2000年，USB2.0發佈，伴隨發佈的還有5V充電規範，憑藉著優秀的通用性，這個介面首先在電腦上得到大規模普及，電腦外設得到飛速發展。 2007年，USB-IF推出了microUSB介面，將5V充電帶入了更多數碼設備，如mp3、mp4、手機等，這時輸出端電容採用6.3V-10V即可滿足需求。

2014年，高通推出了QC2.0快充，將手機帶入了9V快充時代，標誌著手機充電器固態電容全面進入16V時代，加速了固態電容在快充中的全面應用。

2017年，蘋果推出了16吋的MacBook Pro，隨之標配了一個87W快充，這個快充支援20V輸出，也標誌著25V固態電容在快充中的批量應用。

2021年，USB-IF發佈了最新USB PD3.1快充標準，USB-C介面電壓上限從20V新增了28V、36V、48V等多個檔位;輸出端電容器需要35-100V才能滿足設計需求。

下面一張圖回顧輸出濾波電容歷史和選型表。

21年間，充電器輸出端電容器耐壓從6.3V暴漲到100V，足足提升了15倍。 那麼USB PD3.1快充標準發佈，將給電容行業帶來哪些機遇和挑戰？

USB PD3.0憑藉著強大的相容性，多電壓輸出的優勢，出貨量非常大，目前已經佔據了市場的絕大多數份額。 新技術比如第三代半導體，新工藝例如平面變壓器及更新的散熱材料也都第一時間應用在充電器上，很多曾經是使用專用充電器的設備，也開始使用PD充電器供電。

但USB PD3.0最大20V 5A 100W的輸出，已經不能滿足高性能計算設備和大功率快充的供電了，所以USB IF推出了USB PD3.1標準，支援48V 5A，240W輸出，可承載更高的功率，擴展更多的使用場合。

USB PD3.1標準，功率的提升和體積的要求，對電源中最重要的被動元件，電容帶來了全新的要求。 電容在充電器中起到濾波的作用，充電器的可靠性、輸出品質以及壽命與電容的品質息息相關。 根據市場的發展趨勢，USB PD3.1也會走小體積高密度路線，這意味著對電容的要求還會提高。

初級PFC升壓濾波電容

首先是開關電源要通過高頻率來做到小體積，還要使用PFC電路來減小初級電解電容的體積。 假設不使用PFC電路，考慮到寬電壓範圍輸入，對於USB PD3.1的最大240W輸出功率來說，初級電容可能需要470μF到500μF的容量。 大容量電容巨大的體積這對於便攜式電源是幾乎不可實現的。

圖為日化450V390μF電解電容，直徑為30mm。 其在一款550W的伺服器電源中應用，若在未使用PFC的寬壓輸入電源使用時，只能支援200W的輸出功率。

好在PFC對於大功率電源是強制要求加入的，PFC的加入首先可以實現功率因數校正的一個效果，減小充電器初級開關對電網的干擾，另外還有一個優點就是可以顯著的減少初級電容的容量。

因為PFC為升壓電路，通常不使用PFC的話，初級電容上電壓為310V左右，使用PFC以後，電壓可達到390V，可降低電容容量需求，從2μF/W減小到1μF/W或更小，既從500μF的容量下降到200μF，從而大幅減小體積。

通常，在充電器中，還會選擇多顆小容量的電容並聯，來提高空間利用率，降低使用大尺寸電容帶來的空間浪費，並且充分合理的利用充電器內部空間。

PFC的加入，對初級濾波電解的耐壓要求增高，能在高壓高溫下穩定可靠的工作，成為了新的難題。 並且為了減小體積，LLC開關的頻率也要提高，在有限的體積內，對電容的內阻、損耗、耐壓、漏電流都提出了新的高要求。

USB PD3.1大功率電源，將會對高耐壓高紋波電流電容的市場帶來利好。 在電源中，為了提高功率密度，電源廠家將會選用小型化，高耐壓，低損耗，低漏電流，高可靠性的電容來作為主電容。

PWM主控晶片供電電容

除去輸入端的高壓濾波電容，為開關電源初級PWM主控晶元供電濾波的電容也同樣重要。 為PWM主控晶元供電的電容通常容量較小，並且放置在變壓器或者散熱片附近，長期受高溫加熱，電容老化損壞也會造成電源不能正常工作。

對於高端電源，會使用耐高溫的聚合物鉭電容或者耐高溫的電解電容，確保高溫下足夠的壽命，來為PWM晶元提供穩定的供電，保證電源的穩定運行。

圖為聯想YOGA CC130 雙口氮化鎵充電器中使用的VISHAY T50系列聚合物鉭電容，支援125°C寬溫，25V33μF兩顆並聯。

圖為永銘LMM系列105°C長壽命電解電容，具有8000小時壽命，可在主控晶元供電濾波中應用。

圖為紅寶石RX30系列電解電容，耐高溫130°C，相比105°C電容在相同溫度下可提供更長的壽命。

次級同步整流濾波電容

USB PD3.1最大48V的輸出電壓，也對次級濾波固態電容提出了更高的要求。 傳統20V輸出的USB PD3.0，使用25V耐壓的電容即可滿足耐壓需求，而48V輸出電壓，則需要耐壓63V的電容。 輸出電壓的提升，對電容的體積，漏電流，紋波電流都提出了全新的要求。

根據使用場合的不同，充電器一般分為兩種，一種是輸入插線，輸出帶線的筆記本原裝電源，體積較大，內部空間也較大，可使用低阻電解電容濾波，使用較大的容量來獲得較低的輸出紋波。

聯想300W遊戲本充電器，電源不帶輸入線的重量為880克，20V輸出採用6顆日化470μF25V電解電容並聯濾波。

另外一種是極致追求小體積的充電器，內部通常使用氮化鎵開關管，搭配平面變壓器，高開關頻率。 這種充電器一般都會使用固態電容進行輸出濾波，一是因為固態電容的頻率特性適合高頻應用，另外固態電容的阻抗更低，可以用相對少的容量，滿足輸出紋波要求。

在48V輸出電壓下，至少需要使用63V的電容進行輸出濾波。 考慮到小體積要求，開關電源的開關頻率將達到數百KHz，對電容的高頻性能有一定要求。 考慮到穩定性和可靠性，通常會使用固態電容來提供穩定可靠的輸出。 目前國內有多個廠家已推出高耐壓高可靠性固態電容，迎接USB PD3.1的到來。

充電頭網總結

USB PD3.1的功率提升，就是充電器輸出功率提升，歸根結底就是輸出電壓和電流的提升。 輸出功率的提升，必然要對電容器件帶來新的要求，尤其是25V-100V的電容應用出現。 包括耐壓，內阻，漏電流，紋波電流能力，這些相比之前的應用環境都有了更高的要求。

而能滿足這些新要求的電容品牌，就能在第一時間享受到USB PD3.1出貨帶來的市場紅利，搶佔市場先機，完成高端化品牌佈局。

伴隨著USB PD3.1的推出，240W的輸出功率，能夠滿足一部分大功率設備的需求。 當用戶體驗到一個通用充電器取代多個傳統專用充電器的方便，空間節省以及垃圾的變少，高效率和小體積時，傳統的充電格局將發生重大改變。