニーズの期間中にそれを取得し、その後、電力使用の低いレベルに戻ります。これにより、デバイスはUSB接続で迅速に充電できます。それは高速充電を、インテリジェントなデバイスのネゴシエーションを使用して可変電圧で提供します。デバイスは、PD充電器からどれだけの電力を引き出すことができるかを決定するために、電力契約を交渉します。

PPS でラップトップを充電できるか？
はい、多くのラップトップはPPS充電プロトコルをサポートしており、より迅速かつ安全、効率的に充電できます。

ケーブルの重要性
多くの場合、見落とされがちですが、デバイスとUSB PD充電器の間にあるケーブルは、非常に重要なコンポーネントです。電力は、ケーブルが扱うことができる速度でのみ流れます。USB PD標準には、ケーブルが過熱して潜在的に大惨事を引き起こすのを防ぐための厳格な安全限界があります。
言い換えれば、使用しているケーブルがそれをサポートしている場合にのみ、100Wや240Wといった特定の電力レベルを取得できます。これは通常、ケーブルの仕様で示されますが、実際には、チャージャーやデバイスが、チェーン内の最も弱いリンクが処理できる最速の電力レートを交渉します。それがチャージャーであれ、ケーブルであれ、デバイスであれ。

認定されていない製品には注意
充電器などのデバイスがUSB PD製品であると主張するためには、USB PD仕様を満たす必要があります。これは、デバイスがUSB Implementer ForumのコンプライアンスロゴとTID番号を表示することを意味します。USB-Cデバイスを購入する前に少し調査する価値があります。デバイスの損傷を避けるために！言い換えれば、私たちのClub 3D Certified 240Wケーブルのような、良い品質のケーブルを購入することを確認してください。

略称

GaNチャージャーとは
GaN充電器は、スマートフォンからラップトップまで、すべてのUSB Type-Aおよび-Cデバイスに電力を供給することができます。

GaNチャージャーを購入する理由
GaN充電器を購入する主な理由は、電流の伝達効率が高いことです。窒化ガリウムで作られた充電器は、同様に長持ちする傾向があります。これは、より多くのエネルギーをデバイスに投入できることを意味し、スマートフォンやその他のデバイスの充電にかかる時間を短縮することができます。
プラスチックなどの材料の消費の削減は、より小さな部品でより大きな電力供給を管理できる、いわゆる電力密度の増加によって達成されます。高い電力密度は、リサイクルや環境コストも削減します。
すべての電源アダプターの効率が1％以上向上した場合、世界で約90テラワット時（平均的な大きさの原子力発電所12基分に相当）のエネルギーを節約でき、さらに、世界で10億個の充電器にGaN技術を採用した場合、約20万トンのプラスチックや原材料を節約することができると言われています。

GaN：窒化ガリウムの秘密
ご存知のように、現在のコンピュータはシリコンチップでできています。これは、シリコンが広く入手可能な元素であり、比較的容易に加工できたからである。また、シリコンは電気的特性を調整できるため、半導体として優れています。しかし、窒化ガリウム（GaN）は、シリコンに代わる新しい優れた材料であることが発見されました。この材料は、シリコンと比較して、より高い電圧をより長い時間伝導することに優れています。また、電流の流れも速く、高速処理が可能です。この導電性の良さが、効率の良さにつながっているのです。シリコンのトランジスタに比べて、同じ出力を得るのに、それほど多くのエネルギーを必要としないからです。また、エネルギーが少なければ熱も少ないので、より高密度でコンパクトなチップを作ることができるようになりました。GaNチップは電圧容量が大きく、熱に強いので、電力伝送の用途に最適です。これらの特性により、GaNは充電技術に最適なのです。シリコンチップと同じ電力を省スペースで出力でき、高ワット数でも発熱が少なく、電力効率に優れている。そのため、現在使っている充電器と同じ大きさで、複数の機器を急速充電できる小型のGaN充電器が販売されているのです。

なぜ窒化ガリウムはシリコンより優れているのか？
素人目には、窒化ガリウムはシリコンよりも高い電圧を早く通すことができる結晶のような物質で す。しかし、もっと深く技術に踏み込むと、物理の知識はほとんど必要ないかもしれません。
シリコンと比較した場合のGaNの利点は、電力効率に集約されます。これは、固体中の電子が存在できないエネルギー領域のことです。簡単に言うと、バンドギャップは、その固体がどれだけ電気を通すかに関係します。シリコンのバンドギャップが1.12eVであるのに対し、窒化ガリウムのバンドギャップは3.4eVである。シリコンのバンドギャップが1.12eVであるのに対し、窒化ガリウムは3.4eVと、1,000倍以上の電子伝導効率がある。バンドギャップ効率が高いということは、シリコンよりもGaNチップの方が電流を速く流せるということです。

GaN USBチャージャーのメリット
GaN充電器の利点は、単純で明白に思えるかもしれません。これらの壁掛け充電器は、シリコン充電器よりも物理的に小さくなる傾向があります。これは、窒化ガリウムがシリコンのような部品を必要とせず、サポートしているからにほかなりません。
平均して、標準的なシリコンの1A出力よりも最大2.5倍速くデバイスを充電することができます。

Club 3D GaN Chargers