我的電子情人夢(38)：USB PD才是明日之星

先歸結一個新半導體論，這是一個甜蜜現在進行式與未來進行式：

“ USB C x USB PD x GaN “

USB 3.0＝USB 3.1 Gen 1＝USB 3.2 Gen 1，那USB4呢？而真正的明日之星卻是USB PD。

近年來，為何小型充電器的提供電力瓦數，會越來越高？關鍵因素就是氮化鎵GaN這個半導體材料，得以量產化運用之故。話講白一點，就是價格可以落入消費性產品的領域。

氮化鎵(Gallium nitride)，這個材料並不是新東西；係『化合物半導體』的一種。而點矽成金的矽(Si)或是鍺(Ge)則是單元素半導體，過去廣泛使用，往往被人歸類為第一代半導體材料。

1980年代發展出來的砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)化合物則視為第二代半導體材料。

至於，最熱門的第三代半導體材料，當屬氮化鎵GaN以及碳化矽SiC。SiC佔高功率地位，而GaN則具有更高電子遷移率，比SiC 或Si具有更高開關速度，優勢在高頻率應用領域。

GaN的結晶構造，宛如纖鋅礦型結構；這類半導體相對於矽並不好做，製造方法較難，價格相對當然會昂貴。小米發表Type-C 65W充電器時，售價765(目前滑落到595)；新東西早買總是要承擔有bug的風險，先買先享受這種說詞是自我催眠。

氮化鎵比起矽，起碼有兩種優勢。

之一，高效率：能隙(band gap)寬廣。能隙越寬的材料原子間的結合力較高，可實現低損耗、高速開關和高溫操作；越能耐高電壓、高電流。矽的能隙約1.12 eV；SiC為3.26 eV，GaN為3.42eV。

之二，高耐久性：絕緣破壊電壓高，耐久性自然較高。矽的絕緣破壊電壓0.3MV/cm、GaN為3.0MV/cm。

這種優勢就告訴我們，GaN絕對適用於USB 充電器和AC配接器。若與Si相比，可在更小的面積內發揮更大的電力功率。

注：材料有能帶結構。一般固態物質有共價帶與導電帶，二者重合即是導體，二者遠隔乃絕緣體；有點近、又是不很近的就是半導體，它可由外加電場操控導電與否。

注：絕緣破壊電壓，是分隔導體的絕緣體被破壞而不能保持絕緣狀態時，施加在導體之間的電壓。

USB這個介面的標準電源選項(有些企業也可能有其獨立方式)，有它的歷史背景，所以，會有多樣化的存在：

. USB 2.0：5V . USB 3.2：5V

. USB4：5V/1.5A

. USB BC 1.2：5V/1.5A

. USB Type-C 1.5A

. USB Type-C 3A

. USB PD：可配置到48V/5A

現在USB Type-C以及USB PD的最高規格，乃是20V/5A，亦即100W給電能力是上限。

官方組織USB-IF於2021年5月25日，將USB Type-C規格更新到2.1版。其中，追加了新式48V電壓的選項。換句話說：

“ USB Type-C可供給的電力可從100W升級到240W。”

今回USB Type-C連接器的規格，暗示新的電壓值將拉升到48V。為了要耐受50V的電氣特性，就必須遵守「USB PD Extended Power Range(EPR)」的規範。連接線必須包含一個電子標記（也就是所謂的 eMaker），可以表明與 EPR 模式的兼容性。

這個規範，可以說電玩筆電是最為受益的產品。目前，即使是使用普通 AC配接器(不使用 USB PD)的筆記型電腦也傾向於在 20V左右增加電流量，因此，看來支援48V還需要一些時間才對。

雖然「USB PD」是使用USB線的急速充電規格。實際上，USB PD的充電速度是由裝置和充電器的組合決定的。因為支援 USB PD 的裝置和充電器，內部會具有 “PDO”(Power Data Object)的資料結構，使用它相互通信得以相互使用最快的 PDO來充電。PDO，可以視為電流和電壓的組合物件。

比如說，即使充電器支援45W(15V/3A)、然裝置端僅支援30W(15V/2A)；結局就是用30W來充電。

所以說，要知道充電器是否支援USB PD的最簡易方法，就是看充電器上的印刷標示。有聲譽的廠商，應該不至於過度唬爛。

一般，USB PD充電器會標示最大幾W(電壓V、電流A)的對應關係。不過，要注意有些多數連接埠的產品，是指合計値喔。

如此的電流和電壓組合，若是無法以60W充電的場合，就降為45W、再不行降為30W的段階式下降。基於更細微的微調，USB PD 3.0就追加了所謂PPS (Programmable Power Supply) 的技術。不再是60W- 45W - 30W的段階式調降，而是電流與電壓可以細微調整來進行更有効率的充電。不過，對應PPS規範的裝置很少見到，充電器倒是出現在市場了。爾後，會不會成為主流？還要觀察。

相信有不少人對於”USB 2.0/3.x – USB Type-C – USB PD”三者之間的耦合關係搞不太清楚。

具有USB Type-C介面，未必代表它會支援USB PD。在非USB PD的普通USB供電規格範圍內，具體上15W(5V/3A)為上限。對應USB PD的USB Type-C連接線，有支援3A以及支援5A等2種類；對應3A的最高瓦數60W(20V/3A)、對應5A則是100W(20V/5A)為其上限。

在實際使用上，如果您想用 USB PD充電卻是不能，或者如果可以，但速度不快，可能有多種原因。

之一，是裝置本身不支援USB PD的場合。單是具備USB Type-C並不確保裝置支援USB PD充電。在這種情況下，即使連接USB PD充電器，上限也是在一般USB電源供給規格的範圍内、具体來說就是15W(5V/3A)為其上限。

之二，是USB PD充電器輸出過低時。比如說，在顯示“需要 45W 輸出”的筆記本電腦上，連接最大輸出功率為 30W 或 18W 的充電器時，可能難以識別充電器。即使被識別，也僅會減緩電池的消耗罷了。

之三，充電速度出不來的原因，有機會是使用連接線的規格。因應USB PD規格的USB Type-C連接線有3A以及5A等兩種類。

因此，還是選擇合適的充電器與正確的連接線吧。一般的手機約18W ~ 20W，筆電45W~ 60W；平板約介於手機與筆電之間。當然，一些特殊電玩專用筆電，所需瓦數會更高。

英特爾有一張簡報資料，劍指一個Thunderbolt 4就足以一統天下，是嗎？

華人性喜炒股炒屋炒地皮，台灣詐騙集團風聞全球，還上維基百科勒。科技業案例真的不少，比如說，以前被媒體冠上” 砷化鎵的張忠謀”，是標準台灣江湖大騙子群的故事之一，博達葉素菲作假帳的技術堪稱一流的科技。買GaN充電器，眼睛還是放亮一點吧。