Что такое технология USB Power Delivery (PD)? Объяснение USB-PD и её типов.

Технология USB Power Delivery (PD) позволяет устройству взаимодействовать с зарядным устройством и кабелем для определения своих потребностей в энергии, обеспечивая безопасную, быструю и эффективную зарядку. Ключевое отличие заключается в более высокой пропускной способности по сравнению с традиционными методами зарядки через USB. Кроме того, по желанию производителя, технология USB-PD может быть интегрирована в любой порт USB-C .

Даже собственные стандарты зарядки от таких компаний, как OnePlus , Xiaomi и Apple, не могут сравниться с универсальностью USB-PD. Однако существуют разные уровни USB-PD, и не каждое устройство, поддерживающее эту технологию, поддерживает один и тот же тип подачи питания. Поэтому давайте разберемся, как работает USB-PD.

Как работает USB PD?

Если у вас более новая модель смартфона, вы, вероятно, заметили, что она заряжается намного быстрее, чем старые модели. Это, скорее всего, связано с технологией USB-PD и её способностью самостоятельно настраивать выходное напряжение, в отличие от более старых протоколов.

Возможно, вы уже знакомы с USB , самым распространенным протоколом связи, но когда дело доходит до питания, технология USB Battery Charging , предшествовавшая USB-PD, отставала от других стандартов. Со временем нам также понадобился способ заряжать наши устройства быстрее, безопаснее и эффективнее. Вот тут-то и появилась технология USB Power Delivery.

Чтобы понять эту концепцию, сначала нужно узнать, что такое энергия.

Проще говоря, мощность — это ток, умноженный на подаваемое напряжение (P=IV) , и, таким образом, при использовании ПД значения тока и напряжения регулируются для обеспечения необходимого количества энергии. Это «необходимое количество» определяется путем согласования параметров подачи энергии между зарядным устройством и устройством.

Зарядное устройство начинает работу с отправки на устройство сигнала малой мощности. Устройство отвечает, получая питание на максимальной мощности. Затем зарядное устройство регулирует выходное напряжение и ток в соответствии с потребностями устройства.

Это делается для обеспечения безопасного процесса доставки и во избежание проблем с совместимостью.

По приблизительным оценкам, ваш телефон, скорее всего, будет заряжаться мощностью не менее 15 Вт, если он поддерживает какую-либо технологию быстрой зарядки. USB-зарядка, с другой стороны, поддерживает максимальное выходное напряжение 5 В и ток 0.9 А , что примерно эквивалентно 4.5 Вт мощности.

Именно поэтому USB Type-C используется чаще, чем Type-A или Micro USB, поскольку он может выдавать до 3 ампер при 5 вольтах , или, альтернативно, до 1.5 ампер при том же напряжении. А с поддержкой Power Delivery (PD) ваше устройство (если она поддерживается) может достигать мощности до 240 ватт!

Роль разъема USB Type-C в USB PD

USB PD и USB Type-C часто путают или используют как синонимы, но на самом деле это две разные технологии. USB PD — это протокол, позволяющий устройствам согласовывать необходимое им количество энергии, а USB Type-C — это просто стандарт разъема, используемый для обеспечения работы USB PD.

Таким образом, хотя USB PD использует порт USB Type-C, не все разъемы USB Type-C поддерживают USB PD . Это означает, что если вы хотите воспользоваться преимуществами высокой скорости зарядки, обеспечиваемой USB PD, вам необходимо убедиться, что и ваше устройство, и зарядное устройство поддерживают USB PD.

С другой стороны, USB Type-C поддерживает обратную зарядку , то есть может передавать сигналы в обоих направлениях. Это делает его более практичным, поскольку вы можете использовать его для питания портативного SSD через телефон или даже для зарядки телефона, подключив его к другому телефону. Однако здесь есть и другие нюансы, например, производители могут ограничивать некоторые возможности USB-PD, поэтому ваш опыт может отличаться.

Типы USB PD

Стандарт USB-PD быстро развивался, обеспечивая быструю и эффективную зарядку устройств. Однако важно отметить, что не все устройства реализуют PD одинаково, отсюда и многочисленные изменения, внесенные за эти годы.

USB PD 1.0 стал настоящим прорывом, способным выдавать мощность до 100 Вт (20 В при 5 А) , что является значительным скачком по сравнению с традиционными спецификациями питания USB. Уровень мощности определялся в процессе согласования между устройством и зарядным устройством, а не был привязан к фиксированным значениям напряжения и тока, как это было раньше.

Усовершенствования в USB PD 2.0 и 3.0 были сосредоточены в первую очередь на функциях управления питанием. Они предоставляли более подробную информацию о заряжаемом устройстве, например, сообщали о слишком высокой температуре батареи или о превышении напряжения или тока ожидаемых значений. Эти улучшения значительно повысили как безопасность, так и эффективность зарядки.

Однако эффективность этих обновлений зависит от совместимости вашего устройства и зарядного устройства. Хотя верно, что все преимущества конкретной версии PD могут быть реализованы только в том случае, если и устройство, и зарядное устройство поддерживают эту версию, технология USB PD разработана с учетом обратной совместимости.

Это означает, что устройство, поддерживающее, например, PD 3.0, по-прежнему может заряжаться с помощью зарядного устройства PD 2.0 или 1.0, хотя и без дополнительных функций управления питанием, которые были введены в более поздних версиях.

Программируемый источник питания USB (USB PPS)

Помните, мы обсуждали, что USB PD использует набор определенных уровней напряжения? Традиционно это были 5 В , 9 В , 15 В и 20 В , что обусловливало распространенные скорости зарядки таких устройств, как 18 Вт или 30 Вт . Но что, если оптимальная скорость зарядки для вашего устройства находится между этими уровнями, например, 44 Вт?

Раньше, с USB PD 2.0, вы были ограничены фиксированными уровнями напряжения, что означало, что ваше устройство мощностью 44 Вт могло заряжаться только с меньшей скоростью. Однако с появлением программируемого источника питания (PPS) в USB PD 3.0 ситуация кардинально изменилась. PPS позволяет точно контролировать напряжение и ток, обеспечивая регулировку с шагом 20 мВ и 50 мА соответственно. Этот точный контроль означает, что зарядное устройство может точно поддерживать практически любую скорость зарядки в пределах возможностей устройства.

Широкое распространение USB PD с PPS может значительно упростить наши решения для зарядки. Главная цель USB PD — повышение эффективности зарядки при одновременном сокращении электронных отходов. Благодаря использованию PPS, одно зарядное устройство в идеале может питать множество устройств до полной емкости, сводя к минимуму необходимость в нескольких зарядных устройствах для отдельных устройств.

Преимущества USB PD

Итак, что же делает USB PD настолько лучшим вариантом по сравнению с любыми другими стандартами?

1. Повышенный уровень энергии: USB-PD может обеспечить до 240 Вт Благодаря энергии, устройство обеспечивает эффективную зарядку мощных устройств, таких как ноутбуки и игровые приставки.
2. Гибкая регулировка мощности с помощью PPS: Функция программируемого источника питания (PPS) позволяет питать устройство. Запрос на промежуточное напряжение в диапазоне от 15 вольт до максимально доступного постоянного напряжения. От зарядного устройства. Такая гибкость гарантирует, что устройство получит необходимое напряжение для эффективной зарядки, одновременно увеличивая скорость зарядки и снижая тепловыделение.
3. Представляем новые электрические напряжения в USB PD 3.0: USB PD 3.0 добавляет новые стабильные напряжения, такие как: 28 ولت، 36 ولت, و48 ولتЧто обеспечивает до 140 Вт، 180 Вт, و240 Вт Соответственно, по уровню энергии. Хотя эти уровни не применимы к мобильным устройствам, они удовлетворяют потребности устройств с высоким энергопотреблением.
4. Двунаправленный поток энергии: Технология USB PD поддерживает двунаправленный поток энергии, то есть устройства могут как получать, так и подавать питание. Эта возможность позволяет, например, ноутбуку заряжать смартфон через кабель USB Type-C от того же порта, от которого он заряжается.
5. Интеллектуальное управление энергопотреблением: Технология USB PD позволяет каждому устройству потреблять только необходимое количество энергии, что повышает энергоэффективность и предотвращает возможное повреждение устройства.
6. Широкий спектр применения: Технология USB PD не ограничивается мощными устройствами. Она также подходит для маломощных устройств, таких как наушники. Ключевое преимущество здесь — универсальность, исключающая необходимость в отдельных зарядных устройствах для каждого устройства, если оно поддерживает USB PD. Это положительно сказывается на Окружающая среда Это уменьшает ваш углеродный след.

Почему компании перестали разрабатывать технологии сверхбыстрой зарядки?

Производители телефонов постоянно расширяют границы скорости зарядки своих устройств. Кажется, каждые две недели на рынке появляется новый телефон, обещающий зарядку от нуля до полного заряда всего за несколько минут.

Xiaomi лидирует в этом тренде, предлагая устройства со скоростью зарядки 67 Вт и 120 Вт . Oppo, с другой стороны, идет еще дальше, предлагая зарядку мощностью более 200 Вт . Хотя такие высокие скорости могут показаться преимуществом с точки зрения экономии времени, существует тонкий компромисс между временем автономной работы и скоростью зарядки.

Исследования и практический опыт показали, что зарядка на чрезвычайно высоких скоростях может привести к более быстрому износу батареи со временем. В результате многие компании нашли компромисс в районе 50 Вт . Эта скорость зарядки достаточно высока, чтобы обеспечить работу устройства в течение целого дня, но при этом достаточно низка, чтобы минимизировать долговременное повреждение батареи.

Например, новый Nothing Phone (2) поддерживает быструю зарядку мощностью 45 Вт , и то же самое относится к Samsung Galaxy S23 Ultra . С другой стороны, последняя серия iPhone 14 Pro может достигать 35 Вт , но Apple никогда не славилась расширением границ в этой области.

Аналогичная скорость зарядки

Вы когда-нибудь задумывались, как мы уже упоминали, почему скорость зарядки большинства смартфонов, похоже, изменяется в зависимости от конкретных значений, таких как 15 Вт , 18 Вт , 30 Вт или 45 Вт , а не случайным образом, например, 17 Вт или 19 Вт ? Эта закономерность в основном обусловлена ​​протоколом USB Power Delivery (USB PD), который работает на определенных уровнях мощности и, как известно, имеет определенные фиксированные напряжения и токи.

Однако следует помнить, что фактическая скорость зарядки ограничена уровнями мощности, поддерживаемыми как вашим устройством, так и зарядным устройством.

воздействие на окружающую среду

В настоящее время используются десятки различных стандартов зарядки USB, каждый со своим разъемом и протоколом передачи питания. Эта фрагментация затрудняет использование их с различными устройствами (например, ваше зарядное устройство Samsung Super Fast Charge не будет работать с телефоном, поддерживающим Super VOOC от Oppo ), а также приводит к образованию большого количества электронных отходов. Просто взгляните на различия ниже:

Теперь представьте, что всё это можно сделать с помощью одного зарядного устройства PD . В конце концов, оно способно обеспечить все указанные в таблице увеличения мощности.

Технология USB PD также обратно совместима со старыми версиями USB , поэтому вы можете использовать её с устройствами, которые явно её не поддерживают. Подумайте, сколько ресурсов, электронных отходов и денег вы могли бы сэкономить, если бы у вас было одно зарядное устройство для всего.

К сожалению, компании не готовы так легко отказываться от прибыли . Даже Apple, крупнейшая в мире компания, несколько лет назад убрала зарядное устройство из коробки с iPhone, заявив, что это способствует экологической устойчивости.

Однако, по слухам , iPhone 15 , который будет использовать Type-C , будет работать только с зарядными устройствами, сертифицированными Apple по стандарту MFi (Made for iPhone). Это приведет к увеличению количества электронных отходов и подчеркнет негативные последствия подобных маркетинговых уловок.

Технология USB PD медленно, но неуклонно внедряется всё большим количеством производителей. Мы надеемся, что эта тенденция сохранится, и что USB PD в конечном итоге станет отраслевым стандартом в ближайшие годы.

Часто задаваемые вопросы о USB PD

Безопасна ли технология USB Power Delivery?

Да, технология USB Power Delivery безопасна. Стандарт USB PD включает в себя ряд функций безопасности для защиты устройств и пользователей от вреда. Зарядное устройство и устройство согласовывают количество подаваемой энергии, гарантируя, что устройство не получит избыточного питания.

Как проверить, поддерживает ли мое зарядное устройство технологию USB PD?

Найдите на зарядном устройстве символ «PD». Если он работает с вашим устройством должным образом, значит, и ваше устройство, и зарядное устройство поддерживают эту функцию.

USB PD PPS лучше, чем USB PD 2.0?

Да, технология PPS обеспечивает более точное регулирование напряжения. Это означает, что зарядное устройство может подавать именно то напряжение, которое необходимо устройству, что потенциально приводит к более быстрой зарядке и меньшему выделению тепла. Кроме того, оно поддерживает USB PD 3.0, что позволяет получать больше информации о заряжаемом устройстве.