作者：陸向陽
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老實說，USB 供電標準並不是一個新東西，而是一個長時間發展歷程，筆者會突然想寫這篇，主要在於創客的各種開發板多是用 Micro-USB 埠供電，而新發表的第四代樹莓派是使用 USB Type-C 埠供電，然而有時候創客並不全然清楚這些傳輸埠的供電「能耐」，亦即到底能給出多少的電壓/電流？能否給我的系統板、開發板有足夠的電力運作？因此或許透過一篇專文進行觀察討論，有助於後續的一些開發規劃。
USB供電規格演進
USB供電規格簡要整理（圖片來源：陸向陽提供）
USB 打從 1996 年的 1.0 版就帶有供電能力，電壓輸出穩定在 5V，最大輸出電流可達 100mA 或 500mA，500mA 是指電力來自於桌上型電腦，或是有接變壓器（電源配接器）的 USB Hub（集線器上），否則為 100mA。
100mA 連接鍵盤、滑鼠等簡單週邊裝置還可行，但要驅動外接硬碟、印表機則有困難，必須以 500mA 供電才行，甚至 500mA 也是不夠，需要裝置自行從他處取得電力。由於 USB 供電實在太便利，後續許多外接線技術也紛紛仿效，在其標準中增訂供電能力，如 Thunderbolt、Ethernet 等。
2000 年 USB 2.0 標準頒佈，除了提升傳輸率外供電方面並未改變。2008 年 USB 3.0 出爐，電壓維持為 5V，但電流改成刻度式供電，以 150mA 為 1 個刻度，最高可以有 6 個刻度，如此最高有 150 x 6 = 900mA。更之後 2017 年 USB 3.2 Gen 2 x2 標準中每 1 刻度單位為 250mA，如此 x6 = 1.5A。
在發展 USB 3.0 的前後時間，USB 標準的制訂機構 USB-IF 也提出 USB 充電標準，稱為 USB Battery Charging，簡稱 USB BC，主要是因應愈來愈多手持、行動電子產品採用 USB 充電。USB BC 於 2007 年推出 1.0 首版；而後於 2009 年再推出 1.1 版，1.1 版的電壓維持 5V 但電流放寬到 1.5A；2010 年推出的 1.2 版亦維持 5V、最大 1.5A。
到了 2012 年 USB-IF 提出新的供電標準稱為 USB Power Delivery，簡稱 USB PD，此標準取代並相容原有的 USB BC，提供更寬裕的供電。USB PD 1.0 提供 5/12/20V 電壓以及 1.0/2.0/3.0/5.0A 電流，如此最低可供電 10W（5V x 2A），最高 100W（20V x 5A）。之後 2014 年提出 USB PD 2.0，將電壓分成 4 類：5/9/15/20V，電流則為 3A 或 5A，另也允許於 0.1A～3A 間。
USB PD 1.0版的供電型態與電壓、電流對應（圖片來源：陸向陽提供）
USB PD 2.0/3.0版的供電型態與電壓、電流對應（圖片來源：陸向陽提供）
雖然標準訂立到極限可至 100W，但不是所有 USB 線路均可以承受如此高的電力傳輸，因此 USB PD 2.0 規定若使用 Micro-USB 接頭最高只能傳輸 3A 電流，加上 20V 電壓，最高可傳輸 60W 電能。
如果是 USB Type A/B/C 接頭，雖允許最高達 20V、5A 傳輸，但必須是主動式的線路才行，或稱為具有 E-Marker 晶片的線路。USB PD 在 2.0 版後於 2017 年推出 3.0 版，但最高電壓、電流等設定並未改變。
附帶一提的是，USB Type-C 另有一套別於原有 USB 主軸線路與 USB BC/PD 線路的供電走法，USB Type-C 也是 5V，電流預設 1.5A 但最高可提升至 3A，如此能有 15W 供電。USB Type-C 也可走 USB PD 標準，一樣達最高 60W、100W 供電。
樹莓派用電需求演進
以上為簡單的供電規格說明，事實上細部而言還有諸多供電特性，例如接入的裝置偵測，受充物的電池處於低電壓時、高電壓時的供電特性對應切換等，在此暫略。
在透過上述快速的規格回顧後，會發現 USB 供電標準很紊亂，一種是以正規 USB 標準（多是指傳輸率標準）軸線發展而隨附的供電規格制訂，如 USB 1.0、USB 3.0；一種是針對 USB 埠供電、充電應用的訂立，此包含充電、充電時的偵測協定，如 USB BC、USB PD；再一種是隨連接器型貌改變而訂立，如 USB Type-C。
USB類型眾多，供電標準也很混亂（Source）
如果是以創客開發板常用的 Micro-USB 接頭而言，搭配 USB PD 協定，其實最高可以達 60W 供電，但如果是不使用 USB PD 協定，以 2.5W～7.5W 電力，確實逐漸難以支應朝高階化發展的樹莓派用電。
以規格相對較高（與 Model A、Pi Zero 相比）的 Model B 樹莓派為例，一開始只有 1W～3.5W 的用電，後來第二代可以到 4.1W，第三代增長至 6.7W，6.7W 是已經讓樹莓派接上桌上型監視器（監視器須另外插電）、滑鼠、鍵盤，同時 Wi-Fi 無線功能也開啟的情況下。
如果樹莓派再外接其他用電裝置，如 USB 隨身碟，或用 GPIO 接腳驅動 LED 燈號等，可能電力就會逼近標準規範的 7.5W。因此第四代樹莓派改用 USB Type-C 連接器供電，將供電上限往上提高至 15W。
目前除了樹莓派因為持續高階發展需要更大的電力外，一般的創客開發板仍只要少許電力就能運作，依然可以用已高度普遍的 Micro-USB（因為 Android 手機興起）。
第四代樹莓派支援USB Type C供電埠（左下角）（Source）
不過筆者推測也有兩類產品會在近期（2 年內）轉向 USB Type-C，一是 RPi Alternative 系統板。
推廣 RPi Alternative 系統板的業者向來用更高規格招攬原樹莓派用戶轉向，更高規格意味著更多的用電，因此比照 RPi 4 改用 USB Type-C 的可能性也大增。
另一是本來就鎖定物聯網閘道器（IoT Gateway）應用的開發板，這類開發板的規格高、用電多，也可能較先轉向改用 USB Type-C。
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（責任編輯：楊子嫻）
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