Was ist USB PD (Power Delivery)?

Was ist USB PD (Power Delivery)? Hier wird es ausführlich erklärt. Wir stellen funktionale Erklärungen und grundlegende Informationen bereit, einschließlich des PD-Standards USB PD 3.0, des neuesten Standards USB PD 3.1 und aktueller Entwicklungen rund um USB.

Seit der Vorstellung unserer USB PDProdukte auf der Techno-Frontier 2018 haben wir zahlreiche Fragen erhalten: "Was ist USB PD (Power Delivery)?" In diesem Artikel möchten wir dies erklären. Dieses Gerät, das mehrere Geräte gleichzeitig aufladen kann, passt den Energiefluss automatisch an die angeschlossenen Geräte an und ist somit äußerst praktisch.

Auf der letzten Techno-Frontier präsentierten wir zwei neue USB PD (Power Delivery)-Produkte. Wir bedanken uns herzlich für das positive Feedback der Besucher. Aufgrund der jüngsten Kundenanfragen hat UNIFIVE zwei USB PDProdukte mit 40 W und 60 W entwickelt und das Sortiment um ein 65-W-Modell erweitert.

Was ist USB PD (Power Delivery)?

USB PD: Die Vorteile der nächsten USB-Generation mit Datenübertragung und Hochleistungsladung

USB PD (USB Power Delivery) ist eine neue USB-Technologie, die sowohl Datenübertragung als auch Hochleistungsladung über ein einziges Kabel ermöglicht. Mit einem USB-PD-kompatiblen AC-Adapter, der über ein USB Type-C-Kabel angeschlossen wird, können gleichzeitig Strom und Daten übertragen werden – das maximale Potenzial von USB wird genutzt. Im Vergleich zu herkömmlichen USB-Ladeverfahren ermöglicht USB PD eine wesentlich höhere Stromversorgung, was nicht nur Smartphones und Tablets, sondern auch größere stromhungrige Geräte wie Laptops unterstützt.

Die Funktionen von USB PD im Überblick:

• Im Vergleich zu USB1.1 (2.5W), USB3.0 (4.5W) und USB-BC1.2 (7.5W) ermöglicht USB PD eine Stromversorgung von bis zu 100W.

• Die strikte Trennung in Energiequelle und Empfänger entfällt, und die Rollen können gewechselt werden (Role Swap). So kann beispielsweise eine externe Batterie, die normalerweise vom PC geladen wird, den PC aufladen (bei Verwendung eines Type-C-Kabels).
• Optimierung der Stromversorgung für mehrere externe Geräte gleichzeitig möglich.

• Automatische Anpassung der Leistung an das angeschlossene Gerät.

Aktuelle USB-Entwicklungen

USB-Anschlüsse sind mittlerweile überall zu finden: im Auto, in öffentlichen Bussen oder selbst im Flugzeug. Auch die Stromversorgung über USB-Anschlüsse von Computern ist längst alltäglich geworden. USB ist eine fast allgegenwärtige Stromquelle für kleine Geräte wie Smartphones.

Ursprünglich dienten herkömmliche USB-Anschlüsse hauptsächlich der Datenübertragung, aber sie entwickelten sich zunehmend zu Stromversorgungsquellen für Ladezwecke.

USB PD 3.0 – sichere Nutzung durch aktuelle Standards

Die USB Implementers Forum (USB-IF), die für die USB-Spezifikationen zuständig ist, hat den neuesten Standard USB PD 3.0 entwickelt, um minderwertige Kabel und nicht spezifikationskonforme Produkte vom Markt zu entfernen und eine sichere Nutzung von USB PD zu gewährleisten.

Im Vergleich zu Version 2.0 bietet USB PD 3.0 eine schnellere Role Swap-Funktion, was im Falle eines Stromausfalls das Risiko von Datenverlust verringert.

Zudem wurde das gegenseitige Authentifizierungsverfahren namens C-AUTH (USB Type-C Authentication) eingeführt. Geräte und Kabel können sich verifizieren, und bei Problemen wird die Funktion blockiert.

* Erklärung zu USB-Type-C finden Sie hier

USB PD 3.1 – Weiterentwicklung mit bis zu 240W

Obwohl USB PD 3.0 derzeit weit verbreitet ist, hat USB-IF am 26. Mai 2021 das neue USB Power Delivery (USB PD) Revision 3.1 vorgestellt.

Dies ist ein großes Update, mit dem über USB Type-C®-Kabel und -Anschlüsse bis zu 240W bereitgestellt werden können. Bisher war USB PD auf 100W begrenzt (20V/5A mit einem 5A Type-C-Kabel).

Auch die Spezifikation von USB Type-C wurde mit Version 2.1 angepasst, um die Anforderungen für 240W-Kabel zu definieren. Die Stromversorgungsprotokolle und Spannungsdefinitionen wurden ebenfalls aktualisiert, wodurch USB PD für Geräte mit höherem Energiebedarf nutzbar wird.

Die neue USB PD-Architektur beinhaltet ein strengeres Stromverhandlungsprotokoll, um den sicheren Zugriff und Betrieb bei hoher Spannung zu gewährleisten. Produkte mit 100–240W unterliegen strengeren Sicherheitsanforderungen, da sie leistungsintensiver als Geräte mit geringem Stromverbrauch sind. Diese Anforderungen richten sich jeweils nach den Vorschriften der Vertriebsländer.

Durch die neuen Funktionen von USB PD 3.1 können leistungsstarke Geräte wie große Notebooks künftig von traditionellen Netzanschlüssen auf USB Type-C umgestellt werden.

Neue feste Spannungen für mehr Leistung: EPR (Extended Power Range)

Ein Schlüsselmerkmal von USB PD 3.1 ist die Einführung von drei neuen festen Spannungen zusätzlich zu den bisherigen SPR PDO- und SPR APDO-Spezifikationen mit 5V, 9V, 15V und 20V. Diese neuen Optionen sind 28V (über 100W), 36V (über 140W) und 48V (über 240W). Dank der neuen Funktion EPR (Extended Power Range) ist die Leistungsabgabe über 20V hinaus möglich. Mit EPR können nun Spannungen von 28V, 36V und 48V genutzt werden, um mehr als 100W, 140W bzw. 180W bereitzustellen.

EPR-Modus: Sicherheitsprotokoll für Hochleistung

Der EPR-Modus ist ein Kommunikationsprotokoll zur sicheren Energieübertragung bei hoher Leistung. Vor Eintritt in den EPR-Modus prüfen Quelle (Host) und Senke (Verbraucher) ihre gegenseitigen Fähigkeiten und vereinbaren die Parameter für eine sichere Energieversorgung.

Die Entwicklung von USB PD bis zur Version 3.1 ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Optimale und schnelle Ladeerfahrung mit USB PD

USB Type-C bietet nicht nur Hochleistung, sondern verfügt auch über eine CC (Configuration Channel)-Leitung, die automatisch erkennt, welches Gerät angeschlossen ist, und sofort mit optimalem Laden beginnt.

 Fortschritt von Type-C-Kabeln: EPR verbessert die Sicherheit

Mit der Einführung von USB PD 3.1 wurde auch die Spezifikation der USB Type-C-Kabel auf Version 2.1 aktualisiert. EPR-kompatible Kabel verfügen über einen E-Marker-Chip, der anzeigt, dass sie 50V/5A unterstützen. Dies erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Hochleistungsübertragung.

Hohe Effizienz und Kompaktheit durch GaN-Technologie

GaN (Galliumnitrid) ist ein vielversprechendes Halbleitermaterial der neuen Generation. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumbauteilen ermöglichen GaN-Power-Devices geringere Verluste und höhere Schaltgeschwindigkeiten. Durch die Integration von GaN in USB PD 3.1-Netzteile werden hohe Effizienz und Kompaktheit erreicht.

Die Geschichte von USB PD im Zeitverlauf

Oben haben wir erläutert, was USB PD ist und welche Funktionen USB PD 3.1 bietet. Im Folgenden geben wir einen chronologischen Überblick über die Entwicklung dieser Technologie.

Vor USB PD: Geringe Leistung und uneinheitliche Standards (1996–2012)

• 1996: Einführung von USB 1.0. Hauptsächlich für Datenübertragung entwickelt, mit 5V/100mA Stromversorgung – zu wenig für Ladevorgänge.
• 2000: USB 2.0 erhöht die Datenrate und liefert 5V/500mA – Ladevorgänge für Mobilgeräte werden möglich.
• 2007: Einführung der Lade-Spezifikation USB BC 1.1 – maximale Stromabgabe von 1.5A bei 5V, also 7.5W.
• 2010: USB BC 1.2 – weitere Verbesserungen der Ladespezifikation.
• Zu dieser Zeit verbreitete sich USB-Laden zwar, jedoch bestanden weiterhin Kapazitätsengpässe und eine Vielzahl von inkompatiblen Standards. Geräte mit hohem Strombedarf wie Notebooks konnten über USB nicht geladen werden.

Die Geburt und Entwicklung von USB PD: Bidirektionale Hochleistungsversorgung (2012–2021)

• 2012: Einführung von USB PD 1.0 – Leistung bis zu 100W (20V/5A), auch für Notebooks geeignet. Stromversorgung wurde anhand von fünf Profilen definiert. Sichere Stromversorgung durch Aushandlung zwischen Host und Gerät. Keine bidirektionale Stromrichtung mit etablierten USB-Anschlüssen.
• 2014: USB PD 2.0 löst die alten Profile durch PDO (Power Data Object) ab – größere Flexibilität. Einführung des Type-C-Anschlusses – klein, symmetrisch, problemlos einsteckbar.
• 2015: USB PD 3.0 mit PPS (Programmable Power Supply). Spannungen lassen sich in 20mV-Schritten regeln – verbesserte Ladeeffizienz. Optimierung für Lithium-Ionen-Batterien, Einführung von Authentifizierungsmechanismen – erhöhte Sicherheit.

USB PD 3.1 und GaN: Richtung höherer Leistung und Effizienz (ab 2021)

• 2021: Vorstellung von USB PD 3.1. EPR (Extended Power Range) ermöglicht bis zu 240W (48V/5A). Fortschritte in der GaN-Technologie führen zu effizienteren und kompakteren USB PD-Lösungen, z.B. mit dem Referenzdesign EPC9195.

Die Zukunft von USB PD: Stromversorgung für alle Geräte

USB PD wird nicht nur bei mobilen Geräten wie Notebooks, Smartphones und Tablets eingesetzt, sondern auch in HaushaltsProdukte und industriellen Geräten. Durch die Entwicklung von USB PD 3.1 und GaN-Technologie könnte in Zukunft jedes Gerät über USB Type-C geladen werden.

UNIFIVE bietet eine breite Palette von USB PD AC-Adaptern für neue Generationen mit GaN-Technologie.

Auch kundenspezifische Kleinserien sind möglich – wir unterbreiten Ihnen gerne ein flexibles Angebot. Für Muster oder weitere Kontaktieren Sie uns kontaktieren Sie bitte unser Vertriebsteam.

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