USBから電源を取るとき、何mAまで使える？

USB 2.0なら500mAが目安です。Type-Cで相手が1.5A・3Aを知らせていれば、その電流まで使えます。

Type-CのCC抵抗5.1kΩは何のため？

充電器に「電力をもらう機器がつながった」と知らせるためです。これがないと充電器は5Vを出しません。

5.1kΩはCC1とCC2の両方に必要？

必要です。1本ずつ、合わせて2本入れます。1本にまとめると、ケーブルによって給電されないことがあります。

A-Cケーブルなら動くのにC-Cケーブルで動かないのはなぜ？

CCの5.1kΩがないためです。A-Cケーブルは中の56kΩで5Vが来ますが、C-Cでは来ません。

USBケーブルで電圧はどれくらい下がる？

細い28AWGの1mで0.5Aなら約0.24V下がります。電流×1mの抵抗×長さ×2本で計算します。

USBの電源にダイオードを入れるのはなぜ？

別の電源があるとき、USBのVBUSへ電流が逆に流れるのを防ぐためです。下がる電圧の分を見込みます。

USBから電源を取る回路｜電流の上限とType-CのCC抵抗5.1kΩ

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USB Type-C から 5V を取るときは、CC1・CC2 をそれぞれ 5.1kΩ で GND につなぎます。この抵抗がないと C-C ケーブルでは充電器が 5V を出さず、理由はCC の抵抗の節、使う電流ごとにやることは早見表にあります。

マイコンの基板を作るとき、電源を USB から取る場面はとても多くあります。パソコンにつなげば動き、スマホの充電器でも動くので便利です。

ただし、USB には「何 mA まで使ってよいか」の決まりがあり、Type-C には「抵抗をつけないと 5V が来ない」というしくみがあります。この記事では、USB から電源を取る回路の設計を、例の基板で順に説明します。

この記事の例：USB Type-C の 5V で動く 3.3V の基板

Type-C の差し込み口から 5V をもらい、LDO で 3.3V にしてマイコンを動かす基板を例にします。使う電流は最大 500mA とします。

差し込み口から来る線は、5V の VBUS、0V の GND、相手を見分ける CC1・CC2、通信の D+・D− です。この記事では、このうち電源に関わる VBUS・GND・CC を扱います。

VBUS のあとに入口の保護（ヒューズ・逆流を防ぐダイオード）を置き、LDO（電圧を下げて一定にする部品）で 3.3V を作ります。CC1・CC2 には、5.1kΩ の抵抗を1本ずつつないで GND へ落とします。

つまり、USB の電源は「電流」「CC の抵抗」「届く電圧」の3つを押さえれば設計できます。

USB の電源は VBUS と GND。Type-C には CC がある

どの USB も、電源は VBUS（5V）と GND（0V）の2本です。Type-C だけは、さらに CC という線で「5V を出してよい相手か」を見分けます。

昔からある四角い Type-A の差し込み口には、VBUS・D−・D+・GND の4本の線があります。パソコンの Type-A の差し込み口は、つないだ瞬間から VBUS に 5V が出ています。

Type-C は、裏表どちらでも挿せるように、VBUS と GND がそれぞれ4本ずつあります。そして CC1・CC2 という2本の線があり、ここにつながった抵抗の値で、つながった相手が何かを見分けます。

つまり、Type-C で電源を取るなら、VBUS と GND に加えて CC の扱いが必要です。

USB の 5V から取れる電流の目安

USB 2.0 のポートは 500mA、USB 3.x は 900mA、Type-C は相手が知らせれば 1.5A・3A まで使えます。相手が何を出せるかわからないときは、500mA までと考えます。

ポートの種類	5V で使える電流	電力
USB 2.0（Type-A など）	500mA	2.5W
USB 3.x（Type-A など）	900mA	4.5W
BC1.2 の充電用ポート	1.5A	7.5W
Type-C（1.5A を知らせる相手）	1.5A	7.5W
Type-C（3A を知らせる相手）	3A	15W
USB PD（話し合い）	相手と決める	電圧も上げられる

USB 2.0 の 500mA は、パソコンとやり取り（enumeration：機器の登録）をして許可をもらった後の値です。やり取りの前は 100mA 未満にする決まりがあります。マイコンの基板で通信をしないなら、500mA を超えない設計にしておくのが安全です。

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USB のポートの電圧は 5V±5%（4.75〜5.25V）です。電圧の下限 4.75V は、後で電圧降下を計算するときに使います。

つまり、まずは 500mA を上限に設計し、それを超えるなら Type-C の相手が 1.5A・3A を出せるかを CC で確かめます。

CC のしくみ：充電器の Rp と、基板の 5.1kΩ で電圧ができる

充電器は CC を抵抗 Rp で 5V へ、基板は CC を抵抗 Rd（5.1kΩ）で GND へつなぎます。2本の抵抗で CC に電圧ができ、充電器はそれを見て 5V を出します。

充電器やパソコン（電力を出す側＝ソース）の CC は、抵抗 Rp で 5V につながっています。基板（電力をもらう側＝シンク）の CC は、抵抗 Rd で GND につながっています。ケーブルの CC の線でこの2つがつながると、Rp と Rd で 5V を分けた電圧が CC にできます。

充電器は、CC の電圧が下がったのを見て「Rd のついた相手がつながった」と判断し、VBUS に 5V を出します。何もつながっていなければ、VBUS は 0V のままです。

Rp の値は、充電器が出せる電流で決まっています。ふつう（500mA・900mA）なら 56kΩ、1.5A なら 22kΩ、3A なら 10kΩ です。

つまり、CC は「抵抗2本の分圧」で、相手がいるか・何 A 出せるかを伝え合う線です。

5.1kΩ は CC1 と CC2 に1本ずつ。1本にまとめない

5.1kΩ は CC1 と CC2 に1本ずつ、合わせて2本つけます。2本の CC をつないで1本の抵抗にまとめるのは、まちがいです。

ケーブルの中で CC の線は1本だけで、挿した向きによって、基板の CC1 か CC2 のどちらかにつながります。だから、両方に 5.1kΩ をつけておけば、裏表どちらで挿しても充電器から 5.1kΩ が見えます。

「どうせ片方しかつながらないなら、まとめて1本でいい」と考えたくなりますが、これは失敗のもとです。中に小さな部品（e-marker：ケーブルの性能を伝えるチップ）の入ったケーブルでは、その部品がもう片方の CC からも見えてしまい、充電器が「つながったのは別の種類の機器だ」と判断して 5V を出さないことがあります。

つまり、5.1kΩ は CC1 用と CC2 用で必ず2本です。

CC の電圧を測れば、使ってよい電流が分かる

CC の電圧が約0.42V ならふつう（500mA・900mA）、約0.94V なら 1.5A、約1.69V なら 3A まで使えます。500mA を超えて使いたいときは、この電圧を読みます。

充電器が出せる電流	Rp	CC の電圧（計算）	見分ける範囲
ふつう（500mA/900mA）	56kΩ	0.42V	0.25〜0.61V
1.5A	22kΩ	0.94V	0.70〜1.16V
3.0A	10kΩ	1.69V	1.31〜2.04V

見分ける範囲は、TI の Type-C の IC「TUSB321AI」のデータシートの値です。計算した電圧は、どれも範囲のまん中あたりに入ります。5.1kΩ のばらつき（4.6〜5.6kΩ）を入れても、範囲の外には出ません。

CC の電圧を読むには、マイコンの A/D 変換（電圧を数字に変える機能）につなぐか、専用の IC を使います。読まない設計なら、相手が何を出せるかわからないので、500mA までにします。

つまり、5.1kΩ をつけるだけなら 500mA まで。もっと使うなら CC の電圧を読んで、相手が 1.5A・3A を出せるときだけにします。

CC の抵抗がないと、C-C ケーブルでは 5V が来ない

5.1kΩ をつけ忘れると、Type-C の充電器と C-C ケーブルでは 5V が来ません。A-C ケーブルではケーブルの中の 56kΩ が 5V を出すので動いてしまい、まちがいに気づきにくいのが落とし穴です。

Type-C の充電器＋C-C ケーブル

Type-C の充電器は、相手の 5.1kΩ が見えてから VBUS に 5V を出します。5.1kΩ のない基板をつなぐと、充電器は「何もつながっていない」と判断し、5V を出しません。

Type-A の充電器＋A-C ケーブル

Type-A の差し込み口は、いつも 5V が出ています。さらに、Type-A と Type-C をつなぐケーブルの中には、56kΩ の Rp が入っています。だから、5.1kΩ のない基板でも 5V が来て動きます。

つまり、Type-C の差し込み口をつけたら、5.1kΩ×2 は必ず入れます。確かめは C-C ケーブルで行います。

ケーブルの電圧降下：行きと帰りの2本分で下がる

ケーブルの電線にも抵抗があるので、電流が流れると電圧が下がります。VBUS の線と GND の線の2本分で計算します。

電流は、充電器から VBUS の線を通って基板に行き、GND の線を通って帰ってきます。だから、長さは片道ではなく2本分です。

USB ケーブルの細い電線（28AWG）の抵抗は、1m あたり最大 0.237Ω です（L-com の USB ケーブルの仕様書）。1m のケーブルで 0.5A 流すと、0.5×0.237×1×2＝0.237V 下がります。5V の充電器なら、基板に届くのは約4.76V です。

太い電線（20AWG、1m あたり 0.0346Ω）なら、0.5×0.0346×1×2＝約0.035V しか下がりません。同じ 1m でも、太さで約7倍ちがいます。

つまり、ケーブルは「小さな抵抗」です。電流×抵抗×2本で、下がる電圧を見積もります。

ケーブルの太さと長さで、基板に届く電圧が変わる

細いケーブルを長くして大きな電流を流すと、基板に届く電圧が大きく下がります。28AWG・2m で 1.5A なら、5V が約3.6V まで下がります。

充電器の出口を 5.0V として、電流ごとに基板に届く電圧を計算しました（コネクタの接触の分は入れていません）。

ケーブル	0.5A	1A	1.5A
20AWG・1m	4.97V	4.93V	4.90V
28AWG・1m	4.76V	4.53V	4.29V
28AWG・2m	4.53V	4.05V	3.58V

500mA までなら、細い 1m のケーブルでも 4.76V で、USB の下限 4.75V とほぼ同じです。1A を超えると、細いケーブルでははっきり下がります。

つまり、1A を超えて使うなら、太く短いケーブルを指定するか、電圧が下がっても動く設計にします。

届く電圧の見積もり：いちばん低い条件で足し引きする

ポートの下限 4.75V から、ケーブルの 0.24V と、ダイオードの 0.5V を引くと約4.0V。3.3V の LDO に要る約3.54V より上なので、例の基板は動きます。

電圧の見積もりは、いちばん不利な条件で行います。ポートの電圧は下限の 4.75V、ケーブルは細い 28AWG の 1m、電流は最大の 0.5A です。

4.75V −（ケーブル）0.237V −（逆流防止のダイオード SS34）0.5V ＝ 約4.01V。

LDO（TLV755P）で 3.3V を作るには、3.3V＋ドロップアウト電圧（最大 0.238V）＝約3.54V 以上が要ります。4.01V なら約0.47V の余裕があります。

つまり、「下限 − ケーブル − ダイオード」が、使う部品の必要な電圧より上かを確かめます。

逆流：自分の電源から USB へ電流を押し込まない

基板に USB 以外の電源（AC アダプタや電池）もあるなら、ダイオードで「出る向き」だけにして、USB の VBUS へ電流が逆に流れないようにします。

USB と AC アダプタの両方から電源を取れる基板で、2つを線でつないだだけだと、電圧の高いほうから低いほうへ電流が流れます。アダプタの電圧が少し高いと、USB の VBUS へ電流が逆に流れ込み、パソコンや充電器に負担をかけます。

それぞれの電源のあとにダイオードを1本ずつ入れると、電流は電圧の高い電源からだけ回路へ流れ、反対の電源へは戻りません。電圧の下がりが小さいショットキーダイオード（例：SS34、最大 0.5V）がよく使われます。

ダイオードでは電圧が下がる分、熱も出ます。0.5A なら 0.5V×0.5A＝最大0.25W です。もっと損失を減らしたいときは、MOSFET を使う方法もあります。

つまり、電源が2つあるなら、それぞれにダイオードを入れて、電流の向きを決めます。

USB の入口に置く部品：ヒューズ・TVS・ダイオード・コンデンサ

差し込み口のすぐ後ろにヒューズと TVS で守りを置き、ダイオードとコンデンサのあとで LDO が電圧を作る、という並びが一例です。

ヒューズ：ショートからポートを守る

基板の中でショートが起きたとき、USB のポートに大きな電流が流れないように、ヒューズを入れます。何度でも元に戻る PTC（ポリスイッチ）がよく使われます。

TVS：差し込むときの静電気を逃がす

USB は、人が手で抜き差しする差し込み口です。差し込むときの静電気が回路に入らないように、TVS ダイオード（大きな電圧を GND へ逃がす部品）を VBUS や CC・D+・D− に入れます。

コンデンサ：電圧を安定させる

LDO の手前に、電圧を安定させるコンデンサを置きます。大きすぎると、差し込んだ瞬間に大きな電流（突入電流）が流れるので、容量は控えめにします。

つまり、USB の入口は「守る（ヒューズ・TVS）→ 向きを決める（ダイオード）→ ためる（コンデンサ）→ 作る（LDO）」の順で考えます。

早見表：何 mA 使うかで、USB 側でやること

500mA までなら 5.1kΩ×2 だけで足ります。500mA を超えるなら CC の電圧を読み、相手が出せるときだけ使います。

使う電流	基板に入れるもの	相手の条件
〜100mA	5.1kΩ×2 だけ	どのポートでも余裕あり
〜500mA	5.1kΩ×2 だけ	USB 2.0 の上限まで
〜1.5A	5.1kΩ×2＋CC の電圧を読む	1.5A・3A を知らせる相手だけ
〜3A	5.1kΩ×2＋CC の電圧を読む	3A を知らせる相手だけ。太いケーブル
3A 超・9V など	USB PD の IC	相手との話し合いが要る

USB 3.x の 900mA は、パソコンとのやり取りのあとで使える値なので、CC の電圧だけでは 500mA と区別できません。

つまり、迷ったら「500mA まで・5.1kΩ×2」で設計し、足りなければ CC の電圧を読む設計に進みます。

確かめ：基板の入口で電圧を測り、いちばん重い動きをさせる

USB チェッカーで電流を、テスターで基板の入口の電圧を測ります。いちばん電流の多い動きをさせたときに、届く電圧が足りているかを見ます。

最低限ここだけ（2つ）

1つ目は、Type-C の充電器と C-C ケーブルで電源が入るかです。A-C ケーブルだけで確かめると、5.1kΩ のつけ忘れに気づけません。

2つ目は、基板の入口の電圧です。無線の送信やモーターなど、いちばん電流の多い動きをさせながら、テスターで基板の VBUS と GND の間を測ります。USB チェッカー（差し込み口にはさんで電圧と電流を表示する道具）は充電器の出口の電圧なので、基板に届く電圧はケーブルの分だけ低くなります。

余裕があれば

いちばん細く長いケーブルでも試します。パソコンの差し込み口・スマホの充電器・モバイルバッテリーなど、つなぐ相手を変えても電源が入るかを確かめます。

つまり、「C-C ケーブルで電源が入るか」と「重い動きのときに入口で何 V か」の2つを、実物で確かめます。

USB から電源を取るときのよくある失敗4つ

多い失敗は、CC の抵抗の入れ忘れ・抵抗を1本にまとめる・500mA を超えて使う・ケーブルの電圧降下を見ない、の4つです。

失敗1：CC の抵抗を入れ忘れる

A-C ケーブルでは動くのに、Type-C の充電器と C-C ケーブルでは 5V が来ません。CC1・CC2 に 5.1kΩ を入れます。

失敗2：5.1kΩ を1本にまとめる

CC1 と CC2 をつないで抵抗を1本にすると、中に部品の入ったケーブルで給電されないことがあります。1本ずつ入れます。

失敗3：500mA を超えて使う

相手が出せる電流を確かめずに 1A 流すと、電圧が落ちたり、パソコンのポートが止まったりします。超えるなら CC の電圧を読みます。

失敗4：ケーブルの電圧降下を見ない

細く長いケーブルで電流が大きいと、基板に届く電圧が 4.75V を大きく下回ります。届く電圧を計算し、入口で測って確かめます。

つまり、「5.1kΩ×2」「500mA」「届く電圧」の3つを守れば、USB の電源で大きく外しません。

VBUS（ブイバス）	USB の電源の線。ふつうは 5V が来る
GND（グランド）	電圧の基準になる 0V の線。電流の帰り道
Type-C（タイプシー）	裏表どちらでも挿せる、小さな楕円形の USB の差し込み口
CC（シーシー）	Type-C で、相手を見分けたり、使える電流を知らせたりする線。CC1・CC2 の2本
Rp・Rd	Rp は充電器側で CC を 5V へつなぐ抵抗、Rd は基板側で CC を GND へつなぐ抵抗（5.1kΩ）
ソース・シンク	電力を出す側（充電器・パソコン）と、もらう側（自分の基板）
電圧降下	電線の抵抗に電流が流れて、電圧が下がること
AWG（エーダブリュージー）	電線の太さの表し方。数字が大きいほど細い（28AWG は細く、20AWG は太い）
逆流	自分の基板の電源から、USB の側へ電流が逆に流れ込むこと