O que é USB PD (Power Delivery)?

O que é USB PD (Power Delivery)? Explicamos em detalhes. Apresentamos informações funcionais e básicas sobre o padrão PD, como o USB PD3.0, o mais recente USB PD3.1 e as tendências atuais relacionadas ao USB.

Desde o anúncio dos produtos USB PD na TECHNFRONTIER 2018, recebemos muitas perguntas como “O que é USB PD (Power Delivery)?”. Nesta página, forneceremos uma explicação. Este dispositivo com capacidade de carregamento múltiplo ajusta automaticamente a potência de acordo com os dispositivos conectados, sendo extremamente conveniente.

No evento TECHNFRONTIER anterior, exibimos dois novos produtos USB PD (Power Delivery) da nossa empresa. A recepção dos visitantes foi extremamente positiva e estamos profundamente gratos. Em resposta às recentes demandas dos clientes, a Unifive desenvolveu dois modelos de produtos USB PD de 40W e 60W, e desde então tem expandido sua linha, já incluindo um modelo de 65W.

O que é USB PD (Power Delivery)?

USB PD: a atratividade da próxima geração USB com transmissão de dados e fornecimento de alta potência

USB PD (USB Power Delivery) é uma nova tecnologia USB que permite a transmissão de dados e o fornecimento de alta potência por um único cabo. O adaptador AC compatível com USB PD, que evoluiu a partir do USB convencional, pode fornecer simultaneamente energia e dados através de um cabo USB Type-C, maximizando o desempenho do USB. Essa tecnologia possibilita fornecer potência significativamente maior do que os métodos de carregamento USB anteriores, tornando-se compatível com carregamento de dispositivos de alto consumo, como notebooks, além de smartphones e tablets.

As funções do USB PD estão resumidas a seguir.

• Comparado ao USB1.1 (2.5W), USB3.0 (4.5W) e USB-BC1.2 (7.5W), o USB-PD pode fornecer até 100W.

• Elimina a fixação de emissores e receptores de energia, permitindo a troca entre fornecimento e recepção de energia (role swap). Por exemplo, embora um PC carregue uma bateria externa, com a função de role swap, a bateria externa pode carregar o PC (no caso de cabos Type-C).
• Permite a otimização da energia para múltiplos dispositivos externos.

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

Situação atual do USB

Atualmente, portas USB são vistas em diversos locais, desde o interior de carros até ônibus públicos e aviões. Obter energia a partir de uma porta USB de notebook tornou-se algo comum no cotidiano. De fato, o USB passou a ser uma fonte onipresente de carga para pequenos dispositivos como smartphones.

As portas USB convencionais tinham como principal finalidade a transferência de dados através de drivers USB, mas os usuários gradualmente passaram a utilizá-las como fontes de energia para carregamento.

Segurança com USB PD3.0

O USB-PD 3.0, mais recente padrão estabelecido pela organização USB-IF (Implementers Forum), visa assegurar o uso seguro de USB-PD ao eliminar cabos de má qualidade e produtos abaixo do padrão no mercado.

O USB-PD 3.0 tem role swap mais rápido que o 2.0, reduzindo o risco de perda de dados mesmo se houver interrupção no fornecimento de energia.

Além disso, foi adicionada a função de autenticação entre dispositivos, chamada C-AUTH (USB Type-C Authentication), permitindo que os dispositivos verifiquem se o cabo ou dispositivo conectado é confiável. Se houver problema, o funcionamento será bloqueado.

* Clique aqui para explicações sobre USB-TypeC.

USB PD 3.1: Evolução para fornecimento de até 240W

O padrão USB-PD 3.0 descrito acima é atualmente o principal no mercado, mas em 26 de maio de 2021, o USB-IF anunciou uma nova especificação: USB Power Delivery (USB PD) Revisão 3.1.

Essa atualização permite fornecer até 240W de potência através de cabos e conectores USB Type-C®. Até então, o USB PD era limitado a 100W, usando soluções de 20V com cabos Type-C de 5A.

Simultaneamente, a especificação do USB Type-C foi atualizada para a versão 2.1, que define os requisitos dos novos cabos de 240W. Com a atualização do protocolo de fornecimento e definição de energia de USB PD, tornou-se possível aplicar USB PD em dispositivos cuja demanda energética de 100W era insuficiente.

Na nova arquitetura USB PD, foi definido um protocolo de negociação de energia mais rigoroso, garantindo o uso seguro do fornecimento de alta potência. Os requisitos de segurança para produtos que utilizam potências entre 100W e 240W são mais rigorosos comparados aos de baixa potência, sendo definidos de acordo com as regulamentações de cada país onde o produto é vendido.

Com os novos recursos da versão 3.1 do USB PD, dispositivos de maior potência, como notebooks, poderão migrar dos conectores de energia tradicionais para USB Type-C.

Três novas tensões fixas com EPR (Faixa Estendida de Energia)

Uma das principais características da especificação USB PD 3.1 é a adição de três novas opções de tensões fixas. Às especificações anteriores com 5V, 9V, 15V e 20V foram adicionadas novas tensões de 28V (acima de 100W), 36V (mais de 140W) e 48V (mais de 240W). Com o recurso EPR (Extended Power Range), principal novidade do USB PD 3.1, agora é possível fornecer energia acima de 20V. O EPR permite o fornecimento de mais de 100W, 140W e 180W com 28V, 36V e 48V, respectivamente.

Modo EPR: protocolo seguro para fornecimento de alta potência

O modo EPR é um protocolo de comunicação para fornecimento seguro de alta potência. A fonte (lado de alimentação) e o receptor (dispositivo) verificam suas capacidades antes de ativar o modo EPR, estabelecendo um acordo para fornecimento seguro de energia.

A seguir, uma tabela resumindo a evolução do USB até o USB 3.1:

Experiência de carregamento mais rápida e ideal com USB PD

Mais do que fornecer alta potência, o USB Type-C possui uma linha de sinal dedicada chamada CC (Configuration Channel), que detecta automaticamente a potência ideal para o dispositivo assim que conectado um equipamento compatível com USB Power Delivery, iniciando rapidamente o carregamento.

Evolução dos cabos Type-C: maior segurança com suporte a EPR

Com a expansão do USB PD 3.1, a especificação dos cabos USB Type-C também foi atualizada para a versão 2.1. Os cabos compatíveis com EPR possuem um chip chamado E-Marker que indica suporte a 50V e 5A, o que melhora a segurança e confiabilidade durante o fornecimento de alta potência.

Alta eficiência e miniaturização com tecnologia GaN

GaN (nitreto de gálio) é um material semicondutor de próxima geração. Dispositivos de potência com GaN apresentam menor perda de energia e maior velocidade de comutação em comparação com dispositivos de silício convencionais. Incorporar GaN nas fontes USB PD 3.1 permite alta eficiência e miniaturização.

Histórico do USB PD em ordem cronológica

Acima falamos sobre o que é USB PD e as últimas especificações do USB PD 3.1. Agora, vamos olhar para a história do USB PD em ordem cronológica para melhor compreensão da evolução da tecnologia.

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

• 1996: Lançamento do USB 1.0. Inicialmente focado em dados, também fornecia energia de 5V/100mA, insuficiente para carregamento.
• 2000: USB 2.0 trouxe maior velocidade de dados e aumento de potência para 5V/500mA, permitindo carregamento de celulares.
• 2007: Aparecimento do padrão de carregamento de bateria USB BC 1.1. Embora o 5V fosse fixo, permitia até 1.5A, totalizando 7.5W de fornecimento.
• 2010: Lançado o USB BC 1.2, com especificações de carregamento mais robustas.
• Neste período, o carregamento via USB se popularizou, mas ainda havia limitações de potência e padronização, sendo inadequado para dispositivos como notebooks.

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

• 2012: USB PD 1.0 foi lançado, permitindo fornecimento de até 100W (20V/5A), possibilitando carregamento de notebooks.
• USB PD 1.0 usava “perfis” de energia e previa negociações de tensão e corrente entre host e dispositivo para carregamento seguro. Ainda havia restrições quanto à direção da energia devido ao conector USB.
• 2014: USB PD 2.0 introduziu o método PDO (Power Data Object), permitindo fornecimento mais flexível e introduziu o conector Type-C, pequeno e simétrico.
• 2015: USB PD 3.0 trouxe o recurso PPS (fonte de energia programável), que permite ajuste da tensão em incrementos de 20mV, melhorando eficiência e otimizando carregamento de baterias de íon-lítio. Adicionalmente, incluiu autenticação de dispositivos, aumentando a segurança.

USB PD 3.1 e tecnologia GaN: rumo a potência e eficiência ainda maiores (2021–)

• 2021: Lançamento do USB PD 3.1, introduzindo o EPR (Extended Power Range), permitindo fornecimento de até 240W (48V/5A). Com melhorias da tecnologia GaN, tornou-se possível maximizar o desempenho e miniaturizar as fontes USB PD. Design de referência com GaN, como o EPC9195, já está disponível.

Futuro do USB PD: fornecimento de energia para todos os dispositivos

Espera-se que o USB PD seja utilizado não apenas em dispositivos móveis como notebooks, smartphones e tablets, mas também em eletrodomésticos e equipamentos industriais. Com a evolução do USB PD 3.1 e da tecnologia GaN, talvez no futuro todo dispositivo possa ser carregado com um único cabo USB Type-C.

A Unifive já disponibiliza uma ampla linha de adaptadores AC compactos de próxima geração com a mais recente solução PD utilizando tecnologia GaN.

Oferecemos flexibilidade para pedidos personalizados a partir de pequenos lotes. Caso tenha interesse em amostras ou outras dúvidas, entre em contato com nosso departamento de vendas.

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