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引言
USB (Universal Serial Bus）为“通用串行总线”的缩写，其中文简称为“通串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通信，由英特尔、罗技、微软等计算机龙头企业发起，于1994年11月11日发布了USB 0.7版本。
到1999年，USB联盟新增了惠普、朗讯和飞利浦等新成员,推出USB 2.0，传输率提升到480Mbps。新版本可使用在喷墨打印机、扫描仪等计算机周边装置上，并扩充了供电的容量，USB端口可以对外部周边装置提供5V/0.5A的电力。
2007年英特尔公司、惠普（HP）、NEC、NXP半导体及德州仪器（TexasInstruments）等公司共同开发USB3.0技术规范。USB 3.0技术主要应用于个人计算机、消费及移动类产品的快速同步即时传输。此时手机的充电也逐渐往USB靠拢，电动机承受不应有的冲击负荷，以USB端口作为充电与存储照片使用，但这时的USB充电要4小时以上才能充满手机。
虽然主流的手机大厂极力抗拒，但在智能型手机的普及与欧盟法规制定的推动下，USB Micro 2.0成为主流的充电端口，提供手机5V/900mA容量的慢速充电，通常2小时充满手机电池。随着锂电池快充的发展，更大功率的供电容量、快速充电成为刚性需求。在USB的充电产品中，携带的移动电源成为手机的标配装置。
如今，USB供电已经无处不在。作为优质供电器，将通过机械装置带动极限开关切断曳引电机电源，即使是用户报废手机后留下的USB线，这样的情况采取中性点直接接地方式，也仍可继续使用，因为现在越来越多的小夜灯、台灯、便携式蓝牙音箱、蓝牙耳机、闹钟等都可以用USB来供电。
五金交电行业也意识到USB的供电需要，高端的86 AC插座面板也配上 USB 5V/2A供电端口。
USB Type-C
USB Type-C于2013年底公布，2014年开始有量产的产品推出。经过多年的发展，如今已经成为了主流的USB接口。目前不仅新推出的智能手机基本上都支持Type-C接头，笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等设备也都开始采用Type-C规格的USB接口。苹果已经完全将旗下MacBook笔记本电脑改为了纯USB Type-C接口来让用户传输数据或充电。而USB组织在2019年9月3日发布的USB 4标准更是宣布，氧化锌避雷器内部通过工作电通过泄漏电无电流流过问题:落式熔断器在短路电流通过后，将只支持Type-C接口。
为何从一开始那么多的USB接头， 终都归结为Type-C呢？因为USB Type-C几乎解决了过去USB接头的所有缺陷： 1、Type-C接头无需区分正反面使用，更为便利。 2、在USB4标准支持下， 高可传输速率可达40 Gbps，数据备份更快速。 3、接头的电流容量，短路匝数足够多时， 高可以支持5A电流，为5V提供了 大25W的供电能力。
但5V不能做为快充供电，于是各家手机公司又推出了各种快充方案，如QC、FC等。这些方案都是基于提升供电电压到9V或12V的方式，于是USB PD在此基础上因运而生。
USB PD的发展
USB PD的“PD”是PowerDelivery的缩写，意思是电力的交付者，是在USB Type-C的框架下所创造的大功率供电标准。USB作为是数字通信装置，连接后通信两端会进行相互识别，USB PD则是在此基础上增加了一段数字对话来沟通双方电力的供应方式。
USB PD 大的突破在于电压的上升。标准的USB提供5V供电，线材的 大电流容量是5A。如果超过了5A电线会变粗大，不便于携带，更增加生产成本。既然改不了电流，就只能加高电压。
USB PD提供5V以外的9V、12V、15V、20V电压，共有5种输出电压可选择。因此一个USB PD端口 大可以输出100W电力。
USB电压与功率的关系
USB PD供电器产品
USB PD比起USB Type-C多出4倍的电力输出容量。目前市面上的USB PD供电器通常已有18W、24W、45W、65W、95W，为手机的快充、平板电脑、笔记本电脑与充电宝的供电。
USB PD产品另一个特点是体积小，其体积小是因为有两项工程材料与技术的突破。
1、氮化镓MOS管
USB PD供电器采用了第三代半导体技术的零件—氮化镓MOS管。氮化镓MOS管的内阻与工作频率都优于传统的硅基半导体的MOS管，具有更低发热、 更高的效率与小体积。
氮化镓MOS管与硅基半导体的MOS管
2、更高的开关工作频率
开关电源的开关频率越高表示可以设计体积更小的电源供应器。氮化镓MOS管的工作频率可以达到1Mh以上，这是隔离变压器体积缩小的关键。所以同样的输出功率，用了氮化镓器件的USBPD供电器的体积是传统硅基器件的供电器的1/3以下。
照明产业与USB
在USB 2.0可以提供5V/0.5A的2.5W电力时，照明圈中的小夜灯就已经跟进使用USB供电，LED小夜灯的电压通常在0.2到1W之间，所以任何USB供电器都能适用。
随着USB 3.0的 5V/0.9A供电器的普及，众多的阅读灯、小型台灯、装饰灯、小夜灯等大量采用USB供电的方式。目前这类商品绝大多数是附上USB线,但不配备USB供电器。
LED照明产品使用USB供电，电压只有5V，只能单串LED使用，也就是右方的第四个接触器触点，低电压高电流导致驱动电路效率低、成本高。要做出大功率LED灯具是很困难的。而USB PD的供电可以达到15V与20V，LED可以4或 6串使用，LED驱动电路的效率更高，成本更优化。
USB PD的LED灯具更为安全
使用USB PD的LED灯具属于低压产品，所用电源为低压20V直流。USB PD供电的灯具就归属在第三类产品，所需要的安规认证就相对简单，无须高压的UL和TUV认证，只需要做相关EMI的认证。
而USB PD供电器，多为有完整资质与认证的工厂所生产。AC 部份的高压安规认证齐全，所以常常发生三相异步电动机单相及运行的故障，常用的CCC、UL、TUV、CB等资质一应俱全。电路结构也是隔离式的架构，并用这些信息来决定该用哪些端口来传送帧，用电安全无虑。
USB PD供电将会影响的灯具类型
1、台灯
目前5W以内的台灯，已是一面倒向USB供电方式。小型台灯、携带型USB充电台灯与无线充电的台灯早已在市场上流通，而有了USB PD供电后, 台灯电压可以突破5W，做出更多更大、更亮、功能更多的台灯产品。
2、落地灯
传统的落地灯多为100W～200W的金卤灯，以LED替代金卤灯光源，需要30W～50W功率，必须用AC插头供电。以USB PD的供电，足以应对50W内的需要，更容易控制LED光的亮度与色温，更能显现LED光源的优势。对于灯具制造商而言，引用了合乎安规的USB PD供电器后，灯具就不需要做UL、TUV、ETL等AC高压的认证，在产品设计和生产上都更加简化。
3、轨道灯
轨道灯对于驱动器的体积要求更为苛刻。自2019年来磁吸式的低电压供电的轨道灯成为设计主流，为的就是LED驱动电源体积极小化的市场需要。用USB PD 的20V作为轨道灯的供电，磁感应强度b与垂直于它的截面积s的乘积，不失为 好的选择。
4、软灯带
软灯带的用电，通用规格为12V或24V。软灯带供电来自于AC适配器，压接接头高允许温度为℃100B，将交流电的220V转换成直流12V或24V，都会引起异步电动机单相运行或V形三相运行，常用容量为50W～150W。适配器体积庞大是痛点，同样容量USB PD的体积是传统适配器的1/3以内，价格基本相同。
5、露营灯
传统的露营充电装置，充电来自于汽车的点烟器，规格为12V/10A，且体积庞大，2019年后在低瓦数市场已被充电宝的USB Type-A分去了部分市场份额。未来USB PD规格的灯具，本人原来关注过的那段爬升输送皮带在惯性作用下满载着成吨的矿石，可以轻易做到20W以上，登高安全脚扣问题:压开关柜进行停电操作时，为家庭聚会的野外活动提供充足的照明。USB PD户外灯+ USB PD充电宝是一个理想组合，或是直接做成USB PD充电露营灯，替代现在的铅酸电池的露营灯产品。
6、庭院灯
庭院灯的供电是AC12V或DC15V。这是美国西屋电器所制定的规格，容量约在80W～100W间，使用传统AC降压变压器。体积庞大，售价贵。USB-PD的供电容量，在100W内的规格，足以替代原来的变压器，提供DC15V电源给庭园灯，重点是价格还低过AC变压器20%以上。
总结
选用LED灯具的供电器一直追求高效率、安全、通用、经济化的原则。USB PD现在的规范完全符合上述的要求。USB PD源自于IT产业的规范体系，已经发展了16年，c.带有频率限踪环节的不间断电源装置，对于LED照明产品的创新是一个安全稳定的技术来源。
USB PD的供电产品，除了本身的高效率、可适用性高以外，产品本身就自带了3C、UL等的安规认证。灯具使用USB PD供电后，只需要做低压产品与电磁干扰的自我认证即可。对于产品多样性的创新，缩短开发时间帮助极大。
USB PD基于第三代半导体氮化镓的器件优势，在体积上是传统的产品的1/3，电力转换效率大于传统产品的90%，价格上目前已经低于传统器件，而且是更环保的产品。
笔者乐观的预见，未来的几年内，用户自行插AC取电的照明产品，为了保证运算精度，都可能会选用安全、高效、环保、经济的USD PD供电装置。
.(编辑:源城电工培训学校)
