USB Power Deliveryの規格について調べてみた

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USB Power Delivery(USB PD)という規格がイマイチよくわからなかったので調べてみました。

USB Power Deliveryとは

USB Power DeliveryとはUSBでの電源供給に関する規格で、最大5A/20V=100Wの給電が可能となっているのが特徴です。

usb-type-c-power-supply

USB PDは今までのUSB規格で最大の、100Wまでの電気を流すことが可能。

従来のUSB規格を大幅に上回る100Wまで流せるということで、MacBookシリーズなどの電源の規格として採用されています。

USB PDの給電能力について

記事作成時点でUSB PDはRev 3.0まで策定されており、詳細は以下の通りとなっています。

Rev 2.0 / 3.0
出力 5V 9V 15V 20V
0~15W 最大3A 必須ではない 必須ではない 必須ではない
15~27W 最大3A
27~45W 最大3A
45~60W 最大5A
60~100W

60Wまでは所定の電圧で最大3Aまで出力し、60W以上の場合にのみ最大5Aまでの給電を行うという仕様になっています。

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USB PDを利用するには

USB PDを利用する場合、端末・ケーブル・電源(ACアダプタなど)の3つ全てがUSB PDに対応している必要があります

端末やACアダプタは”USB PD対応”など謳われて販売されているのでわかりやすいのですが、問題はケーブルです。

“3A対応”などと謳われて販売されているC to Cケーブルも多いのですが、同じ3A対応のC to CケーブルでもUSB PDに対応しているものとしていないものがあるので注意する必要があります。

USB PD対応ケーブルについて

USB PD対応かどうか紛らわしいC to Cケーブルですが、さらにUSB PDに対応しているC to Cケーブルの中でもグレードが2種類存在しています。それは“3A対応のケーブル”と、“5A対応のケーブル”です。

ELECOMのケーブルを例にしてみます。まずはUSB3-CCP05NBKというケーブルです。HPには以下のように書かれています。

elecom-usb-pd-3a

次はUSB3-CC5P05NBKというケーブルです。HPにはこのように書かれています。

elecom-usb-pd-5a

この2つを比べると、前者は20V/3A、後者は20V/5Aとなっているのがわかるかと思います。

USB PDはケーブルが対応している最大電流値を確認してから電気を流すため、5A対応のデバイスに3A対応のケーブルを使用したとしても安全性に問題はありません。しかしながら、最大速度で充電するためには機器に応じて正しいケーブルを選ぶ必要があります。(面倒だったら5A対応のケーブルを使っておけばOK)

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粗悪品が存在している

うまく使えれば便利なUSB PDですが、一部の製品は設計不良により機器の破損を招いたり、正しく動作しなかったりする場合があるようです。

ACアダプタ

一部のACアダプタは30W出力で設計しているにも関わらず「45Wまで出力できる」という信号を端末側へ送る設計になってしまっているようです。(MacBook対応を目標に設計したもののミスっているパターン)

それらはMacBookと組み合わせて使う分には(恐らく)問題ありませんが、MacBook以外の”30W以上を消費する製品”と組み合わせて使用した場合、設計以上の負荷がかかって機器が破損する恐れがあります。

ケーブル

現状ではJ5 createのJUCX03しか確認されていませんので、JUCX03について説明します。

GTrustedによると、JUCX03を使ってMacBookを充電しようとしてもうまくネゴシエーション(認証)されず、USB PDでの充電が行えなかったそうです。

せっかく買っても充電できないのでは意味がありませんので、JUCX03を買うのは避けましょう。

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USB PD対応製品まとめ

ACアダプタ

規格適合 メーカー/ブランド 製品名/型番 USB PDでの出力 (最大値) Amazon.co.jpリンク メーカー製品ページ ソース 備考
Apple 29W USB-C電源アダプタ (MJ262J/A) 14.8V / 2.0A Apple GTrusted氏
61W USB-C電源アダプタ (MNF72J/A) 20V / 3.0A Apple
87W USB-C電源アダプタ (MNF82J/A) 20V / 4.3A Apple
Anker PowerPort Speed 1 (30W) A2014111 14.5V / 2.0A Anker Nathan.K氏 15Vではなく14.5Vという信号を送っている (MacBookとの互換性確保のため)
PowerPort Speed 1 (60W) A2015111 20V / 3.0A Anker Nathan.K氏 15Vでの出力が2Aまでという信号を送っている (本当は3Aでなければならない)
PowerPort+ 5  (ブラック) A2053111 20V / 2.25A Amazon.co.jp Anker Nathan.K氏 Split PDO, 30W対応として売られているが、実際の設計は45W対応
PowerPort+ 5  (ホワイト) A2053521 Amazon.co.jp Anker
Aukey PA-Y7 14.5V / 2.0A Aukey Nathan.K氏 理由はソース元を参照のこと (書ききれないため)
dodocool DA66WUS 15V / 2A dodocool Nathan.K氏 Split PDO
Google 18W USB-C 電源アダプター 9V / 2.0A Google
ユニバーサル Type-C 充電器 20V / 3.0A Google
LVSUN LVSUN 45W Type-C急速充電 AC充電器 20V / 2.25A Amazon.co.jp
Lumsing 48W 2ポート ACチャージャー 14.5V / 2.0A Amazon.co.jp
RAVPower RP-PC017K Amazon.co.jp RAVPower Nathan.K氏 30W出力で設計されているが、端末側には45Wまで出力できると伝えている
RP-PC017B Amazon.co.jp RAVPower Nathan.K氏 同上
RP-PC018 Amazon.co.jp RAVPower Nathan.K氏 同上
Tenswall 39W USB-C PD チャージャー Amazon.co.jp Benson氏 30W出力で設計されているが、端末側には45Wまで出力できると伝えている
Tronsmart W2DT 15V / 2.0A Tronsmart

ケーブル

品質 メーカー/ブランド 製品名/型番 USB PD データ転送 長さ Amazon.co.jpリンク メーカー製品ページ ソース
Apple MLL82AM/A 5A USB 2.0 2m Apple Nathan.K氏
Apple (Belkin) HHSN2ZM/B (F2CU023yw1M-WHT) 3A USB 3.1 Gen2 1m Apple Nathan.K氏
Belkin USB認証品 F2CU030 3A USB 3.1 Gen2 1m Amazon.co.jp Belkin
BUFFALO USB認証品 BSUCC312P05 5A USB 3.1 Gen2 0.5m Amazon.co.jp BUFFALO
ELECOM USB認証品 USB3-CC5Pシリーズ 5A USB 3.1 Gen2 0.5m / 1.0m Amazon.co.jp ELECOM
USB認証品 USB3-CCPシリーズ 3A USB 3.1 Gen2 0.5m / 1.0m Amazon.co.jp ELECOM
USB認証品 U2C-CC5Pシリーズ 5A USB 2.0 0.5~4.0m Amazon.co.jp ELECOM
J5 create USB認証品 JUCX01 5A USB 3.1 Gen2 0.7m Amazon.co.jp J5 create Nathan.K氏
JUCX03J 5A USB 3.1 Gen1 0.9m Amazon.co.jp J5 create GTrusted
JUCX03 Amazon.co.jp
Plugable USB認証品 USBC-C100 3A USB 3.1 Gen2 1m Amazon.co.jp Plugable Nathan.K氏
StarTech USB31CC1M 3A USB 3.1 Gen2 1m Amazon.co.jp StarTech
Tronsmart CC01G 3A USB 3.1 Gen1 1m Amazon.co.jp Tronsmart

MacBook (2015)に同梱されていたUSB PD対応ケーブルはAppleによる自主交換が発表されています

欠陥品は型番が「MJWT2AM/A」で正方形の箱に入っており、改良品は型番が「MLL82AM/A」で長方形の箱に変わっています。Appleストア以外の小売店では未だに欠陥品の在庫が残っている可能性もありますので、購入する際は注意してください。

モバイルバッテリー

メーカー / ブランド 製品名 / 型番 容量 出力 (最大値) Amazon.co.jpリンク メーカー製品ページ ソース 備考
ASUS ZenPower Max 26800mAh 20V / 3.0A ASUS Shop
RAVPower RP-PB058 26800mAh 20V / 1.5A Amazon.co.jp RAVPower Nathan.K 付属のACアダプタに設計ミスあり
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Split PDOとは

AnkerやdodocoolのACアダプタはSplit PDOであると報告されています。(PDO=Power Data Objects)

Split PDOというのは「充電開始直後としばらく経過した後で、端末に伝わっているUSB PDのプロファイルが異なっている状態」のことらしいです。

例えばAnkerのACアダプタは、充電開始直後は5V/3A、9V/3A、15V/3Aの3つの出力系を端末側へ伝達しているものの、しばらくすると5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/2.25Aの4つに増えているそうです。(ソース:GTrusted)

このSplit PDOは安全性には問題ないものの、USB PDの規格からは外れた挙動なので、相性問題などが発生する可能性があるそうです。

Rev 1.0は?

検索すると「USB PDは5V・12V・20Vの電圧で~」といった解説をしているサイトがありますが、そのサイトの情報は古いです。というのも、5V・12V・20Vという電圧が定義されていたのは1番最初に策定されたUSB PD Rev 1.0時点での話だからです。

上で紹介したUSB PDはRev 2.0/3.0でしたが、Rev 1.0の仕様は以下の通りとなっています。

Rev 1.0
出力 5V 12V 20V
Profile 1 (~10W) 最大2A なし なし
Profile 2 (~18W) 最大1.5A
Profile 3 (~36W) 最大3A
Profile 4 (~60W) 最大5A 最大3A
Profile 5 (~100W) 最大5A

Rev 2.0/3.0では電圧が5V・9V・15V・20Vとなっているのに対し、Rev 1.0では5V・12V・20Vとなっています。しかもこのRev 1.0ですが、実質的に存在しないものとなっています。

Rev 1.0が策定されたのは2012年で、Type-Cが策定された2014年よりも前でした。しかしながら2012年の時点で既にType-Cの策定が始まっており、メーカー各社はType-Cの策定完了を待ってからUSB PD対応製品を開発することにしたそうです。(ソース:4Gamer)

そんな事情により、結局USB PD対応製品は2015年のMacBookまで登場しませんでした。そのMacBookがRev 2.0準拠であるため、実質的にRev 1.0は存在しないものとなっています。

所感

サードパーティ製では設計ミスな製品がチラホラあるようなので、早いところUSB IFの認証がスタートしてほしいです。

参考

・USB IF – USB Type-C Specification Rev 1.2
http://www.usb.org/developers/docs/

・USB IF – USB Power Delivery Specification Rev. 2.0, Version 1.2
http://www.usb.org/developers/docs/

・Google+ – Nathan.K
https://plus.google.com/102612254593917101378

・Google+ – Benson Leung
https://plus.google.com/+BensonLeung

・GTrusted
http://gtrusted.com/