USB PD 3.1，全稱USB Power Delivery 3.1，是USB-IF協會於2021年5月發布的USB供電協定最新標準。該標準在USB PD 3.0基礎上進行了重大升級，將最大輸出功率從100W提升至240W。為此，它引入了擴展功率範圍（EPR），新增了28V、36V、48V固定電壓檔位及對應的可調電壓檔位（AVS），並要求使用專用的EPR線纜並通過安全握手協商。此標準旨在為高性能筆記本電腦、顯示器、電動工具等設備提供通用充電方案，並已由蘋果140W氮化鎵充電器等產品率先商用，推動了快充生態發展。
基本介紹
- 中文名：USB PD 3.1
- 外文名：USB Power Delivery 3.1
- 產品類型：快充協定
- 上市時間：2021年5月
標準定義與核心特性,發展歷史,技術規格,核心技術與晶片方案,產品套用與市場,產業影響與未來展望,
標準定義與核心特性
USB Power Delivery 3.1（簡稱USB PD 3.1）是USB-IF（USB Implementers Forum）協會於2021年5月發布的USB Power Delivery快充協定的最新版本。該標準將最大充電功率從PD 3.0的100W提升至240W，旨在為高性能筆記本、顯示器、電動工具等大功率設備提供通用充電解決方案。
USB PD 3.1規範將原有的USB PD 3.0內容歸入標準功率範圍（Standard Power Range，簡稱SPR），最大功率保持100W不變；同時新增了擴展功率範圍（Extended Power Range，簡稱EPR），將最大功率擴展至240W。在EPR範圍內，新增了28V、36V、48V三組固定電壓檔位，對應的最大輸出電流均為5A。此外，還引入了三組可調電壓檔位（Adjustable Voltage Supply，簡稱AVS），分別為15V-28V、15V-36V、15V-48V，最小調壓步進為0.1V。在EPR模式下，AVS允許接收端（Sink）以100mV為步進，在15V至48V之間精細調節電壓，以最佳化性能和熱效率。這種機制也提供了接收來自任何充電器電壓的靈活性，避免了定製適配器的需要。
為實現超過100W的功率傳輸，USB PD 3.1標準要求必須使用支持53.65V電壓等級的EPR專用線纜（普通線纜僅支持20V等級）。同時，供電端（Source）、受電端（Sink）和線纜（Cable）三者之間必須通過交換特定的EPR能力信息進行握手協商，才能從SPR模式進入EPR模式，這些特定的EPR能力信息主要指EPR_Source_Capabilities Message和EPR_Request Messages。若線纜為固定在充電器上的不可分離式線纜（Captive cable），則只需Source與Sink之間握手即可。此外，EPR模式採用了類似PPS的看門狗機制，當供電端（Source）在一段時間內未收到受電端（Sink）的回響時，會強制將VBUS電壓調節至5V，以增強安全性。
發展歷史
2021年10月19日，蘋果推出支持PD3.1 140W快充的筆記本MacBook Pro 16，並隨其推出了支持PD 3.1的140W氮化鎵充電器。
2023年6月，認證檢測機構GRL技流科技開始了PD3.1 EPR認證服務。
2023年末至2024年，市場上多個品牌的產品價格出現下降。
自2021年USB-IF發布PD3.1規範以來，廠商在筆記本、擴展塢、顯示器、充電器、車載充電與移動電源等產品中套用該標準。
技術規格
USB PD 3.1規範將功率傳輸能力劃分為標準功率範圍（SPR）和擴展功率範圍（EPR）兩個部分。標準功率範圍（SPR）繼承自USB PD 3.0，最大功率保持100W不變。擴展功率範圍（EPR）是新增部分，最大功率由100W擴展至240W。USB PD 3.1規範由USB-IF協會於2021年5月正式發布。其商業化套用由蘋果公司於2021年10月推出的首款支持PD3.1 140W快充的16英寸MacBook Pro及其配套充電器開啟。
在電壓電流規格方面，標準功率範圍（SPR）下包含5V、9V、15V、20V固定電壓檔位，最大電流為5A。擴展功率範圍（EPR）下新增了28V、36V、48V固定電壓檔位，最大電流同樣為5A。此外，EPR還定義了可調電壓檔位（AVS），包括15V-28V/5A、15V-36V/5A、15V-48V/5A，其最小調壓步進為0.1V。
USB PD 3.1協定採用BMC（雙相標記編碼）進行雙向通信。協定支持動態角色切換（DRP），允許連線埠在供電端（Source）和受電端（Sink）之間動態切換。
在安全機制方面，EPR模式採用了類似PPS的看門狗（Watchdog）機制，源端（Source）會定期與受電端（Sink）握手，若逾時無回響，則強制將VBUS電壓調回安全的5V。規範對支持EPR的連線器和線纜提出了更高的安規要求，需要額外的機械設計以防止連線或斷開過程中的短路和電弧。
USB PD 3.1規範將USB Type-C線纜分為支持最高20V/5A（100W）的普通線纜，和支持最高50V/5A（240W）的EPR線纜。EPR線纜必須內置E-Marker晶片，用於標識其支持EPR模式和高電壓能力。線纜本身需要能承受53.65V的工作電壓，相關電容的額定電壓需達到63V。超過100W的功率傳輸必須使用EPR線纜，並且需要在Source、Sink和Cable三者之間完成EPR特定信息握手（對於非固定線纜）。
符合USB PD 3.1規範的產品需要通過USB-IF（USB開發者論壇）的認證測試，並獲得唯一的測試ID（TID）。例如，RT7209協定晶片的認證TID為11022，CPSQ8831晶片的認證TID為10612。此外，市面上已有眾多晶片和產品通過了USB-IF的PD3.1認證。
USB PD 3.1的高功率特性使其套用範圍從傳統的手機、筆記本電腦擴展到顯示器、電動工具、通信設備、安防設備乃至部分兩輪電動車等高功率設備領域。
核心技術與晶片方案
實現USB PD 3.1，特別是其擴展功率範圍（EPR）模式，需要協定晶片、E-Marker晶片、集成電源控制器、新型電源架構與功率器件以及符合新標準的被動元件等關鍵技術環節共同協作。
協定晶片是核心，需支持PD 3.1 EPR規範以實現最高48V/5A 240W的功率傳輸。代表性晶片包括慧能泰的HUSB238A、HUSB368、HUSB251、HUSB362，立錡科技的RT7209，英集芯的IP2736，威鋒電子的VL108、VL109，芯海科技的CS32G051，智融科技的SW2505H，樂得瑞的LDR6020，水芯電子的M12269以及易沖半導體的CPSQ8831等。這些晶片需支持AVS可調電壓及寬電壓工作範圍，例如立錡科技的RT7209支持3V至55V的工作電壓，並已通過USB-IF PD3.1認證（TID:11022）。威鋒電子的VL108同樣支持最新的PD3.1 EPR規範，可支持48V 5A（240W）功率輸出。
此外，慧能泰還推出了支持140W供電和取電的HUSB311 USB Type-C & PD控制器晶片，符合USB PD3.1標準並已量產。南芯科技推出了支持EPR等PD3.1協定的SC9712等多款PD3.1 140W快充解決方案晶片。英集芯的IP2756晶片集成USB PD3.1等協定，支持EPR 28V~36V，通過擴展可以支持EPR 48V。昂寶的OB2627支持PD3.1 EPR 48V，並通過了USB-IF認證（TID:10391）。智融科技的SW3566H雙口降壓控制器也獲得了USB-IF PD3.1認證（TID:9447），支持28V5A 140W快充。偉詮電子的WT6678F也是一款支持USB PD 3.1 SPR和ERP 48V規範的協定晶片。一微星的CV753是一款支持USB PD3.1 EPR&SPR的單口快充協定晶片，最高耐壓36V，可實現最高140W(28V/5A)的充電功率。
E-Marker晶片用於EPR線纜，用於標識線纜的功率傳輸能力，需支持50V等級。慧能泰的HUSB332B是首款通過USB PD3.1認證的E-Marker晶片。此外，慧能泰還推出了支持240W USB線纜的HUSB332A E-Marker晶片，該晶片還支持最新的USB4和雷電3數據通信標準，並已量產。
集成電源方案將AC-DC電源控制器與PD協定集成於一體，例如意法半導體的ST-ONEHP，其集成了ACF控制器、同步整流驅動和USB-PD 3.1 EPR協定。德州儀器（TI）推出了TPS26750 EPR PD控制器，可配合BQ25756雙向降壓-升壓充電控制器實現240W EPR電池充電參考設計。
輸出電壓提升至28V/36V/48V對次級濾波電容等被動元件的耐壓提出了更高要求，需要35V-100V的耐壓等級，推動了固態電容等高性能元件的套用。這些技術和晶片方案共同推動了USB PD 3.1生態的成熟與普及。
產品套用與市場
USB PD 3.1標準自2021年發布後，憑藉最高240W的功率輸出能力，其套用範圍從手機、筆記本電腦等傳統消費電子產品，擴展到電動工具、無人機、伺服器、安防設備、工業設備乃至醫療設備等領域。具體產品品類已涵蓋筆記本電腦、外置顯示卡塢、擴展塢、顯示器、充電器、車充以及充電寶等。
蘋果於2021年隨MacBook Pro 16英寸版推出了首款支持PD3.1的140W氮化鎵充電器。此後，綠聯推出了包括閃充湃300W、200W、160W、140W等多款支持PD3.1的氮化鎵充電器；安克、倍思、閃極、IDMIX等品牌也相繼推出了相關產品。在移動電源方面，CUKTECH的20號、30號超級電能倉/柱支持PD3.1 140W輸出，安克則推出了支持雙向PD3.1 140W快充的移動電源。此後，產品型號極大豐富，台達於2025年推出了全球首款支持PD3.1 240W滿功率輸出的電源適配器。微星、聯想等品牌也推出了支持PD3.1供電的筆記本電腦和顯示器。安克、奧海等品牌推出了支持PD3.1的多口充電器、車載充電器；品勝、移速、Mophie等品牌推出了支持PD3.1的大功率移動電源。
PD3.1產品上市初期定價較高。自2023年底起，酷態科、AOHi、移速等品牌的產品定價調整，推動了該協定的普及。
PD3.1生態的兼容性不斷增強，出現了與UFCS等協定的融合方案。同時，安克等品牌推出了同時支持PD3.1和華為超級快充、小米澎湃秒充等私有協定的產品，如Anker Prime充電寶。
對於PD3.1產品的開發與驗證，市面上已有專用的測試設備，如ChargerLAB的POWER-Z KM002C/KM003C測試儀、力科的M310E測試儀等，可用於PD3.1協定的測試與驗證。
產業影響與未來展望
USB PD 3.1標準支持高達240W的功率，使得USB-C接口有望為多種設備供電，推動接口統一化進程。新標準刺激了對支持高壓的協定晶片、氮化鎵功率器件、高耐壓電容、支持EPR的線纜及E-Marker晶片等核心元器件的需求，促進了產業鏈升級。在USB PD3.1規範制定中，華為、小米、立訊精密、慧能泰等多家中國公司積極參與。慧能泰半導體是參與該規範制定的本土晶片設計公司之一。
USB PD 3.1的套用從手機、筆記本電腦擴展到攜帶型電動工具、兩輪電動車、通信電源、安防POE供電、汽車充電、伺服器及醫療設備等領域，市場容量增加。這一改變使得USB PD快充標準的套用市場從傳統消費類電子領域，擴充到攜帶型設備、物聯網設備、智慧型家居、通信和安防設備、汽車及醫療等供電的領域，拓展了其套用範圍。推動通用充電標準有助於減少專用充電器廢棄，減少電子垃圾。
未來技術可能提升功率至480W，並與USB4 V2.0等高速數據傳輸標準協同發展。更高的功率帶來了更嚴峻的靜電放電和浪涌衝擊風險，催生了針對PD3.1接口的專用防護方案。
