Che cos'è USB PD (Power Delivery)?

Che cos'è USB PD (Power Delivery)? Forniamo una spiegazione dettagliata. Presentiamo informazioni di base e una spiegazione funzionale che includono lo standard PD USB PD 3.0, il più recente USB PD 3.1 e le ultime novità sul mondo USB.

Dalla presentazione dei nostri prodotti USB PD a TECHNO-FRONTIER 2018, abbiamo ricevuto numerose domande su cosa sia USB PD (Power Delivery). In questa pagina forniamo una spiegazione. Questo dispositivo in grado di ricaricare più dispositivi è molto pratico, in quanto regola automaticamente la potenza in base ai dispositivi collegati.

Durante la precedente edizione di TECHNO-FRONTIER, abbiamo esposto due nuovi prodotti USB PD (Power Delivery). Abbiamo ricevuto ottime reazioni dai visitatori e siamo molto grati. In risposta alle recenti richieste dei clienti, presso Unifive abbiamo sviluppato due modelli di prodotti USB PD da 40W e 60W, e successivamente abbiamo ampliato la nostra gamma, rilasciando anche un modello da 65W.

Che cos'è USB PD (Power Delivery)?

USB PD: La nuova generazione di USB che consente trasferimento dati e alimentazione ad alta potenza

USB PD (USB Power Delivery) è una nuova tecnologia USB che consente di trasferire dati e fornire alimentazione ad alta potenza tramite un singolo cavo. Gli adattatori AC compatibili con USB PD, evoluzione degli USB tradizionali, permettono la fornitura simultanea di energia e dati attraverso cavi USB Type-C, sfruttando al massimo le potenzialità dell’USB. Questa tecnologia consente l’erogazione di potenze molto superiori rispetto ai metodi di ricarica USB convenzionali, permettendo così la ricarica non solo di smartphone e tablet, ma anche di dispositivi di grandi dimensioni come i notebook che richiedono un’elevata potenza.

Di seguito riassumiamo brevemente le caratteristiche di USB PD:

• Rispetto all’USB1.1 (2.5W), USB3.0 (4.5W) e USB-BC1.2 (7.5W), USB PD consente una fornitura di energia fino a 100W.

• Permette l’inversione tra alimentazione e ricezione di energia (Role Swap), eliminando la distinzione fissa tra chi fornisce e chi riceve. Per esempio, un PC che ricarica una batteria esterna può, grazie al Role Swap, essere ricaricato dalla stessa batteria (nel caso di cavo Type-C).
• Ottimizzazione dell’alimentazione tra più dispositivi esterni.

• Regolazione automatica della potenza in base al dispositivo collegato.

Tendenze recenti legate a USB

Attualmente, le porte USB si trovano ovunque: in auto, autobus pubblici, aerei. È comune utilizzare la porta USB del PC per ottenere alimentazione. USB è ormai una presa di ricarica onnipresente per dispositivi compatti come gli smartphone.

Le porte USB tradizionali erano destinate principalmente al trasferimento dati tramite driver USB, ma col tempo gli utenti hanno iniziato a utilizzarle anche come fonte di alimentazione per la ricarica.

Con USB PD 3.0, una ricarica sicura

La versione USB-PD3.0, definita dalla USB-IF (Implementers Forum), cerca di rimuovere dal mercato cavi di scarsa qualità e prodotti non conformi allo standard, garantendo un utilizzo sicuro di USB PD.

USB-PD3.0 migliora la velocità del Role Swap rispetto alla 2.0, riducendo il rischio di danni ai dati anche in caso di interruzione dell’alimentazione.

Inoltre, introduce una funzionalità di autenticazione reciproca tra dispositivi (C-AUTH = USB Type-C Authentication), che rileva se il dispositivo o cavo collegato è affidabile; in caso contrario, le funzionalità vengono bloccate.

* Consulta qui la spiegazione di USB-TypeC

USB PD 3.1: Evoluzione con alimentazione fino a 240W

Oggi, USB PD 3.0 è lo standard principale in commercio, ma il 26 maggio 2021, l'USB-IF ha annunciato il nuovo standard USB Power Delivery (USB PD) Revision 3.1.

Questo aggiornamento permette un'alimentazione fino a 240W tramite cavi e connettori USB Type-C®. Prima di questo, USB PD era limitato a 100W attraverso soluzioni da 20V con cavi USB Type-C da 5A nominali.

Inoltre, la specifica USB Type-C è stata aggiornata alla versione 2.1, definendo i requisiti dei cavi da 240W. Gli aggiornamenti alla definizione della potenza e del protocollo USB PD consentono ora l'alimentazione anche di dispositivi prima non supportati con 100W.

La nuova architettura USB PD definisce protocolli di negoziazione energetica molto più rigorosi per garantire accesso e utilizzo sicuro dell’alta potenza. I requisiti di sicurezza per dispositivi tra 100–240W sono più stringenti rispetto ai prodotti a basso consumo, e seguono le normative vigenti nei vari paesi in cui vengono commercializzati.

Le nuove funzionalità USB PD 3.1 permetteranno ai dispositivi ad alta potenza, come i notebook di grandi dimensioni, di utilizzare USB Type-C al posto di connettori di alimentazione tradizionali.

Tre nuove tensioni fisse con EPR (Extended Power Range)

Una caratteristica principale della specifica USB PD 3.1 è l’introduzione di tre nuove tensioni fisse. Oltre alle precedenti tensioni di 5V, 9V, 15V e 20V (SPR PDO/APDO), ora si possono selezionare anche 28V (oltre 100W), 36V (oltre 140W) e 48V (oltre 240W). Con la funzione principale EPR (Extended Power Range), è ora possibile fornire alimentazione oltre i 20V. Grazie a EPR, sono stati introdotti i valori fissi di 28V, 36V e 48V, supportando rispettivamente oltre 100W, 140W e 180W.

Modalità EPR: protocollo di sicurezza per alimentazione ad alta potenza

La modalità EPR è un protocollo di comunicazione che consente la fornitura sicura di energia ad alta potenza. Prima di entrare in modalità EPR, il dispositivo di alimentazione (source) e il dispositivo ricevente (sink) verificano reciprocamente le rispettive capacità e formano un accordo per garantire una fornitura sicura.

Di seguito una tabella cronologica che riepiloga l'evoluzione fino a USB 3.1 con le relative specifiche.

La ricarica più rapida e ottimale resa possibile da USB PD

Non si tratta solo di alimentazione ad alta potenza. USB Type-C è dotato di una linea di segnale dedicata chiamata CC (Configuration Channel) che, quando un dispositivo compatibile con USB Power Delivery è collegato, rileva automaticamente l'energia ottimale da fornire e avvia rapidamente la ricarica.

Progresso dei cavi Type-C: maggiore sicurezza con compatibilità EPR

Con l’ampliamento di USB PD 3.1, le specifiche dei cavi USB Type-C sono state aggiornate alla versione 2.1. I cavi compatibili con EPR integrano un chip chiamato E-Marker, che indica la compatibilità con 50V e 5A, migliorando la sicurezza e l'affidabilità dell'alimentazione ad alta potenza.

Alta efficienza e compattezza grazie alla tecnologia GaN

Il GaN (nitruro di gallio), considerato il materiale a semiconduttore di nuova generazione, offre dispositivi di potenza con minore perdita di energia e maggiore velocità di commutazione rispetto ai dispositivi al silicio. Integrando la tecnologia GaN nelle alimentazioni USB PD 3.1 si può ottenere sia alta efficienza sia miniaturizzazione.

Storia di USB PD in ordine cronologico

Sopra abbiamo spiegato cosa sia USB PD e la versione più recente USB PD 3.1. In questa sezione ripercorriamo la sua evoluzione tecnica nel tempo.

Prima di USB PD: ricariche a bassa potenza e proliferazione di standard (1996–2012)

• 1996: Nascita di USB 1.0. Era destinato principalmente al trasferimento dati, ma consentiva anche una leggera alimentazione (5V, 100mA), insufficiente per la ricarica.
• 2000: Introdotto USB 2.0. Velocità di trasferimento aumentata e potenza migliorata (5V, 500mA), permettendo la ricarica di telefoni cellulari.
• 2007: Introdotto lo standard USB BC (Battery Charging) 1.1. Voltaggio fisso a 5V e corrente fino a 1.5A (7.5W).
• 2010: Lancio di USB BC 1.2, con specifiche di ricarica più rafforzate.
• Durante questo periodo, nonostante la diffusione delle ricariche via USB, esistevano ancora problemi di carenza di potenza e mancanza di unificazione degli standard, rendendo impossibile ricaricare dispositivi ad alto consumo come i notebook.

La nascita e l’evoluzione di USB PD: una nuova era di ricarica ad alta potenza e bidirezionale (2012–2021)

• 2012: Nascita di USB PD 1.0. Consente fino a 100W (20V, 5A), permettendo la ricarica anche dei notebook.
• La versione 1.0 definisce 5 profili standard di alimentazione. La negoziazione tra host e dispositivo garantisce la sicurezza. Tuttavia, non era ancora possibile l’alimentazione bidirezionale a causa del voltaggio fisso di 5V nei connettori USB esistenti.
• 2014: USB PD 2.0 con passaggio dal sistema a profili a PDO (Power Data Object), offre maggiore flessibilità. Nasce il connettore USB Type-C, accelerando l’evoluzione di USB PD. Type-C è compatto e reversibile.
• 2015: USB PD 3.0 introduce la funzione PPS (Programmable Power Supply), che consente un controllo fine della tensione e ottimizza la ricarica. Include anche specifiche per l’autenticazione dei dispositivi, aumentando la sicurezza.

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

• 2021: Lancio di USB PD 3.1. Con l’introduzione di EPR (Extended Power Range), consente fino a 240W (48V, 5A). Grazie ai progressi nella tecnologia GaN, le alimentazioni USB PD diventano più efficienti e compatte. Design di riferimento come EPC9195 dimostrano l'efficacia di USB PD 3.1 con tecnologia GaN.

Il futuro di USB PD: alimentazione per qualsiasi dispositivo

USB PD è atteso in vari settori, non solo per dispositivi mobili come notebook, smartphone e tablet, ma anche per elettrodomestici e macchinari industriali. Con l’evoluzione di USB PD 3.1 e la tecnologia GaN, in futuro potremmo ricaricare qualsiasi dispositivo tramite cavi USB Type-C.

Unifive offre una vasta gamma di adattatori AC compatti di nuova generazione con tecnologia GaN per le soluzioni PD più recenti.

Offriamo proposte flessibili per personalizzazioni anche in piccoli lotti. Per campioni o ulteriori richieste, non esitate a contattare il nostro ufficio commerciale.

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