Che cos'è USB PD (Power Delivery)?

Che cos'è USB PD (Power delivery) è spiegato in dettaglio. Forniamo una spiegazione funzionale e informazioni di base, comprese le attuali condizioni USB, come lo standard PD USB PD3.0 e l'ultimo standard PD, USB PD3.1.

Alla fiera Techno-Frontier 2018 abbiamo annunciato i nostri prodotti USB PD, e da allora abbiamo ricevuto numerose domande del tipo: “Che cos'è l'USB PD (Power Delivery)?”, quindi in questa pagina forniremo una spiegazione. Questo dispositivo, che consente la ricarica multipla, è molto comodo in quanto regola automaticamente la potenza in base al dispositivo collegato.

Nella precedente edizione di Techno-Frontier abbiamo esposto due nuovi prodotti USB PD (Power Delivery). Abbiamo ricevuto feedback estremamente positivi dai visitatori e siamo molto grati per ciò. In risposta alle recenti richieste dei clienti, da Unifive abbiamo sviluppato due modelli di prodotti USB PD da 40W e da 60W e successivamente abbiamo ampliato la linea includendo anche un modello da 65W.

Che cos'è USB PD (Power Delivery)?

USB PD: la nuova generazione USB che offre trasferimento dati e alimentazione ad alta potenza

USB PD (USB Power Delivery) è una nuova tecnologia USB che consente con un solo cavo sia il trasferimento dati che l’alimentazione ad alta potenza. Gli adattatori AC compatibili con USB PD, evoluzione delle tradizionali USB, possono fornire contemporaneamente energia elettrica e dati tramite un cavo USB Type-C, massimizzando le prestazioni dell’USB. Grazie a questa tecnologia, è possibile fornire una potenza ben superiore rispetto ai metodi di ricarica USB precedenti, permettendo di caricare non solo smartphone e tablet, ma anche dispositivi di grandi dimensioni come i laptop, che richiedono molta energia.

Di seguito un riepilogo delle funzioni di USB PD.

• A differenza di USB1.1 (2.5W), USB3.0 (4.5W), e USB-BC1.2 (7.5W), USB PD può fornire fino a 100W.

• Possibilità di invertire i ruoli di alimentazione (Power Role Swap): la sorgente e il ricevitore di corrente non sono fissi, consentendo ad esempio di caricare un PC da una batteria esterna, invece del contrario (quando si utilizza un cavo Type-C).
• Ottimizzazione dell'alimentazione per più dispositivi esterni.

• Regolazione automatica della potenza in base al dispositivo collegato.

La situazione attuale dell’USB

Oggi, le porte USB sono presenti ovunque, non solo in auto, ma anche nei trasporti pubblici come autobus e aerei. Inoltre, è diventato normale utilizzare le porte USB dei PC come fonte di alimentazione. USB è davvero una presa di ricarica onnipresente per i dispositivi compatti come gli smartphone.

In passato, le porte USB erano usate principalmente per il trasferimento dati tramite driver USB, ma con il tempo gli utenti hanno iniziato a usarle anche come fonte di alimentazione.

USB PD 3.0 per un’esperienza sicura

L'ultima specifica definita dalla USB-IF (Implementers Forum) — l’organismo di normazione dell’USB — è la USB PD 3.0. Questa ha lo scopo di eliminare cavi di scarsa qualità e prodotti non conformi in commercio, per garantire la sicurezza nell’uso dell’USB PD.

USB PD 3.0 ha una funzione Role Swap più veloce rispetto alla versione 2.0, riducendo il rischio di perdita di dati anche in caso di interruzione dell’alimentazione.

Inoltre, introduce una funzione di autenticazione tra dispositivi chiamata C-AUTH (USB Type-C Authentication), che verifica se i dispositivi o i cavi collegati sono affidabili, e blocca la funzione in caso di problemi.

* Clicca qui per una spiegazione sull'USB-TypeC

USB PD 3.1: evoluzione fino a 240W di potenza

Attualmente, USB PD 3.0 è lo standard principale sul mercato, ma il 26 maggio 2021, l'USB-IF (Implementers Forum) ha annunciato la nuova specifica USB Power Delivery (USB PD) Revision 3.1.

Questa è un’importante aggiornamento che consente la fornitura di energia fino a 240W tramite cavi e connettori USB Type-C®. Come spiegato sopra, l’USB PD fino ad allora era limitato a 100W, utilizzando cavi USB Type-C con corrente nominale di 5A a 20V.

Contestualmente, la specifica USB Type-C è stata aggiornata alla versione 2.1, definendo i requisiti per cavi da 240W. Sono stati aggiornati anche il protocollo e la definizione di alimentazione per USB PD, rendendo possibile l’applicazione dell’USB PD a dispositivi che non erano supportati dai precedenti limiti di 100W.

La nuova architettura USB PD ha definito un protocollo di negoziazione più rigoroso per la potenza, garantendo che l’accesso e l’utilizzo dell’alta potenza siano sicuri. I requisiti di sicurezza per prodotti che utilizzano da 100 a 240W sono più stringenti rispetto a quelli a basso consumo, e sono definiti dalle normative di sicurezza dei singoli paesi in cui vengono venduti.

Grazie alle nuove funzionalità di USB Power Delivery 3.1, prodotti ad alta potenza come i laptop di grandi dimensioni potranno passare dai tradizionali connettori di alimentazione all’USB Type-C.

Tre nuove tensioni fisse disponibili: maggiore potenza grazie a EPR (Extended Power Range)

Una delle nuove caratteristiche principali di USB PD 3.1 è la possibilità di scegliere tra tre nuove tensioni fisse. Alle specifiche tradizionali di SPR PDO e SPR APDO (5V, 9V, 15V, 20V) si aggiungono ora 28V (oltre 100W), 36V (oltre 140W), e 48V (oltre 240W).

Con l’introduzione di EPR (Extended Power Range), l’alimentazione oltre i 20V è diventata possibile. Le nuove tensioni fisse introdotte — 28V, 36V, 48V — supportano oltre 100W, 140W e 180W rispettivamente.

Modalità EPR: protocollo sicuro per l’erogazione di alta potenza

La modalità EPR utilizza un protocollo di comunicazione per fornire energia in sicurezza. Prima di entrare in modalità EPR, la fonte (sorgente) e il sink (dispositivo) confermano le capacità l’uno dell’altro e creano un accordo per garantire un’operazione sicura.

La seguente tabella riepiloga in modo semplice la storia e le specifiche fino all’introduzione di USB 3.1.

Esperienza di ricarica rapida e ottimizzata grazie a USB PD

USB PD non solo consente un’alimentazione ad alta potenza. Il cavo USB Type-C è dotato di una linea di segnale dedicata chiamata CC (Configuration Channel), che rileva automaticamente la potenza ottimale per il dispositivo e inizia immediatamente la ricarica.

Evoluzione dei cavi Type-C: maggiore sicurezza con il supporto EPR

Con l’ampliamento di USB PD 3.1, la specifica dei cavi USB Type-C è stata aggiornata alla versione 2.1. I cavi compatibili con EPR sono dotati di un chip chiamato E-Marker che indica la compatibilità con 50V e 5A, migliorando la sicurezza e l’affidabilità durante la ricarica ad alta potenza.

Alta efficienza e miniaturizzazione con la tecnologia GaN

Il GaN (nitruro di gallio) è un materiale semiconduttore di nuova generazione. I dispositivi di potenza basati su GaN presentano minori perdite di energia e velocità di commutazione più elevate rispetto a quelli in silicio. Utilizzando GaN nell’alimentazione USB PD 3.1, è possibile ottenere sia una maggiore efficienza che una dimensione più compatta.

Storia di USB PD in ordine cronologico

Fino a questo punto abbiamo descritto cos’è USB PD e la sua versione più recente 3.1. Ora ripercorriamo brevemente la storia cronologica dello sviluppo di questa tecnologia.

Prima di USB PD: ricarica a bassa potenza e diffusione di standard (1996–2012)

• 1996: nascite dell’USB 1.0, con funzione principale il trasferimento dati, ma anche la possibilità di fornire energia a bassa potenza (5V/100mA).
• 2000: USB 2.0 migliora la velocità di trasferimento dati e l’alimentazione (fino a 5V/500mA), supportando la ricarica di dispositivi mobili.
• 2007: viene introdotto USB BC 1.1 (Battery Charging), che fornisce fino a 1.5A a 5V (7.5W).
• 2010: uscita di USB BC 1.2, con specifiche di ricarica più robuste.
• Durante questo periodo, la ricarica USB ha iniziato a diffondersi, ma persistono problemi di insufficienza di potenza e frammentazione degli standard. I laptop e altri dispositivi ad alta potenza non potevano ancora essere supportati.

Nascita ed evoluzione di USB PD: era dell'alimentazione bidirezionale ad alta potenza (2012–2021)

• 2012: uscita di USB PD 1.0 con alimentazione fino a 100W (20V/5A), supportando anche laptop.
• USB PD 1.0 definiva la potenza tramite 5 profili standard e negoziava tensione e corrente tra host e dispositivo. Tuttavia, l’impossibilità di invertire l’alimentazione limitava il funzionamento bidirezionale.
• 2014: USB PD 2.0 passa al sistema PDO (Power Data Object), rendendo l’alimentazione più flessibile. Introduzione del connettore Type-C simmetrico e piccolo.
• 2015: USB PD 3.0 introduce PPS (Programmable Power Supply) per la regolazione precisa della tensione a passi di 20mV, ottimizzando la ricarica delle batterie agli ioni di litio e migliorando la sicurezza con nuove specifiche di autenticazione.

USB PD 3.1 e tecnologia GaN: verso più potenza e maggiore efficienza (dal 2021)

• 2021: uscita di USB PD 3.1 con EPR (Extended Power Range), che estende l’alimentazione a 240W (48V/5A). L’avanzamento della tecnologia GaN consente la miniaturizzazione e l’alta efficienza dei dispositivi di alimentazione USB PD. Sono stati introdotti design di riferimento come l’EPC9195 che massimizzano le performance dell’USB PD 3.1.

Il futuro dell’USB PD: alimentazione per tutti i tipi di dispositivi

USB PD si espanderà oltre agli smartphone, tablet e laptop, verso elettrodomestici e apparecchiature industriali. Con lo sviluppo di USB PD 3.1 e della tecnologia GaN, un futuro in cui tutti i dispositivi saranno alimentati tramite cavi USB Type-C non è così lontano.

Presso Unifive, offriamo una vasta gamma di adattatori AC USB PD di nuova generazione dotati di tecnologia GaN.

Supportiamo anche personalizzazioni per piccoli lotti, con proposte flessibili. Per campioni o qualsiasi altra domanda, non esitate a contattarci.

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