USB纜線在原初設(shè)計上僅提供些微電力(2.5瓦),以供鍵盤、滑鼠、USB集線器等低用電產(chǎn)品運(yùn)作,但隨著愈來愈多移動電子產(chǎn)品在使用USB纜線與電腦傳輸外,也運(yùn)用USB纜線對移動裝置供電,過往的低供電量逐漸無法滿足要求。
為此USB-IF(USB Implementers Forum)于2007年訂立了USB BC(Battery Charge) 1.0標(biāo)準(zhǔn),提供了USB的供電電流,使USB纜線用于移動裝置充電時更有充電效率,而后也陸續(xù)增修出USB BC 1.1版、1.2版。
USB BC僅滿足移動裝置充電應(yīng)用,另有一群業(yè)者期望USB線路的供電能供條碼讀取器使用,因而訂立出PoweredUSB標(biāo)準(zhǔn),最高可提供144瓦電能,不過PoweredUSB并未獲USB-IF認(rèn)可。
USB-IF之后也隨USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)的訂立而略提升USB的供電能力,自2.5瓦增至4.5瓦,但依然難滿足大眾需求,致使USB-IF于2012年提出USB PD(Power Delivery)標(biāo)準(zhǔn),期望以USB PD取代USB BC,以及USB-IF不樂見的PoweredUSB。
USB PD使用標(biāo)準(zhǔn)USB線路最高可攜帶100瓦電力,若用Micro-USB線路則可達(dá)60瓦電力,不僅適用于智能型手機(jī),也適用于筆記型電腦、桌上型監(jiān)視器等的供電。因此DIGITIMES Research推估,USB PD有可能成為全球的家庭直流電源插座的新標(biāo)準(zhǔn),并侵蝕、影響傳統(tǒng)家庭交流電源插座的價值地位。
逐漸普及的USB電源插座
USB插座愈來愈多
近年來,有智能型手機(jī)、平板電腦的人,愈來愈常到處找尋Micro-USB纜線、USB電源配接器(俗稱變壓器,以下以此簡稱),因?yàn)樗麄冃枰媸謾C(jī)、平板充電,甚至在捷運(yùn)站提供的充電桌,桌附近的墻面不僅提供一般110V電力插座,也順便提供USB電力插座,想充電者可以省去待USB電源配接器,只需攜帶Micro-USB纜線(若為iDevice則攜帶Lightning纜線)即可充電。另外,也有業(yè)者新推行的電源延長線插座,除原有的110V插座外也隨附USB插座,或者已??有建商在施工上也在110V插座隨附USB插座,以及新款汽車也內(nèi)建USB插座。
手機(jī)統(tǒng)一用USB方式充電是自大陸開始,過去手機(jī)的充電器不具交換性,每換1款新手機(jī),舊的充電器便一并丟棄,使充電器垃圾堆積如山,因而尋求統(tǒng)一,而2014年3月歐洲議會也以550票比12票通過充電器統(tǒng)一的法規(guī)(但未言明是否采行USB/Micro-USB)。
在USB供電、充電愈來愈普及下,若USB插座、纜線只試用于手機(jī)、平板2種產(chǎn)品,則限縮其價值,因此USB-IF開始思考強(qiáng)化USB纜線的供電能力,期望擴(kuò)展USB纜線供電、充電的應(yīng)用范疇,因而訂立出USB PD標(biāo)準(zhǔn)。
USB PD規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)早于2012年7月便已完成訂立,但由于支援USB PD標(biāo)準(zhǔn)的纜線,需測試驗(yàn)證取得PD Aware的認(rèn)證,因而需時間推展,直至2014年才逐漸展露。 USB PD是否能讓USB供電、充電應(yīng)用價值擴(kuò)大?對未來產(chǎn)業(yè)甚至終端使用者的沖擊與改變?yōu)楹危?DIGITIMES Research對此進(jìn)行觀察探討。
標(biāo)準(zhǔn)USB供電設(shè)計
在USB PD標(biāo)準(zhǔn)未訂立前,USB自身即有基礎(chǔ)的供電能力。由個人電腦扮演的主控端(host),由于其電力來自電源插座,因此其USB埠可提供最大5V、500mA的電力。
相對的,若個人電腦連接USB集線器(hub),且集線器運(yùn)作的所有電能均由個人電腦的USB線路所提供,則USB集線器上的每個USB埠,僅能有5V、100mA的供電,其中USB集線器自身消耗約100mA,再把剩余的400mA分配給4個USB埠,典型的USB集線器多為4個USB埠。
不過,若USB集線器自身也透過電壓器取得電源插座的電力,則依然可以給每個USB埠5V、500mA電能,或者因電力的源源不絕,設(shè)計者可設(shè)計出具有更多USB埠的USB集線器,而非限定在典型的4個埠。
無論如何,USB埠最糟情況下仍有5V、100mA電能可用,在這個最基礎(chǔ)的供電條件下,至少讓剛接入的USB裝置能被電腦識別,而低用電的USB裝置可完全只以5V、100mA電力運(yùn)作,如USB隨身碟。
但較大電力需求的USB裝置則需要更高電力,如USB外接硬碟,即需要5V、500mA電能,而更早期的USB外接硬碟需要更大的電力,否則無法驅(qū)動硬碟的馬達(dá)運(yùn)作,需要額外借用另一個USB埠的電能(權(quán)宜變通的截接方式,非正規(guī)用法),使電流量超越500mA,甚至自行配備變壓器,自行取用電源插座的電力。類似的,印表機(jī)、掃瞄器等大型電子產(chǎn)品,也無法用5V、500mA電能驅(qū)動運(yùn)作,都需要自行準(zhǔn)備額外的變壓器。
標(biāo)準(zhǔn)USB集線器供電配分法
針對充電應(yīng)用訂立的USB BC
5V、100/500mA供電自1996年USB標(biāo)準(zhǔn)推行以來即是如此,但至2007年略有改觀,2007年移動裝置以USB埠充電的需求已開始增加,USB-IF因而訂立出充電需求的規(guī)范,稱為USB BC。
USB BC依然使用5V電壓,但將電流量擴(kuò)增,增至1,800mA,用意明顯在于增強(qiáng)用USB埠充電時的充電效率,以免充了許久時間僅增加些微的電量,甚至在邊充邊用的情境下電量仍持續(xù)跌落,失去充電意義。
USB BC立意雖佳,但USB BC的缺點(diǎn)在于僅將USB纜線視為充電用線路,給裝置充電的同時不提供資料傳輸能力,因而有1.1版(2009年)修正,1.1版允許充電的同時進(jìn)行資訊傳輸,然最大電流量略有下修,降至1,500mA,即便如此仍是傳統(tǒng)USB供電的3倍電能(2.5瓦vs. 7.5瓦)。 2011年BC 1.2版標(biāo)準(zhǔn)出爐,依然維持最大1,500mA電流量,僅針對技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行增修。
值得一提的是,蘋果(Apple)產(chǎn)品雖也能用USB埠進(jìn)行充電,但僅使用USB埠的物理連接器,相關(guān)電氣特性均自行定義,如iPhone使用1,000mA,iPad使用2,100mA等。
不被USB-IF承認(rèn)的PoweredUSB標(biāo)準(zhǔn)
USB BC雖提供更大充電電流,但USB埠普及性過高,業(yè)界對USB埠能提供更大供電力的期望,并非只在電池充電上,也包含一般應(yīng)用,自1998年起,微軟(Microsoft )、IBM、NCR、Berg(連接器業(yè)者,之后由FCI購并)等共同研擬出PoweredUSB標(biāo)準(zhǔn)。
PoweredUSB在電壓、電流上均??有所提升,電壓除原有5V外增加12V、24V(亦有業(yè)者采9V、25V),電流增至3,000mA,最高可至6,000mA,整體而言能將供電瓦數(shù)增至30、72、144瓦。
業(yè)者之所以訂立PoweredUSB主要用于收銀機(jī)(POS)、條碼讀取器等應(yīng)用,因此PoweredUSB有時也稱Retail USB、USB PlusPower或USB +Power。 IBM握有PoweredUSB專利,使用PoweredUSB技術(shù)需付費(fèi)獲取IBM授權(quán),如惠普(HP)、富士通(Fujitsu)均已取得授權(quán)。
未獲USB-IF認(rèn)同的PoweredUSB供電標(biāo)準(zhǔn)
USB 3.0僅些微提升
USB-IF官方提出的USB BC主要用于電池充電,非官方提出的PoweredUSB主要用于收銀機(jī)應(yīng)用,沒有提升標(biāo)準(zhǔn)USB的供電能力,一直至2008年USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)登場,方屬真正提升。
USB 3.0依然維持過往的5V電壓,但電流方面提升,過往(USB 1.x/2.0)以100mA為最小單位,允許1~5刻度調(diào)節(jié),USB 3.0則以150mA為最小單位,允許1~6刻度的調(diào)整,即最低電流量150mA,最高900mA,較過往500mA為高,使最高供電力自2.5瓦增至4.5瓦。 4.5瓦依然是相當(dāng)小的電力,與PoweredUSB的數(shù)十瓦電力無法相比。
USB 1.x/2.0/3.0供電規(guī)格比較
USB PD為官方正式解答
有鑒于業(yè)界對USB供電需求的呼聲愈來愈高,USB-IF訂立出USB PD標(biāo)準(zhǔn),將供電能力正式擴(kuò)展至數(shù)十瓦等級,USB PD提出5種新的供電層次,分別為10瓦、18瓦、36瓦、60瓦、100瓦。
其中7.5瓦依然只以5V電壓供電,但10瓦、18瓦開始引入5V外的12V,60瓦與100瓦則再引入20V。且USB PD允許雙向供電,有別于過去的USB必然是主控端對周邊裝置供電,此主要是可攜??式電源崛起之故而有的務(wù)實(shí)因應(yīng)。
雖然將供電力擴(kuò)增至最高100瓦,但仍有纜線的區(qū)別,過往長久以來的標(biāo)準(zhǔn)USB纜線可以達(dá)最高的100瓦供電,但對于移動裝置常用的Micro-USB,因連接器較小,在物理限制下,最高只能供電60瓦,無法至100瓦。
同樣的,USB-IF新訂立的C型連接器,屬移動用的細(xì)小型連接器,一樣無法達(dá)最高的100瓦供電,其極限為60瓦。此外,USB PD相容過往的USB?? BC,言下之意USB-IF有意逐漸以USB PD取代USB BC。
此外,非官方的PoweredUSB推估也將逐漸淡出,僅少數(shù)應(yīng)用會持續(xù)采行,如高于100~144瓦間的供電應(yīng)用,且PoweredUSB僅相容至USB 1.x/2.0,不相容USB 3.0,雖然對收銀機(jī)的產(chǎn)業(yè)性、垂直性應(yīng)用而言不需要至高速的USB 3.0,但依然有邊緣化的危險,且PoweredUSB的規(guī)格停留在2005年的0.8g版,未持續(xù)更新,后續(xù)發(fā)展堪慮。
USB供電能力一旦可達(dá)60瓦、100瓦,下一步可能實(shí)現(xiàn)的是印表機(jī)、掃瞄器、桌上型監(jiān)視器、乃至筆記型電腦(DIGITIMES Research抽樣,純就變壓器規(guī)格而言,常規(guī)筆電仍需60瓦以上電能,但可低于100瓦,薄型省電機(jī)種可低于60瓦)等,均可改以USB埠供電,此意味著未來換筆電、換印表機(jī)等,不用再隨同丟棄變壓器,而是可以沿用,以減少電子垃圾。
更重要的是,全球電力發(fā)展因溫室效應(yīng)逐漸起變化。過往提倡大型、集中發(fā)電(如核能、火力發(fā)電廠),而后用高壓(透過高壓電塔,電壓愈高,傳輸過程中的電能耗損較小)、交流電傳送至各地,由各地變電所轉(zhuǎn)換成220V、100V供附近家庭使用,然220V、100V仍過高,家庭內(nèi)會再以變壓器再次進(jìn)行降壓,以便使用。
而新的趨勢是,由家庭、社區(qū)設(shè)置太陽能或風(fēng)力發(fā)電,發(fā)出的電力為直流,直流不利遠(yuǎn)程輸送(輸送過程中電能損耗大,不經(jīng)濟(jì)),因而就近發(fā)電就近用電,未來家庭屋頂?shù)奶柲馨灏l(fā)電,電力送入屋內(nèi)即以USB纜線連接電器,以減少能源轉(zhuǎn)換的耗損(與110V交流降轉(zhuǎn)低電壓直流相較,損耗較小)。
USB PD 1.0定義5種供電型態(tài)
持續(xù)全球化趨勢
最后,USB PD不僅具產(chǎn)業(yè)意義,也具若干社會意義,USB PD意味著更進(jìn)一步的全球化。過往世界各地采行不同的類比電視標(biāo)準(zhǔn),如NTSC美規(guī)、PAL歐規(guī)等,連接器方面亦有美國RCA端子、日本S端子等,此均是國家門戶之見的差異,而今正逐漸以O(shè)TT、網(wǎng)際網(wǎng)路規(guī)格,及HDMI連接器統(tǒng)一。
同樣的,全球各地采行不同頻率、不同電壓、不同連接器的電源插座,這些差異使終端使用者出國必須帶萬用轉(zhuǎn)接座,變壓器若壞損、遭竊,也只能找原廠重新購置。
USB PD的出現(xiàn),有機(jī)會統(tǒng)一100瓦電力以下的應(yīng)用。且如前述,USB供電埠已逐漸融入生活,在捷運(yùn)、新的電源延長線插座、新建案、新車等,未來帶筆電到各國都不再需要帶變壓器,只要帶USB纜線,甚至筆電內(nèi)建可收縮的USB纜線,大大提升方便性。
USB PD涵蓋過往標(biāo)準(zhǔn)并拓展新供電應(yīng)用
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