USB-C 系列第 3 章：为什么有 60W/100W？电流限制、E-marker 和 PD 快充原理

USB-C 入门系列｜第 3 章 / 连载中

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我们先从一根“最普通不过”的 C-to-C 线说起。你把它剥开，里面没有芯片，没有电阻，没有电容，没有 E-marker，全都是一根根直通铜线。但你把它插在 100W 充电头上测协议，会发现它最多只支持 3A 电流。

换句话说：

即使给它连上一个明明支持 100W 的笔记本电脑，它也只能跑到 $20\text{V}\times3\text{A}=60\text{W}$。

大家往往会问几个关键问题：

为什么这种普通的线缆，特别是指这种光秃秃的直通线，它的功率只有60W，或者是20V3A。

因为这是 USB-IF 标准强制规定的物理底线：所有没有 E-marker 芯片的 C-to-C 线，一律只能允许3A电流。无论你线做得多粗、铜多纯、标称200W、宣传宇宙级耐压——只要没有E-marker 芯片，协议层就会强制把电流锁到3A。这不是“线不行”，而是标准不允许你乱来。

在双方还没有开始使用PD协议开始说话之前，Source也就是充电头必须要先通过CC线上的电压，告诉手机现在的5V的状态下，你可以接受多少的电量。

为什么里面没有芯片，为什么充电头敢直接敢在这个线上传输20V的电压，但是电流却只有3A却死活不给5A。

因为要提高功率，升电压比升电流更安全、更高效、更容易实现。伤害人体的是电流，电压只是推动电流的“压力”，如果一条充电线把电流提高到 8A、10A，那线材必须更粗、更贵，也更热，也更危险。而升电压（例如从 5V → 20V）并不会让线里自动流更大的电流，只要设备控制好功率即可。

方案	计算	电线负担
提高电流	5V × 20A = 100W	线异常粗、发热、危险
提高电压（PD标准）	$20\text{V}\times5\text{A}=100\text{W}$	普通 5A 线即可、发热低

大电流危险且不经济，高电压则更容易控制。其次电流大 → 发热大 → 性能更差导线发热来自：$P_{loss}=I^2R$

电流越大，发热是平方增加。举个简单感受：10A 流过线材，损耗是5A的4倍，但是20A 流过，则是 5A 的 16 倍。线变热 → 电阻升高 → 再更热 → 电子设备危险。

所以 USB-PD 标准非常明确：

优先升电压，不优先升电流。

那普通线到底怎么“告诉”充电头它只能 3A？

它根本没告诉，其实是充电头自己测出来的。

关键就在于：普通线内部只有CC1，完全不连CC2。拆开你就知道，CC2 根本是悬空的。于是当线插上后，Source（充电头）会依次侦测：

检测 CC1，发现有5.1kΩ 下拉 $R_d$ -> 判定：连接了设备
然后检测CC2，发现是开路（Open），电压为高电平，于是就判定：没有检测到 $R_a$。
既然没有 $R_a$，说明这根线没有 E-Marker 芯片，根据 USB-IF 标准，无芯片线缆被视为标准3A线缆，

于是 Source 内部立刻把最大输出能力设为：永远≤3A，即使它本体支持100W，也必须在 PD 广播包里“自残”：即使它本体支持100W，也必须在 PD 广播包里“自残”： Sink（手机/笔记本）看到后，只能选60W这个档位。整个过程完全是自动判断，无需芯片参与。

为什么 CC 线能决定电流档位？

在 PD 协商还没开始之前，USB-C 用纯模拟电路来表达 5V 档位下的电流能力。配合我们前面讲到双方如何识别对方的身份，

CC 线上的电压，主要由 Source 供电端的上拉电阻 $R_p$ 和 Sink 设备端的下拉电阻 $R_d$ 共同决定：

$$V_{CC}=5\text{V}\times \frac{R_d}{R_p+R_d}$$

由于 $R_d$ 通常是固定的 5.1kΩ，所以可以把公式写成：

$$V_{CC}=5\text{V}\times \frac{5.1k\Omega}{R_p+5.1k\Omega}$$

也就是说，Source 通过切换 $R_p$ 的取值，就可以改变 CC 线上的电压，从而向 Sink 表示当前默认电流能力。

默认情况下，会有三个挡位来决定供电方的电流：

默认的USB电流（标准）	500mA （USB 2.0）或900mA（USB 3.0）	$R_p=56k\Omega$	$V_{CC}\approx0.41\text{V}$
1.5A 电流	允许最大1.5A （5V 7.5W）	$R_p=22k\Omega$	$V_{CC}\approx0.92\text{V}$
3.0A 电流	允许最大3.0A （5V 15W）	$R_p=10k\Omega$	$V_{CC}\approx0.68\text{V}$

这三个档位只决定5V时的电流。但它为后续的 PD 握手奠定了基础——如果连3.0A 的 $R_p$ 都不敢给，PD 协议通常也不会开启。Sink 通过看 CC 电压就知道：“你最多给我 3A，那我最多只能跑 60W。”

那我们知道了充电头最大可以提供3A的电流，那这个线是如何协商到20V 60W的呢，这个是一个很重要的逻辑闭环：

那普通线是怎么从 5V→20V 的？

它这样一步步来的：

线被判定为无 E-marker → 最大 3A
PD 协议开始沟通
Source 广播：“我支持 20V/3A”
Sink 请求：“给我 20V”
于是形成：$20\text{V}\times3\text{A}=60\text{W}$

整个过程非常严谨，没有一步能越轨。

如果要突破 60W，Source 必须确认线缆能承受 5A。怎么确认？刚刚是不是提到了 $R_a$ 电阻？

支持 5A 的线缆，必须在插头内部的 VCONN 引脚（即那个闲置的 CC 脚）上，接一个1kΩ 的下拉电阻到地：这个下拉电阻就是 $R_a$ ——E-marker 芯片的“门铃”。

只有支持5A的线，才能满足以下结构：CC2 内部接1kΩ 下拉到地（$R_a$）和线内有 E-marker 芯片

此时Source的侦测逻辑就会变化了。

检测 CC1，发现有5.1kΩ 下拉 $R_d$ -> 判定：连接了设备
然后检测CC2，发现CC2 测到电压被拉低到了0.2V 左右（因为有 $R_a=1k\Omega$ 分压）。
发现 $R_a$！说明这是根“高级线！
Source 打开 VCONN 电源开关，向CC2注入5V电力。唤醒E-marker 芯片

我们的CC1在传输信号的时候，CC2就变成了VCONN线路，一旦 VCONN 通电，线缆里的 E-Marker 芯片就被唤醒了。

Source 会发指令问芯片：“你到底支持5A还是只支持3A？”（防止有芯片但是是个只能跑 3A 的雷电线）。只有芯片回复“我支持 5A”，Source 才会在 PD 广播里放出20V/5A 的选项。

总结核心逻辑链：

Source 通过 $R_p$ 告知 5V 下的电流能力。
Source 通过检测 CC2 上有没有 $R_a$ 来判断是不是“高级线”。
无 $R_a$（CC2 悬空） -> 判定为普通线 -> 锁定最大电流 3A -> PD 最大 60W。
有 $R_a$（CC2 拉低） -> 开启 VCONN -> 准备读取 E-Marker。

所以，不要担心用普通线充电脑会烧线，协议层面已经把电流死死锁在 3A 了。下一篇我们会讲到既然 Source 给 VCONN 通了电，接下来它怎么和线缆芯片“对话”？

USB-C 功率限制常见问题

为什么普通 USB-C 线通常只支持 60W？

常见普通 C-to-C 线通常按 3A 电流能力处理，在 20V 下就是 60W。要支持 5A/100W 或更高功率，通常需要线材具备额外识别能力。

E-marker 是什么？

E-marker 可以理解为线材里的电子标识，用来告诉设备这根线支持的电流、速率和能力，是高功率 USB-C 线材中很关键的识别机制。