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

Qu'est-ce que l'USB PD (Power Delivery) ? Cette explication détaillée présente les normes PD telles que l'USB PD 3.0 et la plus récente USB PD 3.1, ainsi que des informations de base et des explications fonctionnelles sur les tendances actuelles liées à l'USB.

Lors de TECHNO-FRONTIER 2018, nous avons présenté nos produits USB PD et, depuis, nous avons reçu de nombreuses questions sur ce qu'est exactement l’USB PD (Power Delivery). Cette technologie permet une recharge multi-appareils en ajustant automatiquement la puissance selon l'appareil connecté, ce qui la rend extrêmement pratique.

Lors de la dernière édition de TECHNO-FRONTIER, nous avons exposé deux nouveaux produits USB PD de notre société, et les visiteurs ont exprimé des retours très positifs, ce dont nous les remercions sincèrement. En réponse à la demande croissante de nos clients, UNIFIVE a développé deux modèles USB PD de 40W et 60W, et a élargi sa gamme avec également un modèle de 65W.

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

USB PD : la nouvelle génération USB pour transfert de données et alimentation haute puissance

L’USB Power Delivery (USB PD) est une technologie USB de nouvelle génération permettant à un seul câble de transmettre simultanément des données et de l’énergie électrique. Les adaptateurs secteur compatibles USB PD, évolués par rapport aux modèles USB classiques, peuvent délivrer de la puissance tout en transférant les données via un câble USB Type-C, exploitant pleinement les capacités de l’USB. Grâce à cela, il devient possible de fournir une puissance beaucoup plus élevée qu’avec les méthodes de charge USB traditionnelles, rendant la recharge de gros appareils comme les ordinateurs portables aussi facile que celle des smartphones ou tablettes.

Voici un aperçu simplifié des fonctionnalités de l'USB PD :

• L’USB PD permet une alimentation allant jusqu’à 100W, comparée aux 2.5W (USB 1.1), 4.5W (USB 3.0) ou 7.5W (USB BC1.2).

• Il élimine la distinction fixe entre source et récepteur d’énergie, permettant d’inverser les rôles (role swap). Par exemple, une batterie externe peut recharger un PC si nécessaire (avec un câble Type-C).
• Il est possible d’optimiser l’alimentation pour plusieurs appareils externes.

• La puissance est ajustée automatiquement selon l’appareil connecté.

État actuel des ports USB

À l’heure actuelle, on retrouve des ports USB dans de nombreux endroits comme les voitures, les bus publics ou les avions. Il est devenu courant d’alimenter ses appareils depuis les ports USB d’un ordinateur. Le port USB est en effet devenu un point de charge incontournable pour les petits dispositifs comme les smartphones.

À l’origine, les ports USB étaient conçus principalement pour le transfert de données à l’aide de pilotes USB. Cependant, avec le temps, les utilisateurs ont commencé à également les utiliser comme source d’alimentation.

USB PD 3.0 pour une alimentation fiable

La norme USB-PD3.0, définie par l’USB-IF (Implementers Forum), vise à éliminer les câbles de mauvaise qualité et les produits ne respectant pas les normes, afin de garantir une utilisation sûre du standard USB PD.

Par rapport à la version 2.0, la version 3.0 accélère le rôle swap, réduisant ainsi les risques de perte de données en cas de coupure d’alimentation.

De plus, une fonction d’authentification mutuelle entre équipements, appelée C-AUTH (USB Type-C Authentication), a été ajoutée. Cela permet de vérifier entre appareils si les câbles et périphériques connectés sont fiables, et de bloquer les fonctions en cas de doute.

＊Voir l’explication sur le USB-TypeC

USB PD 3.1 : une évolution avec alimentation jusqu’à 240W

Bien que l’USB PD 3.0 soit actuellement la norme dominante sur le marché, l’USB-IF a publié le 26 mai 2021 une révision majeure du standard USB Power Delivery (USB PD), la version 3.1.

Celle-ci permet une alimentation allant jusqu’à 240W par câble USB Type-C®. Jusqu’à présent, l’USB PD était limité à 100W avec des câbles 20V à 5A. Le standard USB Type-C a également été mis à jour en version 2.1 pour permettre ces nouvelles exigences (240W), et les protocoles associés ont également été adaptés.

La nouvelle architecture définit un protocole de négociation d’énergie beaucoup plus rigoureux, garantissant une utilisation sécurisée de cette haute puissance. Les exigences de sécurité pour les produits consommant entre 100W et 240W sont plus élevées que pour les modèles basse consommation, et définies conformément aux réglementations de chaque pays.

Grâce à l'USB PD 3.1, de nombreux équipements à forte consommation — comme les gros ordinateurs portables — peuvent désormais utiliser des connecteurs USB Type-C à la place de leurs connecteurs d’alimentation traditionnels.

Nouveaux niveaux de tension : EPR pour puissance étendue

Parmi les nouveautés de la spécification USB PD 3.1 figure l’ajout de trois nouveaux niveaux de tension fixe : en plus des 5V, 9V, 15V, 20V classiques (SPR PDO et SPR APDO), on peut désormais sélectionner 28V (plus de 100W), 36V (plus de 140W) et 48V (plus de 240W). Avec l’EPR (Extended Power Range), il devient possible de délivrer de la puissance au-delà de 20V. Ces niveaux de tension de 28V, 36V, et 48V permettent respectivement une alimentation de plus de 100W, 140W et 180W.

Mode EPR : un protocole sécurisé pour une alimentation à haute puissance

Le mode EPR repose sur un protocole de communication entre l’alimentation (source) et l’appareil (sink) pour confirmer mutuellement les capacités et sécuriser l’accord de livraison d'énergie avant d’entrer en mode EPR.

Voici un tableau récapitulatif de l’évolution des versions USB jusqu’à l’arrivée du USB 3.1.

Une expérience de recharge optimale et ultra-rapide avec USB PD

Le câble USB Type-C intègre une ligne de signal spécifique appelée CC (Configuration Channel), permettant à l’appareil de détecter automatiquement la puissance optimale et de lancer une charge rapide.

 L’évolution des câbles Type-C : EPR pour plus de sécurité

Avec l’extension de l’USB PD 3.1, les câbles Type-C ont été mis à jour en version 2.1. Les câbles compatibles EPR intègrent une puce appelée E-Marker, attestant leur tolérance à 50V et 5A. Cela garantit une sécurité et fiabilité accrues pendant l’alimentation à haute puissance.

Combinaison 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 présentent moins de pertes électriques et des vitesses de commutation plus rapides que ceux en silicium. En combinant l’USB PD 3.1 à la technologie GaN, on obtient des alimentations plus compactes et à haut rendement.

Histoire de l’USB PD

Après les explications précédentes sur la nature de l’USB PD et ses dernières versions, nous explorons ici son évolution chronologique.

Avant l’USB PD : recharge basse puissance et multiplicité des standards (1996–2012)

• 1996 : apparition du standard USB 1.0, principalement pour le transfert de données, avec possibilité d’alimenter les périphériques (5V, 100mA), insuffisant pour la recharge.
• 2000 : lancement de l’USB 2.0, avec augmentation de la vitesse de transfert et de la puissance (5V, 500mA), permettant de charger certains téléphones portables.
• 2007 : introduction du standard USB BC (Battery Charging) 1.1 avec courant jusqu’à 1.5A (7.5W).
• 2010 : USB BC 1.2 apporte plus de robustesse à la gestion de la charge.
• Pendant cette période, malgré la popularisation de la recharge par USB, le manque de puissance et la diversité des normes limitaient son usage pour les gros appareils.

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

• 2012 : sortie de l’USB PD 1.0 (jusqu’à 100W avec 20V, 5A), rendant possible la recharge d’appareils plus puissants.
• Définition de 5 profils standards de puissance et négociation de tension/courant pour une charge sécurisée. Connexion bidirectionnelle encore impossible avec les connecteurs de l’époque.
• 2014 : USB PD 2.0 introduit le système PDO (Power Data Object) pour une alimentation plus flexible. Lancement du connecteur USB Type-C, compact et réversible.
• 2015 : USB PD 3.0 ajoute le PPS (programmable power supply), permettant un réglage fin de la tension et une charge optimisée pour les batteries lithium-ion. Renforcement de la sécurité via l’authentification.

USB PD 3.1 et GaN : vers encore plus de puissance et d’efficacité (2021–)

• 2021 : USB PD 3.1 introduit l’EPR (Extended Power Range), permettant jusqu’à 240W (48V, 5A). Les avancées du GaN, avec des références comme l’EPC9195, permettent de maximiser les performances USB PD tout en miniaturisant les appareils.

Avenir de l’USB PD : alimentation pour tous les appareils

L’USB PD est promis à une large adoption, allant des ordinateurs portables, smartphones, tablettes aux appareils électroménagers et aux équipements industriels. Avec l’USB PD 3.1 et la technologie GaN, la perspective qu’un jour tous les appareils soient chargés via USB Type-C devient plausible.

UNIFIVE propose une large gamme de nouveaux adaptateurs secteur compacts utilisant les dernières solutions PD et la technologie GaN.

Nous offrons également un service de personnalisation à faible volume. Pour toute demande d’échantillon ou autre renseignement, n’hésitez pas à contacter notre service commercial.

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