Was ist USB PD (Power Delivery - Power Delivery)?

Was ist USB PD (Power Delivery)? Wir erklären es im Detail. Wir bieten eine funktionale Erklärung und grundlegende Informationen, einschließlich aktueller USB-Standards wie USB PD 3.0 und dem neuesten PD-Standard USB PD 3.1 sowie den aktuellen Entwicklungen im Bereich USB.

Seit der Vorstellung unserer USB PD-Produkte auf der Techno-Frontier 2018 haben wir zahlreiche Anfragen erhalten mit der Frage: „Was ist USB Power Delivery?“ Auf dieser Seite möchten wir daher eine Erklärung geben. Dieses Gerät, das mehrere Geräte gleichzeitig aufladen kann, passt die Stromversorgung automatisch an das angeschlossene Gerät an und ist deshalb äußerst praktisch.

Bei der letzten Techno-Frontier haben wir zwei neue USB PD (Power Delivery)-Produkte vorgestellt. Wir danken den vielen Besuchern für die positive Resonanz. Aufgrund der steigenden Nachfrage haben wir bei Unifive zwei neue Modelle mit 40 W und 60 W entwickelt. Unser Angebot wird kontinuierlich erweitert, unter anderem mit einem 65 W-Modell.

Was ist USB PD (Power Delivery)?

USB PD – Die Vorteile der nächsten Generation von USB mit Datenübertragung und Hochleistungsladung

USB PD (Power Delivery) ist eine neue USB-Technologie, die es ermöglicht, sowohl Daten als auch Strom über ein einziges Kabel zu übertragen. AC-Adapter, die USB PD unterstützen, nutzen USB Type-C-Kabel zur gleichzeitigen Übertragung von Strom und Daten und maximieren so die Leistungsfähigkeit von USB. Im Vergleich zu herkömmlicher USB-Aufladung ermöglicht diese Technologie eine deutlich höhere Stromversorgung, wodurch nicht nur Smartphones und Tablets, sondern auch größere Geräte wie Laptops geladen werden können.

Im Folgenden sind die Hauptfunktionen von USB PD zusammengefasst:

• Im Vergleich zu USB 1.1 (2.5 W), USB 3.0 (4.5 W) und USB BC1.2 (7.5 W) erlaubt USB PD eine Stromversorgung von bis zu 100 W.

• Stromquelle und Verbraucher sind nicht mehr festgelegt und können ihre Rollen austauschen („Role Swap“). Zum Beispiel kann ein Laptop zunächst eine externe Batterie aufladen, danach kann die Batterie den Laptop laden, sofern ein Type-C-Kabel verwendet wird.
• Optimierung der Stromversorgung für mehrere angeschlossene Geräte.

• Automatische Anpassung der Stromversorgung an das angeschlossene Gerät.

Aktuelle USB-Situation

Heutzutage findet man USB-Ports überall, nicht nur im Auto, sondern auch in Bus und Flugzeug. Das Laden von Geräten über den USB-Port eines PCs ist alltäglich geworden – USB ist zu einem allgegenwärtigen Ladeanschluss für Smartphones und andere Kleingeräte geworden.

Ursprünglich wurden USB-Ports hauptsächlich zur Datenübertragung mittels Treiber genutzt. Mit der Zeit begannen Nutzer jedoch, USB auch zunehmend zur Stromversorgung zu verwenden.

Mit USB PD 3.0 für mehr Sicherheit

USB PD 3.0 ist die neueste Norm, entwickelt vom USB-IF (Implementers Forum), um minderwertige Kabel und Geräte, die den Spezifikationen nicht entsprechen, aus dem Markt zu verdrängen und so eine sichere Nutzung von USB PD zu gewährleisten.

Im Vergleich zu Version 2.0 ist das „Role Swap“ bei USB PD 3.0 deutlich schneller. Dadurch verringert sich das Risiko von Datenverlusten bei einer plötzlichen Unterbrechung der Stromversorgung.

Zudem wurde mit C-AUTH (USB Type-C Authentication) eine gegenseitige Authentifizierung zwischen Geräten eingeführt, um zu prüfen, ob das angeschlossene Gerät oder Kabel vertrauenswürdig ist. Im Problemfall wird die Funktion blockiert.

* Hier finden Sie weitere Informationen über USB Type-C

USB PD 3.1: Die Weiterentwicklung mit bis zu 240 W Ladeleistung

Inzwischen ist USB PD 3.0 weit verbreitet, doch das USB-IF (Implementers Forum) veröffentlichte am 26. Mai 2021 die neue Spezifikation USB Power Delivery Revision 3.1.

Dies ist ein bedeutendes Update, das die Stromversorgung von bis zu 240 W über USB Type-C®-Kabel und -Anschlüsse ermöglicht. Zuvor war USB PD auf 100 W mit 20 V und 5 A begrenzt.

Zugleich wurden die Spezifikationen des USB Type-C auf Version 2.1 aktualisiert, einschließlich Kabelanforderungen für 240 W. Auch das USB PD-Protokoll wurde überarbeitet, um die Stromzufuhr für Geräte, die mehr als 100 W benötigen, zu ermöglichen.

Die neue Architektur definiert ein umfassenderes Power-Negotiation-Protokoll, um eine sichere Nutzung dieser hohen Leistung zu gewährleisten. Geräte, die zwischen 100–240 W benötigen, müssen dabei strengere Sicherheitsanforderungen erfüllen, entsprechend der Vorschriften der jeweiligen Länder.

Mit dieser neuen Funktionalität können selbst leistungsstarke Laptops von herkömmlichen Netzteilen auf USB Type-C umsteigen.

Neu: Drei feste Spannungsstufen durch EPR (Extended Power Range)

Eine der Hauptmerkmale von USB PD 3.1 ist die Auswahl von drei neuen festen Spannungen. Zusätzlich zu den bisherigen SPD PDO/SPR APDO Spezifikationen mit 5 V, 9 V, 15 V und 20 V können nun auch 28 V (über 100 W), 36 V (über 140 W) und 48 V (über 240 W) genutzt werden. Die neue Funktion EPR (Erweiterter Leistungsbereich) erlaubt die Stromversorgung oberhalb von 20 V. Dank EPR sind 28 V, 36 V und 48 V als feste Spannungen hinzukommend, um Lieferleistungen von über 100 W, 140 W bis hin zu 240 W zu ermöglichen.

EPR-Modus: Kommunikationsprotokolle für sichere Hochleistungsversorgung

Der EPR-Modus basiert auf einem Kommunikationsprotokoll für die sichere Lieferung hoher Leistungen. Quelle (Stromgeber) und Senke (Verbraucher) prüfen gegenseitig ihre Funktionen, bevor sie in den EPR-Modus wechseln und stimmen sich auf eine sichere Stromversorgung ab.

Nachfolgend eine übersichtliche Tabelle zur Entwicklung und zu den Spezifikationen bis zur Einführung von USB 3.1:

Das schnellste und effizienteste Ladeerlebnis mit USB PD

USB Power Delivery bietet mehr als nur hohe Leistung. USB Type-C verfügt über eine spezielle Signalleitung namens CC (Configuration Channel), welche automatisch erkennt, welches Gerät angeschlossen ist, und so das passende Ladeprofil auswählt – auf diese Weise startet der Ladevorgang besonders schnell.

 Fortschritte bei Type-C-Kabeln: Mehr Sicherheit durch EPR-Unterstützung

Mit dem Ausbau von USB PD 3.1 wurden auch die Spezifikationen für USB Type-C-Kabel auf Version 2.1 aktualisiert. EPR-kompatible Kabel enthalten einen sogenannten E-Marker-Chip, der belegt, dass das Kabel für 50 V und 5 A geeignet ist, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit bei hohen Ladeleistungen erhöht.

Hocheffizient und kompakt durch Kombination mit GaN-Technologie

GaN (Galliumnitrid) ist ein vielversprechendes Halbleitermaterial der nächsten Generation. GaN-basierte Leistungsbauteile zeichnen sich durch geringere Energieverluste und höhere Schaltgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Bauteilen aus. Durch die Kombination von USB PD 3.1 mit GaN-Technologie lassen sich Effizienzsteigerungen und kompaktere Designs realisieren.

Die zeitliche Entwicklung von USB PD

Bisher lag der Fokus darauf, was USB PD und insbesondere USB PD 3.1 ist. Nun werfen wir einen Blick auf die geschichtliche Entwicklung im Zeitverlauf, um das technische Fortschreiten besser zu verstehen.

Vor USB PD: Niedrigleistungsladung und wildwüchsige Standards (1996–2012)

• 1996: Einführung von USB 1.0. Hauptsächlich für Datenübertragung vorgesehen, war jedoch auch schon Stromversorgung (5 V, 100 mA) möglich – für Ladezwecke jedoch unzureichend.
• 2000: USB 2.0 erscheint und steigert die Datenrate sowie die Stromstärke auf 5 V, 500 mA – genug für einfache Geräte wie Handys.
• 2007: Einführung von USB BC (Battery Charging) 1.1 mit festem Spannungswert von 5 V und bis zu 1.5 A, also bis 7.5 W Ladeleistung.
• 2010: USB BC 1.2 erscheint mit weiter optimierten Ladeparametern.
• In dieser Phase verbreitete sich das USB-Laden zunehmend, doch Probleme wie unzureichende Leistung und fehlende Normen blieben bestehen. Laptops und andere Geräte mit höherem Leistungsbedarf stießen schnell an die Grenzen.

Die Entstehung und Weiterentwicklung von USB PD: Bidirektionale Hochleistungsladung (2012–2021)

• 2012: Einführung von USB PD 1.0. Ermöglicht Stromversorgung von bis zu 100 W (20 V, 5 A) und erlaubt das Laden größerer Geräte wie Notebooks.
• USB PD 1.0 definierte fünf Standard-„Profile“ zur Leistungsdefinition. Die Spannungs- und Stromverhandlungen zwischen Geräten sorgten für sichere Stromübertragungen. Da alte USB-Anschlüsse durchgehend 5 V lieferten, war jedoch keine bidirektionale Stromversorgung möglich.
• 2014: USB PD 2.0 erscheint. Einführung des PDO (Power Data Object)-Modells für flexiblere Leistung, gleichzeitig kam USB Type-C auf den Markt. Der neue Stecker ist kompakt, symmetrisch und kann beidseitig eingesteckt werden.
• 2015: USB PD 3.0 wird eingeführt. PPS (Programmable Power Supply) erlaubt fein abgestimmte Spannungsanpassungen in 20 mV-Schritten, was die Ladeeffizienz deutlich erhöht. Auch die Ladung von Lithium-Ionen-Akkus wurde optimiert. Zugleich wurden sicherheitsbezogene Spezifikationen wie Authentifizierung aufgenommen.

USB PD 3.1 und GaN-Technologie: Mehr Leistung und höhere Effizienz (ab 2021)

• 2021: USB PD 3.1 wird eingeführt. Mit EPR (Extended Power Range) ist nun eine Stromversorgung von bis zu 240 W (48 V, 5 A) möglich. Fortschritte in der GaN-Technologie ermöglichen eine höhere Effizienz und kompaktere Designs von Ladegeräten. Referenzdesigns wie der EPC9195 demonstrieren die Leistungsfähigkeit von USB PD 3.1 in Verbindung mit GaN.

Die Zukunft von USB PD: Stromversorgung für alle Geräte

USB PD wird nicht nur bei Notebooks, Smartphones und Tablets Anwendung finden, sondern auch bei Haushaltsgeräten und industriellen Anwendungen. Durch die Weiterentwicklung von USB PD 3.1 und GaN-Technologie könnte in Zukunft jedes Gerät über USB Type-C geladen werden.

Unifive bietet eine breite Palette neuester, kompakter AC-Adapter mit GaN-Technologie und USB PD an.

Wir bieten flexible Lösungen, auch in kleinen Stückzahlen. Bei Musteranforderungen oder weiteren Fragen wenden Sie sich gerne an unseren Vertrieb.

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