![[UNIFIVE]AC 어댑터&스위칭 전원 제조업체](common/img/header-logo.svg){kind=logo}
USB PD(Power Delivery-파워 딜리버리)란?
USB PD(Power delivery-파워 딜리버리)란 무엇인지 자세히 설명하고 있습니다. PD 규격 USB PD3.0과 최신 PD 규격인 USB PD3.1 등, 최근의 USB 동향을 포함해 기능적인 해설과 기본 정보를 안내하고 있습니다.
目次
테크노 프런티어 2018에서 USB PD 제품을 발표한 이후 USB PD(Power Delivery)란 무엇인가?라는 질문을 많이 받아 본 페이지에서 해설합니다. 다양한 기기를 충전할 수 있는 이 장치는 연결된 기기에 맞춰 전력을 자동으로 조절해 주어 매우 편리합니다.
지난 테크노 프런티어에서는 당사의 신제품 USB PD(Power Delivery) 2종을 전시했습니다. 방문객 여러분께서 매우 좋은 반응을 보여 주셔서 진심으로 감사드립니다. 최근 고객의 요구에 따라 UNIFIVE는 40W 및 60W USB PD 제품 2종을 개발했으며, 이후 라인업을 확대하여 65W 제품도 출시했습니다.
USB PD(Power delivery-파워 딜리버리)란?
USB PD, 데이터 전송과 고출력 전원 공급을 실현하는 차세대 USB의 매력
USB PD(USB Power Delivery)는 데이터 전송과 고출력 전원 공급을 하나의 케이블로 실현하는 USB의 신기술입니다. 기존 USB에서 진화한 USB PD 지원 AC 어댑터는 USB Type-C 케이블을 통해 전력과 데이터를 동시에 공급할 수 있어 USB 성능을 최대한 활용할 수 있습니다. 이 기술을 통해 기존 USB 충전 방식보다 훨씬 높은 전력을 공급할 수 있게 되었으며, 스마트폰이나 태블릿뿐만 아니라 노트북과 같은 고전력이 필요한 대형 디바이스의 충전도 가능합니다.
아래에 USB PD의 기능을 간단히 정리합니다.
기존 USB1.1(2.5W), USB3.0(4.5W), USB-BC1.2(7.5W)와 비교해 USB-PD는 최대 100W까지 전력 공급 가능.
- 전력 공급측과 수전측의 고정을 없애고 급전과 수전을 전환 가능(롤 스왑). 예를 들어 PC에서 외장 배터리를 충전하다가 롤 스왑 기능을 통해 외장 배터리에서 PC로 충전 가능(Type-C 케이블의 경우).
- 복수의 외부 디바이스에 대한 전원 최적화 가능.
연결 기기에 맞춰 전력을 자동 조절.
최근 USB 동향
최근에는 차량 내부는 물론 공공 버스나 항공기 내 등 다양한 장소에서 USB 포트를 볼 수 있습니다. 또한 PC의 USB 포트에서 전원을 얻는 것도 일상이 되었습니다. USB는 스마트폰 등 소형 기기에 있어 유비쿼터스한 충전 포트라 할 수 있습니다.
이와 같은 기존 USB 포트는 USB 드라이버를 이용한 데이터 전송이 주 목적이었으나, 사용자들은 점차 데이터 통신뿐 아니라 충전 등 전원 공급원으로 사용하게 되었습니다.
USB PD3.0으로 안심하고 사용하는 USB PD
USB 규격 제정 단체인 USB-IF(Implementers Forum)가 제정한 최신 규격 USB-PD3.0은 저품질 케이블이나 시중의 규격 미달 제품을 배제하고 USB-PD를 안전하게 사용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 합니다.
USB-PD3.0은 2.0에 비해 롤 스왑이 고속화되어, 만일 전원 공급이 중단되는 상황이 발생해도 데이터 손상 위험을 줄입니다.
또한 C-AUTH=USB Type-C Authentication이라 불리는 기기 간 상호 인증 기능이 추가되어 연결 기기 또는 케이블이 신뢰할 수 있는 제품인지 여부를 기기 간에 확인하고, 문제가 있을 경우 기능이 차단되도록 되어 있습니다.
USB PD 3.1: 최대 240W 급전으로의 진화
최근 시장에서는 위에서 설명한 USB PD3.0이 주류이지만, USB-IF(Implementers Forum)는 2021년 5월 26일 USB Power Delivery(USB PD) Revision 3.1의 새로운 사양을 발표했습니다.
이는 USB Type-C® 케이블 및 커넥터를 통해 최대 240W 전력 공급을 가능하게 하는 메이저 업데이트입니다. 앞서 설명했듯이 기존 USB PD는 정격 5A USB Type-C 케이블을 사용한 20V 솔루션으로 100W로 제한되어 있었습니다.
이에 맞춰 USB Type-C 사양도 릴리스 2.1에서 업데이트되어 240W 케이블 요구사항이 정의되었습니다. 또한 USB PD 프로토콜과 전원 정의도 업데이트되어 100W로는 부족했던 많은 디바이스에 USB PD 적용이 가능해졌습니다.
새로운 USB PD 아키텍처에서는 더욱 엄격한 전력 협상 프로토콜이 정의되어 고전력 공급을 안전하게 사용할 수 있도록 하고 있습니다. 또한 100~240W 전력을 사용하는 제품의 안전 요구사항은 저전력 제품보다 엄격하며, 각 국가의 규제에 따라 적용되는 안전 규격에 의해 규정됩니다.
USB Power Delivery 3.1의 새로운 기능으로 대형 노트북 등 고전력 제품이 기존 전원 커넥터에서 USB Type-C로 전환될 것으로 기대됩니다.
새롭게 3종의 고정 전압 선택 가능, EPR(확장 전력 범위)로 고출력 실현
USB PD 3.1 사양의 주요 특징은 새롭게 3종의 고정 전압을 선택할 수 있게 된 점입니다. 기존 SPR PDO, SPR APDO 사양인 5V, 9V, 15V, 20V에 더해 28V(100W 이상), 36V(140W 이상), 48V(240W 이상)의 고정 전압을 선택할 수 있습니다. USB PD 3.1의 주요 신기능인 EPR(Extended Power Range)에 따라 20V를 초과하는 전압에서의 전력 공급이 가능해졌습니다. EPR에서는 28V, 36V, 48V의 고정 전압이 추가되어 각각 100W, 140W, 180W를 초과하는 전력 공급에 대응합니다.
EPR 모드: 고출력 전력 공급을 실현하는 안전 프로토콜 구조
EPR 모드는 고출력 전력을 안전하게 공급하기 위한 통신 프로토콜입니다. 소스(전원측)와 싱크(디바이스측)는 EPR 모드에 진입하기 전에 서로의 기능을 확인하고 안전한 전력 공급을 위한 합의를 형성합니다.
아래에 USB3.1이 등장하기까지의 경위와 각종 사양을 알기 쉽게 표로 정리했습니다.
| 발표 연도 | 2010년 | 2012년 | 2014년 | 2015년 | 2017년 | 2021년 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| USB 규격 | BC1.2 | PD1.0 | PD2.0 | PD3.0 | PD3.0PPS | PD3.1 |
| USB 커넥터 | Type-A | Type-A, Type-B | Type-C | Type-C | Type-C | Type-C |
| 출력 | 5V/1.5A | N/A | 5V/3A 9V/3A 15V/3A 20V/2.25A 20V/3A 20V/5A | 5V/3A 9V/3A 15V/3A 20V/2.25A 20V/3A 20V/5A | 5V/3A 9V/3A 15V/3A 20V/2.25A 20V/3A 20V/5A
PPS: 3.3V-5.9V 3A, 3.3-11V 3A, 3.3-16V 3A, 3.3-21V 3A, 3.3-21V 5A | 5V/3A 9V/3A 15V/3A 20V/3A 20V/5A EPR: 28V/5A 36V/5A 48V/5A AVS: 15-28V/5A 15-36V/5A 15-48V/5A |
USB PD로 실현하는 최속·최적의 충전 경험
단순히 고출력 전원 공급만을 실현하는 것이 아닙니다. USB Type-C에는 CC (Configuration Channel)라는 전용 신호 라인이 탑재되어 있어 USB Power Delivery 지원 기기를 연결하면 디바이스에 최적의 전력을 자동 감지하여 신속하게 충전을 시작하는 구조입니다.
Type-C 케이블의 진화: EPR 대응으로 안전성 향상
USB PD 3.1 확장에 따라 USB Type-C 케이블 사양도 버전 2.1로 업데이트되었습니다. EPR 대응 케이블은 E-Marker라 불리는 칩을 탑재하여 50V·5A 대응을 표시합니다. 이를 통해 고출력 급전 시 안전성과 신뢰성이 향상됩니다.
GaN 기술과의 결합으로 고효율·소형화
GaN(질화갈륨)은 차세대 반도체 소재로 주목받고 있습니다. GaN을 사용한 파워 디바이스는 기존 실리콘 파워 디바이스에 비해 전력 손실이 적고 스위칭 속도가 빠른 특징이 있습니다. USB PD 3.1 전원에 GaN 기술을 적용하면 고효율과 소형화를 동시에 실현할 수 있습니다.
연대기별 USB PD의 역사
위에서는 USB PD란 무엇인지, 최신 USB PD3.1이 무엇인지에 초점을 맞추었으며, 여기서는 연대기별로 USB PD의 역사를 되돌아보며 기술 발전에 대한 이해를 높이고자 합니다.
USB PD 이전: 저전력 충전과 규격 난립(1996년~2012년)
- 1996년: USB 1.0 등장. 초기에는 데이터 전송이 주목적이었으나 주변기기 전원 공급도 가능했습니다. 그러나 5V·100mA로 매우 낮아 충전 용도에는 부적합했습니다.
- 2000년: USB 2.0 등장. 데이터 전송 속도 향상과 함께 5V·500mA로 전력 공급이 증가하여 휴대전화 충전 등에 활용되었습니다.
- 2007년: 배터리 충전 규격 USB BC(Battery Charging) 1.1 등장. 전압은 5V 고정이지만 최대 1.5A 전류 공급이 가능해 7.5W까지 급전 가능.
- 2010년: USB BC 1.2 등장. 충전 동작 사양이 더욱 강화됨.
- 이 시기 USB 충전은 보급되기 시작했으나 여전히 전력 부족과 규격 난립 문제가 있었습니다. 노트북 등 더 많은 전력이 필요한 디바이스에는 대응할 수 없었습니다.
USB PD의 탄생과 진화: 고출력·양방향 급전의 시대(2012년~2021년)
- 2012년: USB PD 1.0 등장. 최대 100W(20V·5A) 전력 공급이 가능해져 노트북 등 대형 디바이스 충전 대응.
- USB PD 1.0은 전력 공급 능력을 5가지 표준 프로파일로 정의했습니다. 또한 호스트와 디바이스 간 전압·전류 협상을 통해 안전한 전력 공급을 실현했습니다. 그러나 기존 USB 커넥터는 항상 5V 전압이 인가되어 있어 양방향 전력 공급은 불가능했습니다.
- 2014년: USB PD 2.0 등장. 프로파일 방식에서 PDO(Power Data Object) 방식으로 전환되어 더욱 유연한 전력 공급이 가능해졌습니다. 또한 USB Type-C 커넥터 등장으로 USB PD 진화가 가속화되었습니다. Type-C는 소형이며 상하 대칭 디자인으로 방향에 상관없이 삽입 가능합니다.
- 2015년: USB PD 3.0 등장. PPS(Programmable Power Supply) 기능 추가로 전압을 20mV 단위로 세밀 조정 가능해 충전 효율이 크게 향상되었습니다. 리튬이온 배터리 등의 충전 최적화도 가능해졌습니다. 기기 인증 규정이 포함되어 안전성이 향상되었습니다.
USB PD 3.1과 GaN 기술: 더욱 높은 출력과 고효율로(2021년~)
- 2021년: USB PD 3.1 등장. EPR(Extended Power Range) 도입으로 최대 240W(48V·5A) 전력 공급 가능. GaN(질화갈륨) 기술 발전으로 USB PD 전원의 고효율·소형화가 진행되고 있습니다. EPC9195와 같은 GaN 기술 기반 레퍼런스 디자인이 등장해 USB PD 3.1 성능을 최대한 활용할 수 있게 되었습니다.
USB PD의 미래: 모든 디바이스로의 전원 공급
USB PD는 노트북, 스마트폰, 태블릿 등 모바일 기기뿐 아니라 가전제품과 산업기기 등 다양한 분야에서 활용이 기대됩니다. USB PD 3.1과 GaN 기술 발전으로 미래에는 모든 디바이스가 USB Type-C 케이블로 충전되는 시대가 올지도 모릅니다.
UNIFIVE는 최신 PD 솔루션에 GaN을 적용한 차세대 소형 AC 어댑터를 다수 라인업하고 있습니다.
소량 주문 커스텀도 대응하며 유연한 제안을 드리고 있습니다. 샘플 및 기타 문의 사항이 있으시면 당사 영업부로 편하게 연락해 주시기 바랍니다.