圖一 : 對於純數位系統的設計者來說，具備USB PD功能的裝置是相對複雜且不熟悉，就必須仰賴和採用易於導入的解決方案與開發工具。

「One for all」是USB PD（USB供電）的最大願景，目標是讓當前諸多的資料傳輸與供電介面能夠合而為一，讓裝置的設計與周邊設備的配置得以大簡化。

只要透過一個USB插槽和一條傳輸線，就可以同時達成資料傳輸和供電的功能，對於使用的便利性，以及裝置的相容性，都有極大的助益，這也是為什麼USB-IF在近幾年力推USB PD標準，希望能盡快迎來這個大一統的未來。

而不同於單純的USB方案，在導入USB PD設計時需要考慮到更多的面向，最主要的一環，就是需顧及電源管理/控制的類比功能，因此對於純數位系統的設計者來說，具備USB PD功能的裝置是相對複雜且不熟悉，就必須仰賴和採用易於導入的解決方案與開發工具。

圖二 : Type-C的引腳排列得更加緊密，經過一定數量的插拔之後，就可能因為線路損壞產生短路的情況。

另一方面，USB PD標準是定義在Type-C的架構下，意味著在供電的功能之外，還有更高速與更多元的資料傳輸性能，因此如何同時兼顧性能與安全性，也是開發者在進行設計時，必須考量的要點。

然而，在進行USB PD功能的導入前，首先則是要確認所應對的產品應用，也就是哪一類型的產品，是單純的電源極？還是支援雙向的裝置（供電兼傳輸）？又或者只是接電的裝置？這些應用所需要的供電電壓與適用的電流皆不同，因此在適用元件的採用上，也就有所差異。

更重要的是，這些不同的應用也會牽涉到是否需要進行主從端的溝通，進而衍生不同的控制功能與判斷邏輯，因此也會影響方案上的選用，以及後續的認證取得。

由於USB PD使用USB 3.1標準，也就是USB Type-C介面，因此在一個基本的設計裡，一定需要一個Type-C的控制單元，用以溝通兩個裝置，如果需要有其他的傳輸和控制功能，則可依據應用的不同再添加其他的微控制器（MCU）來達成。

意法半導體全系列PD方案 降低工程師開發難度

意法半導體（ST）資深技術市場工程師吳逸杰就指出，有別於傳統的USB供電只有10瓦（W）以下，電流約1安培（A）到2安培（A）的供電，目前的USB PD則是能處理到100瓦（W）的供電，因此所能支援的產品應用總類大幅的增加，但同時也提高了對元件保護的需求。

圖三 : ST的STUSB4500 USB-PD控制器存放了獨家的演算法，可免除工程師額外程序開發的負擔。

他指出，USB PD使用Type-C規格，其引腳接線的數量提升到了24個，排列得更加緊密，因此在經過一定數量的插拔之後，就可能因為線路損壞而造成不正常連接，進而產生短路的情況。因此，USB PD控制器的保護能力就十分重要，才能確保裝置的穩定性與安全性。

吳逸杰表示，USB PD是一個更嚴謹的標準，其對於電力供應的上升和下降時序都有要求，因此僅使用離散元件來做設計並不好控制，最佳的解決方案還是採用專門的控制晶片。

以意法半導體為例，該公司旗下的USB Type-C PD解決方案提供了一系列的產品組合，能分別針對源極（source）、雙向（dual role）和汲極（sink）等不同的應用場景給與最適合的元件搭配，如單純Type-C PD供電，或者需進一步的資料傳輸功能，皆有對應的MCU與PD控制晶片。

吳逸杰進一步指出，就目前的市場趨勢來看，以汲極（sink）端所潛在的商機最大。而針對此應用的需求，ST旗下的STUSB4500 USB-PD控制器就能滿足這類裝置的開發需求。該晶片不僅通過USB協會的認證，更允許使用者自訂配置。

吳逸杰解釋，STUSB4500控制器在內部記憶體的預設的電源設定檔（Default Power Profiles，PDO），存放了意法半導獨家的演算法，以及供電設備協商的供電協定，可自動執行多項控制功能，免除了工程師額外程序開發的負擔，不僅簡化了整體裝置系統的開發流程，同時也加速了產品上市的時間。

此外，STUSB4500也支援多個電源選項，並管理多個輸入電源，只要導入該控制器，就可以讓傳統使用專用充電器的裝置，立即變成標準的Type-C供電的設備，大幅提升使用的便利性。

吳逸杰也十分看好Type-C介面電源供應器（adapter）市場的發展。他表示，依據實際客戶的導入情況來看，目前已有越來越多的裝置開始使用Type-C供電介面，他預計3年內，採專用電源供應器裝置的市場就會大幅減少，未來將會是USB PD為主的市場。

不過他也指出，目前USB PD裝置多是45W以下為主，60W至100W的USB PD設備並不常見，大概只有螢幕和投影機才會使用到如此高的瓦數。由於USB-IF的規範中有特別提到，只要裝置的電源供應超過60W和3A，就必須使用固定式的電源線，或者採用經過認證的線材，因此在電源線上的成本就會大幅增加。

而對於有快充（Quick Charge）需求的裝置應用，STUSB4500也同樣支援，其內建的電源選項已包含快充功能，或者給予5V以上的電池組充電。

Microchip整合多項類比元件 精簡電路配置

同樣也看好USB Type-C與PD在傳輸與供電應用上的便利性，Microchip也持續布局USB PD方案市場，其近期推出的PD控制器產品UPD350就是一款支援PD 3.0標準的整合型控制晶片。

圖四 : Microchip的UPD350就是一款支援PD 3.0標準的整合型控制晶片。

為了降低工程師的開發難度，UPD350在晶片內整合了多項類比元件，包括兩個Rp / Rd開關的VCONN FET，一個電源開關，以及用於電流和電壓檢測的電路。而透過這些整合的元件，UPD350系列能支援非常廣泛的產品應用，包含筆記型電腦、平板電腦與桌機等。

Microchip指出，透過新的PD技術，現在僅需使用一條USB資料線，就能在傳輸資料的同時，供應高達100W的電力，其供電量比USB 2.0增加了40倍。同時，充電速度較USB 2.0規格快十倍之多。有了100W的可用電力，設計人員可以針對快速電池充電和系統供電，進行電力的動態分配。

目前除了現有的USB PD控制晶片外，Microchip也推出採USB Type-C HUB連接器的USB7202 Gen2 10Gps HUB系列產品，提供給USB Type-C介面的HUB應用。該平台能支援四個下端的電池充電端口（最多10A電流）。

德州儀器高功率PD整合控制器 針對大功率應用

針對USB PD的相關應用，德州儀器（TI）也提供了一系列的解決方案，並且分門別類具體的應對不同的裝置的使用場景，來給予專用的產品組合。

近期，TI推出了新一代電源路徑達到100W和200W的USB Type-C與USB Power Delivery控制器：TPS65987D和TPS65988，能在雙埠與單埠應用裡，帶來更大的功率。

TI指出，高整合型的產品可簡化設計，縮減解決方案尺寸，並加速產品上市時間，同時也可以可降低設計的複雜性，進而減少整體成本。

TPS65987D的單埠設計能夠提供100 W的功率，晶片內也整合了獨立的20V、5A源極（source）和汲極（sink）的電流負載開關。此外，TPS65987D具有低RDS(on)（25mΩ）和反向電流保護，能夠在短路情況發生時，保護控制晶片和整體系統的安全。

至於TPS65988則是雙埠的方案，並可提供200 W的功率，和內建兩個整合的5A雙向負載開關與外部電源路徑控制，能夠同時給予雙埠5A的供電能力。尤其使用場效應電晶體（FET）製成路徑，能夠支援筆記型電腦、擴充底座 （docking stations），或者其他高功率的連網周邊設備等，能在保持低RDS(on)的情況下，以最低功耗實現高效充電。

圖五 : TPS65988是雙埠的方案，可提供200 W的功率，能夠同時給予雙埠5A的供電能力。

TI強調，使用更少的零組件，能使設計更簡單，相較於一般需要18個外部電源元件的離散實作（discrete implementation）相比，整合型USB PD控制器可幫助設計人員降低設計複雜性。此外，新型控制器也可提供更好的反向電流保護，進一步節省PCB空間並保護系統。

看好快充應用 大聯大提供Type-C整合方案

除了提供USB PD供電方案，大聯大友尚集團也觀察到客戶對於快速充電的需求，其推出了一款以達爾科技（Diodes）方案為基礎的Type-C PD快充解決方案，該方案是以AP39303、APR34709、AP43771為基礎的18W PD3.0充電器解決方案，能符合多個快充標準，包含PPS、QC4，以及QC4+。

Diodes的AP39303是一款電源管理晶片，APR34709為同步整流晶片，AP43771則是支援PD3.0協議的快充管理晶片。

圖六 : 大聯大觀察到客戶對於快速充電的需求，其推出了一款以達爾科技（Diodes）方案為基礎的Type-C PD快充解決方案。

大聯大指出，AP39303採用SOP16封裝，且內建700V高壓開關MOSFET和高壓100VLDO，有助於縮小PCB尺寸並簡化布局。而為了保護系統安全，也內建了OCP、OVP及OTP的保護功能。

AP43771則採DFN3x3-14封裝，能同時滿足N-MOSFET和P-MOSFET兩種VBUS的控制輸?。此外，該晶片使用PD3.0協議，並通過USB-IF的認證，符合QC4.0、QC4.0+和PPS規範。

結語

整體而言，隨著Type-C介面的普及，USB PD的應用也會隨之更加廣泛，同時終端產品也會更加多元，並逐漸朝著USB-IF的藍圖發展，也就是成為統一的電源介面，至少在消費性電子領域會是如此。

而在此一趨勢的帶動下，易於導入、易於開發的整合式解決方案就會成為系統業者的首選，原因無他，就是為了加速產品上市的時程，同時也能降低整體的開發成本，對於主流的成熟應用來說，是最佳的解決方案。