USB Type-Cが消費者向け電源アダプターの混乱をどのように軽減し、グローバルな電子廃棄物を削減できるか

家電業界は、巨大な電子廃棄物の問題に苦しんでいます。最新のGlobalE-waste Monitorレポートによると、毎年約100万トンの電源アダプターが製造されています。これらの充電器は、ラップトップPC、タブレット、携帯電話、カメラ、スマートスピーカー、電動工具、その他多くの製品タイプなどのポータブル消費者向けデバイスに同梱されています。

機能的には、これらのアダプターは非常によく似ています。これらは、85 V〜264 V _ac の主電源入力電圧範囲で動作できます。 世界中のどこでも使用できます。さらに、ほとんどのデバイスの定格電力出力は100 W未満です。しかし、今日のメーカーが、あるデバイスのアダプターを使用して別の製品に電力を供給できるようにすることはめったにありません。実際、業界は、基本的なバレル電源コネクタの見た目は似ているが機能的に互換性のないバージョンの驚くべき配列を作成することに成功しました（図1を参照）。

図1：さまざまなバレルコネクタが電源アダプタとバッテリ充電器で使用されています。 （出典：サイプレス）

これは、あるタイプのバレルコネクタを別のタイプと区別するのが難しいと感じる消費者に混乱を引き起こします。デバイスの電源アダプタを紛失したり破損したりした場合、交換品を購入するには、交換部品が必要なデバイスと互換性があるかどうかを綿密に確認する必要があります。また、ユーザーが電子機器を交換する必要がある、または交換する必要があるたびに、充電器は廃棄され、世界の電子廃棄物の蓄積が増加します。

理想的には、消費者は複数のデバイスで同じ電源アダプタとコネクタを使用できるはずです。このようなユニバーサルコネクタは、ユーザーエクスペリエンスを向上させるだけでなく、製造元が製造するすべての製品でアダプタを製造および出荷するために現在発生するコストを節約します。

USB Type-Cコネクタというコネクタはすでに存在し、実装が簡単で、すぐに利用できるため、新しい業界コンソーシアムが協調的な対応を行う必要はありません。このインターフェースは、電力を消費するデバイスに最大100 W（最大5Aで最大20V）を供給する業界標準である最新のUSB Power Delivery（PD）プロトコルによってサポートされています。

USBType-Cの消費者に優しい機能

USB –ユニバーサルシリアルバス–は、データ通信と電力供給のためのプロトコルを提供するインターフェイステクノロジーです。 USB標準化団体であるUSBImplementers Forum（USB-IF）は、USBデバイスの標準への準拠を検証するために使用される厳格なテスト仕様の概要を示しています。また、USB認定のラベルが付いたデバイスの相互運用性要件を厳密に適用します。

その結果、経験を通じて、消費者は、コネクタまたはケーブルにUSBロゴが存在することは、USBロゴが付いた他のユニットと互換性があることを示していることを理解しています。さらに、USB Type-Cコネクタとケーブル自体は、リバーシブルで方向に依存しないため、これ以上消費者に優しいものではありません。

消費者にとって、バッテリー駆動デバイスのユニバーサル電源としてUSB Type-C充電器を採用する前に、新しい学習や習慣を身に付ける必要はありません。これには、ラップトップコンピューターやスマートフォンのほか、スマートスピーカー、シェーバー、電動工具など、データを送受信しないデバイスが含まれます。USBType-C充電器は、今日すでに簡単に調達できます。500を超えるサードパーティ製USBType-C複数のメーカーのアダプター、充電器、パワーバンクは、オンラインまたは世界中の店舗ですぐに購入できます。

独自のバレルコネクタの代わりにユニバーサル電源コネクタとしてUSBType-Cを使用することにより、デバイスメーカーはe-waste問題への寄与を減らします。 OEMは、電源アダプタを製品にバンドルするときに発生する製造コストと送料を節約することもできます。 Bluetoothヘッドセット、アクションカメラ、およびその他の同様のデバイスのメーカーは、新製品にデフォルトで充電器を出荷しないという措置をすでに講じています。

現在、HP、Dell Apple、Lenovo、Acer、Asus、Huawei、Samsungなどのブランドのラップトップコンピューターや携帯電話の何百ものモデルが、USBType-C電源インターフェースと充電器を備えています。ラップトップコンピューターや携帯電話でのUSBType-C電源の普及率は、近い将来100％に達するでしょう。

新しいUSBType-Cパワーシンクの設計を実装する最も簡単な方法

ユニバーサルバッテリー充電器を支えるUSBテクノロジーは、今日展開の準備ができています。 USB規格は、充電器などの「ホスト」と「受電装置」間の通信を通じて相互運用性を実現します。

USB-PDプロトコルでの通信により、受電装置は次のことが可能になります。

• USBType-Cケーブルで接続したときに充電器を検出する
• 充電器がサポートする電力プロファイル（受電装置に供給される最大電圧と電流などのパラメーターを指定する）を発見します
• 充電器でサポートされている電力プロファイルから、デバイスに必要なプロファイルを指定します

USBテクノロジーにはデータ通信と電力供給プロトコルが組み込まれているため、製品のマーケティング担当者や開発者は、バレルコネクタの単純で構成不可能な非信号電源回路よりも、設計の実装が難しく、複雑で、時間がかかることを懸念する場合があります。 。実際、USBType-Cレセプタクルを介したUSBPD3.0電源入力システムの概念実証設計は数分で完了できます。実動設計の実装も非常に簡単で、コンポーネントがほとんど必要なく、ファームウェアの開発も必要ありません。

USB Type-C電源入力の概念実証設計への最短ルートは、USB PD 3.0コントローラー、トランシーバー、およびプロトコルファームウェアが組み込まれた開発キットを使用することです。たとえば、EZ-PD CYPD3177 BCRチップに基づくサイプレスセミコンダクタCY4533EZ-PD™バレルコネクタ交換（BCR）キットは、USBType-CレセプタクルであるEZ-PDBCRを含む小型のクレジットカードサイズのボードです。チップ、入力電流と電圧を構成するために必要な少数の単純なコンポーネント。このキットを使用すると、製品開発者は、バレルコネクタを交換して、設計にUSBType-C電源入力のプロトタイプをすばやく作成できます。

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図2：サイプレスセミコンダクタのEZ-PD BCRキットを使用して、スマートスピーカーへのユニバーサルUSBType-C電源入力を作成します。 （出典：サイプレス）

図2は、キットを使用してUSB Type-C電源入力のプロトタイプを設計し、スマートスピーカーへの既存のバレルコネクタ電源入力を置き換える方法を示しています。まず、開発者は、必要な電力プロファイルをサポートするUSB​​Type-C充電器を選択することから始めます。 USB PD 3.0規格では、5 V、9 V、12 V、15 V、および20Vの出力電圧オプションと最大5Aの出力電流が指定されています。スマートスピーカーには、2Aで15Vの入力が必要です。

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次に、事前設定された電力プロファイルを選択して、スピーカーに正しい電力入力を供給します。開発キットでは、これはロータリースイッチを回すことによって行われます。最後に、スピーカーのバレルコネクタからキットの端子台にリード線を固定し、バレルコネクタをスピーカーに接続し、スイッチをオンにして、適切に動作するかどうかをテストします。

このプロトタイプシステムでは、USBコントローラーがすべてのUSB電力供給機能を実行します。これには、パワーシンクと充電器間の通信の管理、およびロードスイッチのオンとオフを切り替えてパワーシンクへの供給を開始/停止することが含まれます。コントローラはまた、短絡、過電圧、または低電圧状態によって引き起こされる損傷からパワーシンクを保護し、最大15kVのシステムレベルのESD保護を提供します。 USBコントローラーにはUSBPD 3.0プロトコルファームウェアが付属しているため、バレルコネクタを交換するためのソフトウェア開発要件はありません。

プロトタイプのテストにより、USB Type-Cバレルコネクタの交換が適切に動作することが確認されたら、開発者はプロトタイプを製品設計に変換する必要があります。今日のUSBコントローラーは高度に統合されたデバイスであるため、これは比較的簡単なプロセスです。図3は、10個未満の外付け部品を必要とするUSB​​Type-C電力供給の完全な回路を示しています。

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図3：CYPD3177電力供給コントローラーに基づくUSBType-Cバレルコネクタの交換用の一般的なアプリケーション回路。 （出典：サイプレス）

これらのコンポーネントは次のとおりです。

• USBType-Cレセプタクル。これは標準部品であるため、レセプタクルのコストは低くなります。ラップトップコンピューターや携帯電話などの大量生産製品にUSBType-Cインターフェースを採用することで得られる規模の経済のおかげで、価格は下がり続けます。
• I ² を介してデバイスのホストコントローラーに接続するUSB​​コントローラー（必要な場合は必須ですが、必須ではありません） Cインターフェース。
• 抵抗分割器ネットワークを使用して、目的の出力電圧と電流値を選択します。

抵抗の値は、USBコントローラーのデータシートの表に記載されています。 USB Type-Cレセプタクルの寸法が小さいため（高さわずか2.4mm）、完全な電源回路が占めるスペースは、交換するバレルコネクタ電源のスペースに匹敵します。

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多数のバレルコネクタタイプを<100Wのバッテリ駆動デバイス用のユニバーサル充電器に置き換えることによる環境、商業、および消費者のメリットは非常に大きいです：

• 電子廃棄物の削減
• 使い捨て充電器の製造に使用する材料の使用量を削減
• 製品ごとに異なる充電器を出荷するOEM向けの充電器在庫管理ユニットの数を減らしました
• 消費者が所有するすべてのデバイス用の単一の充電器
• 故障した充電器や置き忘れた充電器の簡単な交換

詳細については、以下を参照してください：

• グローバルE-wasteモニターレポート
• USB Implementations Forum（USB-IF）
• サイプレスCY4533EZ-PDBCR評価キット