電流の“言語”を読む：PDプロトコルの交渉ステップ

はじめに：ケーブルの中で交わされる“会話”

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スマホを充電するとき、ケーブルを挿した瞬間に何かが始まっています。ただ電気が流れているだけではなく、充電器（Source）とスマホ（Sink）が“会話”をしているのです。

この会話の名前が「USB Power Delivery（PD）」です。

電流を流す前に、「どれだけ流していいか」「どんな電圧が必要か」をちゃんと話し合っています。まるで電気の世界の交渉術です。

PD の交渉ステップ：電流の“言語”を分解する

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USB PD は、単なる電源供給ではなく、プロトコルに基づいた通信で成り立っています。その流れは、ざっくり言うと次のようなステップで進みます。

① ケーブルを挿す（物理接続）

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Type-C のコネクタが接続されると、CC ピン（Configuration Channel）で接続状態を検出します。Source（充電器）は「誰か来たな」と気づきます。

② 初期ハンドシェイク（Hello）

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Source は「私は最大 20V・5A まで出せるけど、どうする？」と提案します（Source Capabilities）。Sink（スマホ）は、給電側が提示するリストを見て「じゃあ、9V・2A でお願い」と応答します（Request）。

③ 合意（Accept）

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Source は「OK、9V・2A でいこう」と承認します（Accept）。その後、電圧が 5V から昇圧され、電流が流れ始めます。

この一連の流れは、すべて数十ミリ秒の間に行われる高速な“会話”です。しかも、電気信号で交わされる“言語”は、SOP（Start of Packet）という形式で構造化されています。

会話の中身：パケットの構造をのぞいてみる

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USB PD の通信は、BMC（Biphase Mark Coding）という方式で CC ライン上に送られます。

その中には、次のような情報が含まれています。

• ヘッダ：通信の種類（Source Capabilities, Request など）
• データオブジェクト：電圧・電流・ロール（Source/Sink）などの詳細
• CRC：通信の正しさを確認するチェック値

つまり PD 通信は、「電流を流す前に、ちゃんと自己紹介して、条件を提示して、合意してから始まる」わけです。

まるで丁寧なビジネス交渉のようなやり取りが、ケーブルの中で行われているのです。

なぜこんなに複雑なのか？

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理由はシンプルで、安全性と柔軟性のためです。

• 機器ごとに必要な電圧・電流が違う
• ケーブルの性能もバラバラ（E-Marker IC で通知）
• 間違った電圧を流すと、機器が壊れる可能性もある

だからこそ、PD プロトコルは“電流の言語”として、正確な意思疎通を重視しています。

少し詳しい説明

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通信内容

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通信内容を細かく見ると、次のような流れになっています。

1. 物理的にケーブルが接続されたことを検知
2. コネクタの「表か裏」を検知
3. Source（給電側）と Sink（受電側）の関係を確立
4. USB Type-C ケーブルに Vconn が必要かどうか（eMarker が内蔵されているか）を検知
5. VBUS から供給される 5V 電源の電流値を検知（3A, 1.5A, 500mA）
6. 【5V より高い VBUS 電圧を利用する場合】(Power Negotiation)
7. 【DisplayPort など USB 通信以外の拡張機能を利用する場合】Alternate Mode

5 までは USB Type-C で規定された内容で、6 と 7 が USB PD の仕様に沿ったやりとりです。

USB PD 未対応の Type-C コネクタでも、接続の初期段階では USB PD と共通の処理が行われます。そのため、USB PD 対応と未対応の機器同士が接続されても不具合が発生することはありません。

出力できる電圧

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現在の USB PD 3.2 では最大 48V の電圧を出力でき、供給できる電力は最大で 240W（48V × 5A）です。それまでの最大電力は 100W（20V × 5A）でした。

ちなみに、USB PD 未対応の USB Type-C では電圧は 5V のみ、電力は 15W（5V × 3A）が最大です。

USB PD では、供給可能な電力の表示に応じて、出力可能な電圧と電流の組み合わせが決まっています。

PD の本当の価値は、この表の 9V 以上の列、つまり電圧を引き上げて同じケーブルで大きな電力を送れる点にあります（5V × 3A の行は、PD 未対応でも届く最低ラインです）。

5A 出力には E-Marker 搭載のケーブルが必要です。

240W 出力への拡張

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USB PD 3.1 では、最大電力を 100W から 240W に拡張する EPR（Extended Power Range）機能が追加されました。EPR への対応はオプションです。

従来の USB PD 3.0 の 100W までの仕様は、SPR（Standard Power Range）として USB PD 3.1 に含まれています。

おわりに：電気の世界にも“会話”がある

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USB PD は、単なる電源供給ではなく、電気の世界のプロトコル＝言語です。

その“言語”を理解することで、より安全に、より効率的に、よりスマートに電気を使えるようになります。

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USB 給電の照明を設計する立場から書いています。 → Cool Backline Lab