Power技術解説

USBバッテリー充電 – BC 1.2
USBバッテリー充電技術は、1つは安全にバッテリー充電機能をサポートする特定のUSBポートを介してモバイルデバイスを充電できることを保証します。
以前は、バッテリーと充電機能を持つUSBポータブルデバイスは、何のコントロールもなくUSBポートから電力を取るだけでした。2010年末に導入された「BC 1.2」では、ポータブルデバイスはより多くの電力を得ることができ、バッテリーはより速く充電することができます。ポータブルデバイスがBC 1.2仕様に準拠し、充電用ダウンストリームポートと通信し、専用充電器を識別し、USBデバイスとして機能し続けることを確認することが重要です。

Power Deliveryとは
コンピュータのマウスなど、一部の外部デバイスは、動作するためにUSBポートから何らかの電力を必要とします。この電力は、標準的なUSB接続によって供給することができます。USB 1.0と2.0が供給できるデフォルトの電力は2.5W（5V、0.5A）、USB 3.0と3.1は4.5W（5V、0.9A）、USB 3.2は7.5W（5V、1.5A）で、USB 4は240Wを供給することが可能です。より大きな電力を必要とする外部デバイスのために、さまざまな技術が開発されています。ここで重要なのは、以下の2つの技術を区別することです。「USB Power Delivery」と「USB バッテリー充電」です。
USB Power Delivery (PD)：Power Deliveryは、USB2.0、3.x、4で同様に動作し、ソースデバイスから最大240Wの電力を引き出すことができます。電力は、同じケーブルを通してデータと同時に転送することができます。この技術の目的は、ノートパソコン、タブレット、USBドライブ、および同様の高電力家電製品に対して、均一で安定した充電を可能にすることです。なお、最大240WのPower Deliveryを安全に接続するためには、Club 3D CAC-1573のようなE-Marker Chip搭載のアクティブ USB Type C ケーブルの使用が推奨されます。USB PD3.1は、異なるプロファイルで定義されており、各メーカーが使用する構成に依存します。

USB Charging Table

FRSを理解する – Fast-Role-Swap
外部電源(図A)
外部電源（充電器）を使用する場合、電力はUSB Power Delivery Dockを通して流れ、ホストであるノートパソコンを充電します。これは、FRS信号（USB PDの定義の一部）の状態によって実現されます。
図Aでは、FRS信号の方向が赤色で示されています。電源が（何らかの理由で）電力を失った場合、FRS信号が切り替わり、その信号はPD対応ドックからホストに渡されます。ホストはこの変化を認識し、Dockにこの信号を戻し、電源の流れを充電から電源供給へと戻します（図B）。

略称

FRSパワーチャージ例

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