USB Power Delivery（PD）は、デバイスが充電器やケーブルと通信して必要な電力を判断し、安全かつ高速で効率的な充電を実現する技術です。従来のUSB充電方式と比べて、より高い電力伝送能力を備えている点が大きな違いです。さらに、メーカーが選択すれば、USB-PDは技術的にあらゆるUSB-Cポートに統合することが可能です。
OnePlus、Xiaomi、Appleといった企業独自の充電規格でさえ、USB-PDの圧倒的な汎用性には到底及びません。しかし、USB-PDには様々なレベルがあり、対応機器すべてが同じ種類の電力供給に対応しているわけではありません。そこで、USB-PDの仕組みを詳しく見ていきましょう。
USB PDはどのように機能しますか?
新しいスマートフォンをお持ちの方は、古いモデルよりも充電速度がはるかに速いことに気付いたかもしれません。これは、USB-PDと、従来のプロトコルとは異なり、電圧出力を独自に設定できる機能によるものと考えられます。
最も一般的な通信プロトコルであるUSBについては既にご存知の方も多いでしょう。しかし、電力供給に関しては、 USB-PDの前身であるUSBバッテリー充電は他の規格に比べて遅れをとっていました。時が経つにつれ、デバイスをより速く、より安全に、より効率的に充電する方法が必要になりました。そこで登場したのがUSB Power Deliveryです。
この概念を理解するには、まずエネルギーとは何かを知る必要があります。
簡単に言うと、電力は電流×供給電圧（P=IV）であり、PD（電力分配）では、必要な量を供給するために電流と電圧の値が調整されます。この「必要な量」は、充電器とデバイス間の電力供給の調整によって決定されます。
充電器はまずデバイスに低電力信号を送信します。デバイスはこれに応答し、最大容量の電力を受け取ります。その後、充電器はデバイスの要件に合わせて出力電圧と電流を調整します。
これは、配送プロセスが安全に継続され、互換性の問題を回避するために行われます。
おおよその目安として、お使いのスマートフォンが何らかの急速充電技術に対応していれば、少なくとも15Wで充電されるでしょう。一方、USBバッテリー充電は最大出力5V、0.9Aに対応しており、これは約4.5Wの電力に相当します。
USB Type-CがType-AやMicro USBよりも広く使われているのも、5ボルトで最大3アンペア、あるいは同じ電圧で1.5アンペアの電流を供給できるからです。さらにPD（Power Delivery）に対応していれば、デバイスは最大240ワットの電力を供給できます。
USB PDにおけるUSB Type-Cの役割
USB PDとUSB Type-Cはしばしば混同されたり、同じ意味で使われたりするが、実際には2つの異なる技術である。USB PDは、デバイスが必要とする電力量を相互に調整するためのプロトコルであり、 USB Type-Cは単にUSB PDを円滑に行うためのコネクタ規格に過ぎない。
したがって、USB PDはUSB Type-Cポートを使用しますが、すべてのUSB Type-CコネクタがUSB PDに対応しているわけではありません。つまり、USB PDが提供する高速充電速度を活用したい場合は、デバイスと充電器の両方がUSB PDに対応していることを確認する必要があります。
一方、USB Type-Cはリバース充電機能を備えており、双方向の信号伝送が可能です。そのため、スマートフォンからポータブルSSDに給電したり、別のスマートフォンに接続してスマートフォンを充電したりできるため、より実用的です。ただし、メーカーによってはUSB-PD機能の一部を制限している場合があるため、使用感は異なる場合があります。
USB PDの種類
USB-PD規格は急速に進化し、高速かつ効率的なデバイス充電を可能にしました。しかし、すべてのデバイスがPDを同じように実装しているわけではないため、長年にわたり何度も改訂が行われてきた点に注意が必要です。
USB PD 1.0は画期的な規格であり、最大100W （20V、5A）の電力供給が可能で、従来のUSB電源規格と比べて大幅な進歩を遂げました。電力レベルは、従来のように固定の電圧や電流値に縛られるのではなく、デバイスと充電器間のネゴシエーションによって決定されるようになりました。
USB PD 2.0および3.0の進化は、主に電力管理機能に重点が置かれました。これらの規格では、充電中のデバイスに関するより詳細な情報が提供され、例えばバッテリー温度が高すぎる場合や、電圧または電流が想定レベルを超えた場合などが報告されるようになりました。これらの改善により、充電の安全性と効率が大幅に向上しました。
| 特徴 | USBPD1.0 | USBPD2.0 | USBPD3.0 | レガシーUSB |
|---|---|---|---|---|
| 最大電力供給 | 100 W | 100 W | 100 W | 2.5W (USB 2.0)、4.5W (USB 3.0) |
| 電圧 | 5 V、12 V、20 V | 5V、9V、12V、15V、20V | 5V、9V、12V、15V、20V | 5 V |
| 電流 | 2 A、3 A、5 A | 3 A、5 A、10 A | 3 A、5 A、10 A | 500ミリアンペア |
| プログラマブル電源（PPS） | لا | نعم | نعم | لا |
| バッテリー充電プロトコル | 紀元前1.2 | 紀元前1.2 | 紀元前1.2 | 紀元前1.2 |
| 発売日 | 2012 | 2014 | 2017 | 1996 |
| コネクタ | USB-A、USB-C | USB-A、USB-C | USB-C | USB-A、USB-B |
しかし、これらの改訂版の効果は、デバイスと充電器の互換性に依存します。特定のPD改訂版のメリットを最大限に享受するには、デバイスと充電器の両方がその改訂版をサポートしている必要があるのは事実ですが、USB PDは下位互換性を考慮して設計されています。
つまり、たとえば PD 3.0 をサポートするデバイスは、それ以降の改訂で導入された追加の電源管理機能はなくても、PD 2.0 または 1.0 充電器を使用して充電することができます。
USBプログラマブル電源（USB PPS）
USB PDでは、定義された電圧レベルが設定されていることを以前お話ししましたよね？従来、これらのレベルは5V、9V、15V、20Vで、 18Wや30Wといった一般的な充電速度を実現しています。しかし、お使いのデバイスにとって最適な充電速度が、例えば44Wのように、これらのレベルの間にある場合はどうでしょうか？
従来、USB PD 2.0では電圧レベルが固定されていたため、44Wのデバイスでも充電速度は低くなる可能性がありました。しかし、 USB PD 3.0でプログラマブル電源（PPS）が導入されたことで、状況は劇的に変化しました。PPSは電圧と電流の供給を精密に制御し、それぞれ20mVと50mA単位で調整できます。この精密な制御により、デバイスの性能範囲内であれば、ほぼすべての充電速度を充電器で正確にサポートすることが可能になりました。
PPS対応USB PDの普及により、充電ソリューションは大幅に簡素化されます。USB PDの主な目的は、充電効率を高めながら電子機器廃棄物を削減することです。PPSを活用することで、1台の充電器で様々なデバイスに理想的にフル充電することができ、デバイスごとに異なる充電器を用意する必要性が最小限に抑えられます。
USB PDのメリット
では、USB PD が他の規格に比べてはるかに優れた選択肢である理由は何でしょうか?
- より高いエネルギーレベル: USB-PDは最大 240 W エネルギーから、ノートパソコンやゲーム機などの高電力デバイスを効率的に充電できます。
- PPSによる柔軟な電力調整： プログラマブル電源（PPS）機能により、デバイスに電源を供給することができます。 15ボルトから利用可能な最大定電圧までの中間電圧の要求 充電器から。この柔軟性により、デバイスは効率的な充電に必要な適切な電圧を受け取ることができ、同時に充電速度の向上と発熱の抑制を実現します。
- USB PD 3.0に新しい電圧を導入: USB PD 3.0では、次のような新しい安定した電圧が追加されました。 28ボルト، 36ボルト、و48ボルト最大で 140 W، 180 W、و240 W それぞれエネルギーレベルです。これらのレベルはモバイルデバイスには適用されませんが、エネルギー消費量の多いデバイスのニーズを満たしています。
- 双方向のエネルギーフロー： USB PDは双方向の電力供給をサポートしており、デバイスは電力の受電と供給の両方が可能です。この機能により、例えばノートパソコンから充電している同じポートにUSB Type-Cケーブルを接続し、スマートフォンを充電することが可能になります。
- スマートエネルギー管理: USB PD により、各デバイスは必要な電力のみを消費できるため、電力利用率が向上し、デバイスの損傷を防ぐことができます。
- 幅広い用途: USB PDは高出力機器に限定されません。ヘッドフォンなどの低出力機器にも対応しています。USB PD対応機器であれば、機器ごとに充電器を用意する必要がないため、汎用性が高いことが大きなメリットです。これは、 環境 二酸化炭素排出量を削減します。
なぜ企業は超高速充電技術の追求をやめたのでしょうか?
携帯電話会社は、自社製品の充電速度の限界を常に押し広げています。まるで2週間ごとに、わずか数分でゼロからフル充電できると謳う新型携帯電話が市場に登場しているようです。
Xiaomiはこのトレンドをリードしており、自社デバイスで67Wと120Wの充電速度を誇っている。一方、Oppoは200Wを超える充電能力でさらに限界を押し広げている。これらの高速充電は時間効率の面では有利に見えるかもしれないが、バッテリー寿命と充電速度の間には微妙なトレードオフが存在する。
研究と実務経験から、極めて高速な充電は、時間の経過とともにバッテリーの劣化を早めることが分かっています。そのため、多くの企業は50W前後の充電速度を最適な値として見出しました。この充電速度は、デバイスを1日中稼働させるのに十分な速さでありながら、長期的なバッテリーの損傷を最小限に抑えるのに十分な遅さでもあります。
例えば、新型Nothing Phone（2）は45Wの急速充電に対応しており、 Samsung Galaxy S23 Ultraも同様です。一方、最新のiPhone 14 Proシリーズは35Wまで対応していますが、そもそもAppleはこの分野で限界を押し広げてきたことで知られているわけではありません。
同様の充電速度
先ほども触れたように、ほとんどのスマートフォンの充電速度が、17Wや19Wといったランダムに変化する数値ではなく、15W、18W、30W、45Wといった特定の増分に従っているように見えるのはなぜだろうと思ったことはありませんか？このパターンは主にUSB Power Delivery（USB PD）プロトコルに由来しており、このプロトコルは特定の電力レベルで動作し、一定の固定電圧と電流を持つことが知られています。
ただし、実際に達成できる充電速度は、デバイスと充電器の両方でサポートされている特定の電力レベルによって制限されることに注意してください。
| 努力 | 現在 | エネルギー |
|---|---|---|
| 5 V | 3 A | 15 W |
| 9 V | 2 A | 18 W |
| 12 V | 3 A | 36 W |
| 15 V | 3 A | 45 W |
| 20 V | 5 A | 100 W |
環境への影響
現在、数十種類もの異なるUSB充電規格が使用されており、それぞれ独自のコネクタと電力供給プロトコルを採用しています。この規格の細分化により、消費者は異なるデバイス間でこれらの規格を使い分けることが難しくなっています（例えば、 SamsungのSuper Fast Charge充電器は、 OppoのSuper VOOCに対応したスマートフォンでは動作しません）。また、大量の電子廃棄物も発生しています。以下に、それぞれの違いをまとめましたのでご覧ください。
さて、これらすべてを1台のPD充電器で実現できると想像してみてください。実際、この充電器は表に記載されているすべての電力ブーストを提供できる能力を備えています。
USB PDは旧バージョンのUSBとも下位互換性があるため、明示的にサポートしていない機器でも使用できます。すべての機器を1つの充電器で充電できるとしたら、どれだけの資源、電子廃棄物、そしてお金を節約できるか考えてみてください。
残念ながら、企業はそう簡単に利益を手放そうとはしない。世界最大の企業であるアップルでさえ、環境の持続可能性を支援するという理由で、数年前にiPhoneの箱から充電器を取り除いた。
しかし、噂によると、 Type-Cを採用するiPhone 15は、Apple認定のMFi（Made for iPhone）充電器でしか動作しないという。これは大量の電子廃棄物を生み出し、こうした巧妙なマーケティング戦略の負の側面を浮き彫りにするだろう。
USB PDは、ゆっくりとではありますが着実に幅広いメーカーに採用されつつあります。この傾向が継続し、今後数年でUSB PDが業界標準となることを期待しています。
USB PDに関するよくある質問
USB Power Delivery は安全ですか?
はい、USB Power Deliveryは安全です。USB PD規格には、デバイスとユーザーを危険から守るための複数の安全機能が搭載されています。充電器とデバイスは、供給する電力量を調整し、デバイスに過剰な電力が供給されないようにします。
充電器が USB PD をサポートしているかどうかを確認するにはどうすればよいですか?
充電器に「PD」のマークが付いているか確認してください。デバイスで正常に動作する場合は、デバイスと充電器の両方がこの機能に対応しています。
USB PD PPS は USB PD 2.0 よりも優れていますか?
はい、PPSはより正確な電圧制御を可能にします。つまり、充電器はデバイスに必要な電圧を正確に供給できるため、充電速度が速くなり、発熱も抑えられる可能性があります。さらに、USB PD 3.0に対応しているため、充電中のデバイスに関する詳細な情報を提供できます。
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