O que é USB PD (Power Delivery)?

O que é USB PD (Power Delivery) é explicado em detalhes. Apresentamos explicações funcionais e informações básicas sobre os padrões PD, como o USB PD 3.0, o mais recente padrão USB PD 3.1, e as tendências atuais dos USBs.

Desde o lançamento dos produtos USB PD na Techno-Frontier 2018, recebemos muitas perguntas como “O que é USB PD (Power Delivery)?”. Por isso, explicamos neste site. Este dispositivo, que pode carregar vários aparelhos, ajusta automaticamente a energia fornecida de acordo com o dispositivo conectado, sendo extremamente prático.

Na última Techno-Frontier, exibimos dois novos produtos USB PD (Power Delivery). Recebemos reações muito positivas dos visitantes, pelo que estamos sinceramente agradecidos. Em resposta às recentes solicitações dos clientes, a Unifive desenvolveu dois modelos de produtos USB PD de 40W e 60W, e continua a expandir sua linha de produtos, incluindo uma versão de 65W.

O que é USB PD (Power Delivery)?

USB PD: A atratividade da nova geração de USB que fornece transferência de dados e energia de alta potência

USB PD (USB Power Delivery) é uma nova tecnologia USB que permite a transferência de dados e fornecimento de energia de alta potência por meio de um único cabo. Adaptadores AC compatíveis com USB PD, uma evolução dos USBs convencionais, fornecem simultaneamente energia e dados através de cabos USB Type-C, maximizando o desempenho da USB. Esta tecnologia possibilita fornecer muito mais energia em comparação com os métodos de carregamento anteriores, permitindo carregar não apenas smartphones e tablets, mas também dispositivos maiores como notebooks, que exigem alta potência.

Abaixo, resumimos brevemente as funções do USB PD.

• Enquanto os USBs convencionais como USB1.1 (2.5W), USB3.0 (4.5W), e USB-BC1.2 (7.5W), oferecem potências limitadas, o USB PD pode fornecer até 100W.

• Elimina a fixação entre quem fornece e quem recebe energia, sendo possível a troca de papéis (role swap). Por exemplo, se antes o PC carregava uma bateria externa, com o recurso de role swap é possível carregar o PC a partir da bateria externa (com cabo Type-C).
• Otimização da fonte de energia em múltiplos dispositivos conectados.

• Ajuste automático da energia de acordo com o dispositivo conectado.

A situação atual do USB

Hoje em dia, portas USB são vistas não só em carros, mas também em ônibus públicos e aviões, praticamente em qualquer lugar. Inclusive o uso da porta USB do computador para carregar aparelhos tornou-se comum. De fato, o USB tornou-se uma tomada de carregamento ubíqua para dispositivos pequenos como smartphones.

Originalmente, as portas USB eram destinadas principalmente à transferência de dados usando drivers USB, mas com o tempo, os usuários passaram a utilizá-las também como fonte de energia para carregamento.

Com USB PD3.0, experiência segura com USB PD

A especificação mais recente, USB-PD3.0, definida pelo USB-IF (Implementers Forum), tem como objetivo eliminar cabos e produtos de baixa qualidade que não atendem ao padrão e garantir o uso seguro do USB-PD.

Comparado com o 2.0, o USB-PD3.0 apresenta role swap mais rápido, reduzindo o risco de perda de dados mesmo com interrupções no fornecimento de energia.

Além disso, foi adicionada a funcionalidade de autenticação mútua entre dispositivos chamada C-AUTH (USB Type-C Authentication), que verifica se o equipamento ou cabo conectado é confiável; se não for, a funcionalidade será bloqueada.

*Explicações sobre USB-TypeC podem ser encontradas aqui

USB PD 3.1: Evolução para fornecimento de até 240W

Atualmente, o padrão USB PD3.0 mencionado acima é o mais comum no mercado, mas em 26 de maio de 2021, o USB-IF (Implementers Forum) anunciou a nova especificação Revision 3.1 do USB Power Delivery (USB PD).

Esta é uma grande atualização que permite fornecer até 240W de energia através de cabos e conectores USB Type-C®. Anteriormente, o USB PD era limitado a 100W com solução de 20V usando cabos USB Type-C com corrente nominal de até 5A.

A especificação do USB Type-C também foi atualizada para a versão 2.1 para acomodar os requisitos de cabos de 240W. Com a atualização do protocolo USB PD e a definição de energia elétrica, pode-se aplicar USB PD a muitos dispositivos para os quais 100W não eram suficientes.

Na nova arquitetura USB PD, foi definido um protocolo de negociação de energia muito mais rigoroso, permitindo o uso seguro da alta potência. Os requisitos de segurança para produtos que utilizam entre 100W e 240W são mais rigorosos que aqueles de baixo consumo e definidos de acordo com os regulamentos de cada país onde os produtos são comercializados.

Com os novos recursos do USB Power Delivery 3.1, dispositivos de alta potência como notebooks de grande porte poderão substituir conectores de energia tradicionais por USB Type-C.

Possibilidade de escolha de três novas tensões fixas — aumento de potência com EPR (Extended Power Range)

Uma das principais características da especificação USB PD 3.1 é a introdução de três novas tensões fixas. Além das tensões dos modos SPR PDO e SPR APDO (5V, 9V, 15V, 20V), agora é possível escolher 28V (acima de 100W), 36V (acima de 140W) e 48V (acima de 240W). Com a nova função EPR (Extended Power Range), que é o principal recurso do USB PD 3.1, tornou-se possível fornecer energia em tensões superiores a 20V. No EPR, estão disponíveis tensões fixas de 28V, 36V e 48V, fornecendo energia superior a 100W, 140W e 180W respectivamente.

Modo EPR: Protócolo de segurança para fornecimento de alta potência

O modo EPR é um protocolo de comunicação para fornecimento seguro de energia de alta potência. Antes de entrar no modo EPR, o lado fonte (energia) e o lado carga (dispositivo) verificam suas funcionalidades para formar um acordo de fornecimento seguro.

A evolução do USB até o USB 3.1 e suas respectivas especificações estão resumidas na tabela a seguir.

Experiência de carregamento mais rápida e eficiente com USB PD

Não se trata apenas de fornecer potência elevada. O USB Type-C possui uma linha de sinal exclusiva chamada CC (Configuration Channel). Quando um dispositivo compatível com USB PD é conectado, detecta automaticamente a energia ideal para o dispositivo e inicia o carregamento rapidamente.

 Evolução dos cabos Type-C: Maior segurança com compatibilidade EPR

Com a expansão do USB PD 3.1, a especificação do cabo USB Type-C também foi atualizada para a versão 2.1. Os cabos compatíveis com EPR incorporam um chip chamado E-Marker, que indica compatibilidade com 50V e 5A. Isso aumenta a segurança e confiabilidade ao fornecer energia de alta potência.

Alta eficiência e miniaturização com a tecnologia GaN

O GaN (Nitreto de Gálio) é um material semicondutor de próxima geração em destaque. Dispositivos de potência feitos com GaN apresentam menor perda de energia e maior velocidade de comutação em comparação com os dispositivos tradicionais de silício. Ao adotar a tecnologia GaN nas fontes USB PD 3.1, é possível alcançar alta eficiência e miniaturização simultaneamente.

Histórico do USB PD ao longo do tempo

Até agora tratamos do que é o USB PD e sua versão mais recente, USB PD 3.1. A seguir, revisamos sua história e evolução tecnológica em ordem cronológica.

Antes do USB PD: Carregamento de baixa potência e fragmentação de padrões (1996–2012)

• 1996: Lançamento do USB 1.0, inicialmente focado em transferência de dados. Embora fosse possível fornecer energia aos periféricos, a potência era de apenas 5V/100mA — inadequado para carregamento.
• 2000: USB 2.0 introduzido, com velocidade de dados aprimorada e fornecimento de energia aumentado para 5V/500mA, tornando-se útil para carregar celulares, por exemplo.
• 2007: Surge a especificação de carregamento de bateria USB BC 1.1. Embora a voltagem fosse fixa em 5V, permitia até 1.5A de corrente, atingindo 7.5W.
• 2010: Lançamento do USB BC 1.2, com especificações mais reforçadas para o carregamento.
• Nesta fase, embora o carregamento via USB se popularizasse, ainda havia limitações de energia e múltiplos padrões. Dispositivos de alto consumo, como notebooks, ainda não podiam ser carregados via USB.

Nascimento e evolução do USB PD: Era de carregamento de alta potência e bidirecional (2012–2021)

• 2012: Lançamento do USB PD 1.0, com fornecimento de até 100W (20V/5A), viabilizando a carga de dispositivos grandes como notebooks.
• No USB PD 1.0, a capacidade de fornecimento era definida por cinco "perfis" padrão. Também negociava voltagem e corrente entre host e dispositivo, permitindo fornecimento seguro. No entanto, conectores USB existentes sempre aplicavam 5V, impossibilitando fornecimento bidirecional.
• 2014: Surge o USB PD 2.0, que substitui o “perfil” pelo método PDO (Power Data Object) para fornecimento mais flexível. Também introduz o conector USB Type-C, pequeno, simétrico e reversível, impulsionando a evolução do USB PD.
• 2015: Lançamento do USB PD 3.0, incorporando recurso de fornecimento programável de energia, PPS, que ajusta o nível de voltagem em passos de 20mV para maior eficiência. PPS também otimiza a carga de baterias de íon-lítio, por exemplo. Verificações de autenticação foram adicionadas para aumentar a segurança.

USB PD 3.1 e tecnologia GaN: Rumo a maior potência e eficiência (2021–)

• 2021: Lançamento do USB PD 3.1, introduzindo EPR (Extended Power Range), que permite fornecer até 240W (48V/5A). Graças ao avanço do GaN (Nitreto de Gálio), a eficiência e miniaturização das fontes de energia USB PD estão progredindo. Referências de design como o EPC9195, com tecnologia GaN, permitem explorar todo o potencial do USB PD 3.1.

O futuro do USB PD: Fornecimento de energia para todos os dispositivos

Espera-se que o USB PD não sirva apenas para notebooks, smartphones e tablets, mas também para eletrodomésticos e equipamentos industriais. Com as evoluções do USB PD 3.1 e GaN, talvez chegue o dia em que todos os dispositivos possam ser carregados com um cabo USB Type-C.

Na Unifive, oferecemos uma ampla gama de adaptadores AC de última geração compatíveis com PD e tecnologia GaN.

Também aceitamos pedidos personalizados a partir de pequenos lotes e oferecemos propostas flexíveis. Para amostras ou outras consultas, entre em contato com nosso departamento de vendas.

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