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什么是USB PD(Power Delivery-电力传输)?
USB PD(Power Delivery-供电)是什么, 我们将进行详细解读. 包括PD规范USB PD3.0和最新的PD规范USB PD3.1等, 结合当前的USB情况, 提供功能性说明和基本信息.
目次
自从在Techno Frontier 2018上发布USB PD产品以来，我们收到了大量关于“USB PD(电力传输)是什么?”的咨询，因此在本页面进行说明。这种可实现多设备充电的设备能够根据所连接的设备自动调节电力输出,非常方便。
在上一次Techno Frontier展会上,本公司展示了两款新产品USB PD(电力传输)。感谢到场观众给予我们的高度评价。根据近年来客户的需求,UNIFIVE已开发40W和60W两款USB PD产品,随后不断扩充产品线,并已推出65W产品。
什么是USB PD(Power Delivery)?
USB PD:实现数据传输与高功率供电的下一代USB魅力
USB PD(USB Power Delivery)是一项通过一根电缆同时实现数据传输与高功率供电的USB新技术。相比传统USB,支持USB PD的AC适配器通过USB Type-C电缆可同时传输电力和数据,最大限度发挥USB性能。该技术使供电能力大幅提升,不仅可为智能手机和平板电脑充电,还可为笔记本电脑等高功率大型设备供电。
以下简要总结USB PD的功能。
相比传统USB1.1(2.5W)、USB3.0(4.5W)、USB-BC1.2(7.5W),USB-PD最高可提供100W电力。
- 取消供电端与受电端的固定角色,可实现供受电互换(角色切换)。例如原本由PC为移动电源充电,通过角色切换功能也可由移动电源为PC充电(Type-C电缆情况下)。
- 可对多个外部设备进行电源优化。
根据连接设备自动调节电力。
近年来的USB现状
如今不仅在车内,在公共汽车和飞机上等各种场所都能看到USB端口。从电脑USB端口获取电源也已成为日常。可以说USB已成为智能手机等小型设备的普及型充电接口。
传统USB端口最初主要用于通过USB驱动进行数据传输,但用户逐渐将其作为充电等电源供给方式使用。
通过USB PD3.0实现安全可靠的USB PD
USB-IF(Implementers Forum)制定的最新规范USB-PD3.0旨在排除劣质电缆和不符合规范的产品,确保USB-PD安全使用。
相比2.0,USB-PD3.0加快了角色切换速度,即使发生供电中断,也可降低数据损坏风险。
此外还新增了名为C-AUTH=USB Type-C Authentication的设备间相互认证功能,可检查连接设备或电缆是否为可信产品,如有问题将阻止其功能。
USB PD 3.1:最高240W供电的进化
目前市场主流为USB PD3.0,但USB-IF于2021年5月26日发布了USB Power Delivery Revision 3.1新规范。
这是一次重大升级,使USB Type-C®电缆和连接器可支持最高240W供电。如上所述,此前USB PD在使用额定5A的USB Type-C电缆时,在20V方案下最大限制为100W。
同时USB Type-C规范在Release 2.1中更新,定义了240W电缆要求。USB PD协议与电源定义也同步更新,使此前100W不足以满足的多种设备可适用USB PD。
新的USB PD架构定义了更严格的功率协商协议,确保高功率供电的安全访问与使用。使用100-240W功率的产品安全要求比低功率产品更严格,并依据各国法规执行。
借助USB Power Delivery 3.1的新功能,大型笔记本电脑等高功率产品未来有望从传统电源接口转向USB Type-C。
新增3种固定电压选择,EPR(扩展功率范围)实现高输出
USB PD 3.1的一大特点是新增3种固定电压选择。除原有SPR PDO、SPR APDO的5V、9V、15V、20V外,新增28V(100W以上)、36V(140W以上)、48V(240W以上)固定电压。通过USB PD 3.1的主要新功能EPR(Extended Power Range),可实现超过20V的供电。EPR新增28V、36V、48V固定电压,分别支持超过100W、140W、180W供电。
EPR模式:实现高功率供电的安全协议机制
EPR模式是一种用于安全提供高功率供电的通信协议。电源端(Source)与设备端(Sink)在进入EPR模式前会确认彼此功能,达成安全供电协议。
下表整理了USB3.1出现之前的发展历程及各项规格。
| 发布时间 | 2010年 | 2012年 | 2014年 | 2015年 | 2017年 | 2021年 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| USB规格 | BC1.2 | PD1.0 | PD2.0 | PD3.0 | PD3.0PPS | PD3.1 |
| USB连接器 | Type-A | Type-A, Type-B | Type-C | Type-C | Type-C | Type-C |
| 输出 | 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 PD带来最快且最佳的充电体验
不仅仅是实现高功率供电。USB Type-C配备了名为CC(Configuration Channel)的专用信号线,当连接支持USB Power Delivery的设备时,系统会自动检测最适合设备的电力并快速开始充电。
Type-C电缆的进化:EPR支持提升安全性
随着USB PD 3.1扩展,USB Type-C电缆规格也更新至2.1版本。EPR电缆内置名为E-Marker的芯片,标识其支持50V·5A,从而提升高功率供电时的安全性与可靠性。
结合GaN技术实现高效率与小型化
GaN(氮化镓)作为下一代半导体材料备受关注。采用GaN的功率器件相比传统硅器件具有更低功耗和更快开关速度。USB PD 3.1电源采用GaN技术可兼顾高效率与小型化。
按时间顺序回顾USB PD历史
以上介绍了USB PD及最新USB PD3.1,下面按时间顺序回顾USB PD的发展历史,加深对技术演进的理解。
USB PD之前:低功率充电与标准混乱(1996年-2012年)
- 1996年:USB 1.0问世。最初以数据传输为主要目的,也可供电,但仅5V·100mA,不适合充电。
- 2000年:USB 2.0问世。数据传输速度提升,供电提升至5V·500mA,开始用于手机充电。
- 2007年:电池充电规范USB BC 1.1发布。电压固定5V,最大1.5A,可供电7.5W。
- 2010年:USB BC 1.2发布,充电规范更完善。
- 该时期USB充电逐渐普及,但仍存在功率不足和标准混乱问题,无法满足笔记本电脑等高功率设备需求。
USB PD的诞生与进化:迈向高功率与双向供电时代(2012年-2021年)
- 2012年:USB PD 1.0发布。支持最高100W(20V·5A),可为笔记本电脑等大型设备充电。
- USB PD 1.0通过5种标准"Profile"定义供电能力,并通过主机与设备间电压电流协商实现安全供电。但传统USB接口始终带5V电压,无法实现双向供电。
- 2014年:USB PD 2.0发布。由Profile方式转为PDO(Power Data Object)方式,实现更灵活供电。同时USB Type-C连接器问世,体积小且正反可插。
- 2015年:USB PD 3.0发布。新增PPS(可编程电源)功能,电压可20mV为单位精细调节,大幅提升充电效率,并优化锂电池充电。同时强化设备认证,提升安全性。
USB PD 3.1与GaN技术:迈向更高功率与更高效率(2021年-)
- 2021年:USB PD 3.1发布。引入EPR(Extended Power Range),最高支持240W(48V·5A)。随着GaN技术进步,USB PD电源更加高效和小型化。采用GaN技术的参考设计如EPC9195问世,可充分发挥USB PD 3.1性能。
USB PD的未来:为所有设备供电
USB PD不仅适用于笔记本电脑、智能手机和平板电脑等移动设备,还将应用于家电和工业设备等多个领域。随着USB PD 3.1和GaN技术发展,未来或将进入所有设备均通过USB Type-C电缆充电的时代。
UNIFIVE已推出多款采用GaN的下一代小型AC适配器PD解决方案。
支持小批量定制并提供灵活方案。如需样品或咨询,欢迎联系本公司销售部门。