Qu'est-ce que l'USB PD (Power Delivery) ?

Qu'est-ce que l'USB PD (Power Delivery) ? Une explication détaillée vous est proposée. Nous présentons des informations de base et des explications fonctionnelles, y compris sur la norme PD USB PD3.0 ainsi que la toute dernière norme USB PD3.1, en lien avec l'état actuel de la technologie USB.

Depuis l’annonce de nos produits USB PD lors de Techno Frontier 2018, nous avons reçu de nombreuses questions telles que “Qu'est-ce que l’USB PD (Power Delivery) ?”. Nous proposons donc ici une explication. Cet appareil permet une recharge multiple et ajuste automatiquement la puissance selon l’équipement connecté, ce qui est très pratique.

Lors de la précédente Techno Frontier, nous avons présenté deux nouveaux produits USB PD (Power Delivery). Les visiteurs nous ont donné des retours très positifs, ce dont nous sommes très reconnaissants. En réponse aux demandes récentes de nos clients, Unifive a développé deux modèles USB PD de 40W et 60W, et a depuis élargi sa gamme avec un modèle de 65W déjà commercialisé.

Qu’est-ce que l’USB PD (Power Delivery) ?

USB PD : La nouvelle génération USB réalisant à la fois transfert de données et alimentation haute puissance

L’USB PD (USB Power Delivery) est une nouvelle technologie USB permettant à un seul câble d’assurer à la fois le transfert de données et l’alimentation haute puissance. Grâce aux adaptateurs secteur compatibles USB PD et au câble USB Type-C, la puissance et les données peuvent être simultanément transmises, maximisant ainsi les performances de l’USB. Ce système permet une alimentation bien supérieure à celle des anciens standards USB, rendant possible la recharge non seulement des smartphones ou tablettes, mais aussi d’ordinateurs portables nécessitant une puissance élevée.

Voici un résumé des fonctionnalités principales de l’USB PD :

• Comparé aux anciens standards USB 1.1 (2.5W), USB 3.0 (4.5W) et USB-BC1.2 (7.5W), l’USB PD permet une alimentation jusqu’à 100W.

• Possibilité d'échanger les rôles entre la source et le récepteur d’énergie (role swap). Par exemple, là où auparavant un PC rechargeait une batterie externe, avec le role swap, la batterie externe peut à son tour recharger le PC (avec un câble Type-C).
• Optimisation de l’alimentation entre plusieurs périphériques externes.

• Ajustement automatique de la puissance en fonction du périphérique connecté.

État actuel de l’utilisation de l’USB

De nos jours, les ports USB ne sont pas seulement présents dans les voitures, mais aussi dans les transports publics comme les bus ou les avions. Alimenter ses appareils via un port USB d’ordinateur est devenu tout à fait courant. L’USB est devenu un accès omniprésent à l’alimentation pour les petits appareils comme les smartphones.

À l’origine, ces ports USB étaient surtout destinés au transfert de données via des pilotes USB. Cependant, les utilisateurs ont commencé à s’en servir de plus en plus comme source d’alimentation et non pour le simple transfert de données.

USB PD 3.0 : Une norme sécurisée

L’USB-PD3.0 est une norme définie par l’USB-IF (Implementers Forum), l’organisme de normalisation USB. Elle vise à éliminer les câbles de mauvaise qualité ou les produits non conformes et à garantir une utilisation sûre de l’USB PD.

Par rapport à la version 2.0, l’USB-PD3.0 accélère les échanges de rôle d’alimentation, réduisant le risque de perte de données en cas d’interruption de courant.

Une fonction supplémentaire d’authentification appelée C-AUTH (USB Type-C Authentication) a aussi été intégrée. Elle permet aux appareils de vérifier mutuellement la fiabilité des câbles ou des appareils connectés. Si un élément non fiable est détecté, ses fonctionnalités peuvent être bloquées.

* Voir notre explication sur l’USB Type-C

USB PD 3.1 : Évolution vers une alimentation maximale de 240W

Bien que la norme USB PD3.0 domine actuellement le marché, l’USB-IF a publié le 26 mai 2021 la version révisée 3.1 de l’USB Power Delivery.

Cette mise à jour majeure permet une alimentation jusqu’à 240W via câbles et connecteurs USB Type-C®. Jusqu’ici, les solutions USB PD étaient limitées à 100W avec un câble Type-C de 5A sous 20V.

Les spécifications de l’USB Type-C ont été mises à jour vers la version 2.1, définissant les exigences pour des câbles pouvant supporter 240W. Le protocole et les définitions d’alimentation de l’USB PD ont également été révisés, rendant la norme applicable à plus d’appareils qui nécessitaient plus de 100W.

La nouvelle architecture USB PD définit un protocole de négociation d’énergie plus rigoureux afin d’offrir un accès sécurisé à cette puissance plus élevée. Les exigences de sécurité pour les produits consommant entre 100 à 240W sont plus strictes, basées sur les régulations nationales en vigueur.

Grâce aux nouveautés de l’USB Power Delivery 3.1, les appareils haute puissance comme les grands ordinateurs portables pourront désormais fonctionner avec un connecteur USB Type-C au lieu des connecteurs traditionnels.

Choix de trois nouvelles tensions fixes : une sortie haute puissance avec l’EPR

Avec les spécifications de l’USB PD 3.1, trois nouvelles tensions fixes peuvent être choisies. En plus des 5V, 9V, 15V et 20V déjà disponibles avec le SPR PDO et SPR APDO, on peut désormais opter pour 28V (plus de 100W), 36V (plus de 140W) et 48V (plus de 240W). L’EPR (Extended Power Range), nouveauté majeure de l’USB PD 3.1, permet une alimentation au-delà de 20V. L’EPR permet une alimentation de plus de 100W, 140W et 180W respectivement aux tensions de 28V, 36V et 48V.

Mode EPR : protocole de sécurité pour l’alimentation haute puissance

Le mode EPR repose sur un protocole de communication entre la source (côté alimentation) et le sink (côté appareil). Avant d’entrer dans le mode EPR, les deux parties confirment leurs capacités mutuelles et s’accordent sur une alimentation sécurisée.

Voir ci-dessous un tableau résumant l’évolution des normes USB jusqu’à l’introduction de l’USB 3.1.

USB PD permet une charge optimale et ultra-rapide

USB Type-C n’est pas juste synonyme de puissance élevée. Ce connecteur intègre une ligne de signal appelée CC (Configuration Channel), qui détecte automatiquement la capacité requise du périphérique USB Power Delivery connecté, permettant une charge rapide et adaptée.

 Évolution des câbles Type-C : plus de sécurité grâce à l’EPR

Avec l’extension de l’USB PD 3.1, les spécifications du câble USB Type-C ont également été mises à jour à la version 2.1. Les câbles compatibles EPR intègrent une puce appelée E-Marker, indiquant leur capacité de 50V et 5A. Cela améliore la fiabilité et la sécurité lors de l’alimentation haute puissance.

Combinez avec la technologie GaN pour plus d’efficacité et de compacité

Le GaN (nitrure de gallium) est un matériau semi-conducteur de nouvelle génération. Les dispositifs de puissance utilisant le GaN offrent moins de pertes électriques et une vitesse de commutation plus élevée que ceux en silicium. En combinant GaN avec l’USB PD 3.1, une alimentation compacte et efficace est rendue possible.

Historique de l’USB PD par chronologie

Après une vue d’ensemble de l’USB PD et de sa dernière version 3.1, jetons un œil à son évolution technologique chronologique pour mieux comprendre son développement.

Avant l’USB PD : recharge à faible puissance et diversification des normes (1996–2012)

• 1996 : Naissance de l’USB 1.0, avec principalement une fonction de transfert de données. Possibilité de fournir 5V/100mA, insuffisant pour la recharge.
• 2000 : USB 2.0 permet un transfert plus rapide et jusqu’à 5V/500mA, ce qui rend la recharge de téléphones possible.
• 2007 : USB BC 1.1 introduit un courant max de 1.5A à 5V, soit 7.5W.
• 2010 : L’USB BC 1.2 apporte une meilleure standardisation des comportements de charge.
• Pendant cette période, l’USB ne permettait toujours pas de recharger des appareils puissants comme les ordinateurs portables, en raison de limitations de puissance et de normes fragmentées.

Naissance et évolution de l’USB PD : vers la haute puissance et la recharge bidirectionnelle (2012–2021)

• 2012 : USB PD 1.0 entre en scène, avec une puissance max de 100W (20V/5A), assez pour charger des ordinateurs portables.
• Le système définissait 5 “profils” standards de puissance et permettait une négociation de tension et courant entre l’hôte et le périphérique pour un transfert sécurisé. Toutefois, les connecteurs USB traditionnels étaient limités à 5V, rendant la recharge bidirectionnelle impossible.
• 2014 : USB PD 2.0 passe à un système PDO au lieu de profils, offrant une gestion plus flexible. Introduction du connecteur USB Type-C, qui a accéléré l’évolution de l’USB PD avec son design réversible et compact.
• 2015 : USB PD 3.0 introduit la fonction PPS (alimentation programmable), permettant un ajustement fin de la tension à 20mV près et une amélioration significative de l’efficacité de charge. Elle optimise aussi la recharge des batteries lithium-ion. Des fonctions de certification ont été ajoutées pour une meilleure sécurité.

USB PD 3.1 et technologie GaN : efficacité et puissance accrues (2021–)

• 2021 : USB PD 3.1 introduit l’EPR (Extended Power Range) avec une alimentation de 240W (48V/5A). Le progrès du GaN permet une alimentation USB PD plus compacte et efficace. Des modèles de référence comme l’EPC9195 exploitent pleinement les capacités de l’USB PD 3.1.

Futur de l’USB PD : vers une alimentation universelle

USB PD ne se limite plus aux appareils mobiles comme les PC portables, smartphones ou tablettes, mais s’étend aussi aux appareils électroménagers ou industriels. Avec l’évolution de l’USB PD 3.1 et la technologie GaN, il se pourrait que nous puissions bientôt recharger tous nos appareils via un simple câble USB Type-C.

Chez Unifive, nous proposons une large gamme d’adaptateurs secteur compacts de nouvelle génération intégrant des solutions PD à base de GaN.

Nous acceptons également les commandes personnalisées en petite quantité. Pour tout échantillon ou demande, n’hésitez pas à contacter notre service commercial.

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