Что такое подача питания через USB? USB-PD и его типы. Объяснение

USB Power Delivery (PD) — это технология, которая позволяет устройству сообщать о своих требованиях к питанию с помощью зарядного устройства и кабеля, чтобы обеспечить безопасную, быструю и эффективную зарядку. Основное отличие здесь заключается в том, что он обеспечивает более высокие возможности передачи энергии по сравнению с обычными методами зарядки через USB. Кроме того, USB-PD технически может быть встроен в любой порт USB-C, если этого захочет производитель.

Даже фирменные стандарты зарядки от таких производителей, как OnePlus, Xiaomi и Apple, не могут конкурировать с абсолютной универсальностью USB-PD. При этом существуют уровни USB-PD, и не каждое устройство, поддерживающее его, поддерживает один и тот же тип подачи питания. Итак, давайте разберемся и посмотрим, как работает USB-PD.

Зарядное устройство и кабель USB Type-C | Фрипик

Как работает USB PD?

Если у вас новый смартфон, возможно, вы заметили, что он заряжается намного быстрее, чем старые модели. Скорее всего, это связано с USB-PD и его способностью настраивать выходное напряжение в отличие от устаревших протоколов.

Возможно, вы уже знаете о USB, который является наиболее распространенным типом протокола связи, но с точки зрения мощности USB Battery Charging, технология, предшествовавшая USB-PD, отставала по сравнению с другими стандартами. Кроме того, со временем нам потребовался способ заряжать наши устройства быстрее, безопаснее и эффективнее. Именно здесь в игру вступила USB Power Delivery.

Чтобы понять эту концепцию, вам сначала нужно знать, что такое Сила.

Проще говоря, мощность равна подаваемому току x напряжению (P=IV), и поэтому при использовании PD значения тока и напряжения корректируются для обеспечения требуемого количества. Это «необходимое количество» определяется путем согласования подачи энергии между зарядным устройством и устройством.

Быстрая зарядка телефона Xiaomi мощностью 67 Вт через USB-C

Зарядное устройство запустится, отправив на устройство сигнал малой мощности. Устройство ответит максимальной мощностью. Затем зарядное устройство отрегулирует выходное напряжение и ток в соответствии с требованиями устройства.

Это сделано для того, чтобы гарантировать, что процесс зарядки продолжается безопасно и не возникает каких-либо проблем с совместимостью.

По приблизительным оценкам, ваш телефон, вероятно, заряжается как минимум на 15 Вт, если он поддерживает какие-либо технологии быстрой зарядки. Зарядка аккумулятора USB, с другой стороны, поддерживает только максимум 5 В и 0,9 А, что составляет примерно 4,5 Вт мощности.

Именно поэтому обычно используется USB Type-C вместо Type-A или Micro USB, поскольку он может достигать 3 А при 5 В или, альтернативно, может использовать 1,5 А при том же напряжении. С PD ваше устройство (если оно поддерживается) может достигать мощности 240 Вт!

Роль USB Type-C в USB PD

USB PD и USB Type-C часто путают друг с другом или используют как синонимы, но на самом деле это две разные технологии. USB PD — это протокол, который позволяет устройствам согласовывать необходимое количество энергии, а USB Type-C — это просто стандарт разъема, используемый для упрощения USB-PD.

USB-тип-C | Unsplash

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

С другой стороны, USB Type-C имеет возможность обратной зарядки, то есть может отправлять сигналы в обе стороны. Это делает его еще более практичным, поскольку вы можете использовать его для питания портативного твердотельного накопителя через телефон или даже заряжать телефон, подключив его к другому телефону. Однако здесь есть и другие предостережения, например, производитель блокирует определенные возможности USB-PD, поэтому ваш результат может отличаться.

Типы USB ПД

Стандарт USB-PD быстро развивался, обеспечивая быструю и эффективную зарядку устройств. Однако важно отметить, что не все устройства реализуют PD одинаково, поэтому за последние годы было введено несколько версий.

USB PD 1.0 изменил правила игры, поскольку он мог обеспечивать мощность до 100 Вт (20 В при токе 5 А), что является значительным шагом вперед по сравнению с традиционными спецификациями питания USB. Уровень мощности определялся посредством процесса переговоров между устройством и зарядным устройством, а не привязывался к конкретным значениям напряжения и тока, как предполагалось ранее.

Достижения в USB PD 2.0 и 3.0 касались главным образом функций управления питанием. Они предоставили более подробную информацию о заряжаемом устройстве, например, сообщили, если температура батареи слишком высока или напряжение или ток превышают ожидаемые уровни. Эти усовершенствования в значительной степени способствовали повышению безопасности и эффективности зарядки.

ХарактеристикиUSB PD 1.0USB PD 2.0USB PD 3.0Устаревший USBМаксимальная подаваемая мощность100 Вт100 Вт100 Вт2,5 Вт (USB 2.0), 4,5 Вт (USB 3.0)Напряжение 5 В, 12 В, 20 В5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В5 VCток2 А, 3 А, 5 А3 А, 5 А, 10 А3 А, 5 А, 10 АПрограммируемый источник питания 500 мА (PPS)НетДаДаНетПротокол зарядки аккумулятораBC 1.2BC 1.2BC 1.2BC 1.2Дата выпуска2012201420171996РазъемыUSB-A, USB-CUSB-A, USB-CUSB-CUSB-A, USB-BСравнение различных типов стандартов USB

Несмотря на это, эффективность этих доработок зависит от совместимости вашего устройства и зарядного устройства. Хотя это правда, что все преимущества конкретной версии PD можно использовать только в том случае, если и устройство, и зарядное устройство поддерживают эту версию, USB PD разработан с учетом обратной совместимости.

Это означает, что, например, устройство с PD 3.0 все еще можно заряжать с помощью зарядного устройства PD 2.0 или 1.0, хотя и без дополнительных функций управления питанием, представленных в более поздних версиях.

Программируемый источник питания USB (USB PPS)

Помните, как мы обсуждали, что USB PD использует набор определенных уровней напряжения? Традиционно они составляли 5 В, 9 В, 15 В и 20 В, что способствовало распространению скорости зарядки, наблюдаемой в таких устройствах, как 18 Вт или 30 Вт. Но что, если оптимальная скорость зарядки вашего устройства находится между этими значениями, скажем, 44 Вт?

Раньше при использовании USB PD 2.0 вы были ограничены фиксированными уровнями напряжения, а это означало, что ваше устройство мощностью 44 Вт могло заряжаться только с более низкой скоростью. Однако с появлением программируемого источника питания (PPS), представленного в USB PD 3.0, этот сценарий радикально изменился. PPS обеспечивает детальный контроль над напряжением и током, допуская регулировку с шагом 20 мВ и 50 мА соответственно. Такое точное управление означает, что зарядное устройство может точно поддерживать практически любую скорость зарядки в пределах возможностей устройства.

USB-вольтметр, показывающий протоколы зарядки, используемые этим зарядным устройством.

Широкое внедрение USB PD с PPS могло бы значительно упростить наши решения для зарядки. Основная цель USB PD — повысить эффективность зарядки при минимизации электронных отходов. Используя функцию PPS, одно зарядное устройство может оптимально питать широкий спектр устройств до их максимальных возможностей, уменьшая необходимость в нескольких зарядных устройствах для конкретных устройств.

Преимущества USB PD

Так что же делает USB PD гораздо лучшим выбором по сравнению с любым другим стандартом?

1. Более высокие уровни мощности: USB-PD может выдавать мощность до 240 Вт, что позволяет эффективно заряжать даже энергоемкие устройства, такие как ноутбуки и игровые консоли.
2. Гибкая регулировка мощности с помощью PPS: функция программируемого источника питания (PPS) позволяет питаемому устройству запрашивать промежуточные напряжения от 15 В до максимально доступного фиксированного напряжения зарядного устройства. Такая гибкость гарантирует, что устройство получит необходимое напряжение для эффективной зарядки, одновременно увеличивая скорость зарядки и сводя к минимуму выделение тепла.
3. Введение новых напряжений в USB PD 3.0. В USB PD 3.0 добавлены новые фиксированные напряжения, такие как 28 В, 36 В и 48 В, которые обеспечивают мощность до 140 Вт, 180 Вт и 240 Вт соответственно. Хотя эти уровни неприменимы к мобильным устройствам, они подходят для устройств с высоким энергопотреблением.
4. Двунаправленный поток мощности: USB PD поддерживает двунаправленную мощность, что означает, что устройства могут как получать, так и обеспечивать питание. Эта возможность позволяет, например, ноутбуку заряжать смартфон через кабель USB Type-C от того же порта, от которого можно заряжать его самого.
5. Интеллектуальное управление питанием: USB PD позволяет каждому устройству потреблять только ту мощность, которая ему необходима, оптимизируя энергопотребление и предотвращая потенциальное повреждение устройств.
6. Широкий диапазон применения: USB PD не ограничивается устройствами высокой мощности. Он также может работать с устройствами с низким энергопотреблением, такими как гарнитуры. Ключевым преимуществом здесь является универсальность применения, исключающая необходимость использования отдельных зарядных устройств для каждого устройства, при условии, что они поддерживают USB PD. Это оказывает положительное влияние на окружающую среду и снижает выбросы углекислого газа.

Почему компании перестали использовать технологии сверхбыстрой зарядки

Телефонные компании постоянно расширяют пределы скорости зарядки своих устройств. Кажется, что раз в две недели на рынке появляется новый телефон, который обещает зарядиться с нуля до полной зарядки за считанные минуты.

Xiaomi лидирует в этом направлении, предлагая скорости зарядки своих устройств мощностью 67 Вт и 120 Вт. Oppo, с другой стороны, расширяет границы возможного, предлагая мощность зарядки, превышающую 200 Вт. Хотя эти высокие скорости могут показаться преимуществом с точки зрения экономии времени, существует скрытый компромисс между сроком службы батареи и скоростью зарядки.

Исследования и практика показали, что зарядка на чрезвычайно высоких скоростях может со временем привести к более быстрому износу батареи. В результате многие компании нашли золотую середину в районе отметки 50 Вт. Такая скорость зарядки достаточно быстрая, чтобы быстро зарядить устройство на весь день, но она также достаточно медленная, чтобы свести к минимуму долгосрочное повреждение аккумулятора.

Например, новый Nothing Phone (2) оснащен быстрой зарядкой мощностью 45 Вт, как и Samsung Galaxy S23 Ultra. С другой стороны, последняя серия iPhone 14 Pro может развивать мощность до 35 Вт, но Apple, как известно, никогда не выходила за рамки возможного в этом отношении.

Сходство в скорости зарядки

Как уже упоминалось ранее, вы когда-нибудь задумывались, почему скорость зарядки для большинства смартфонов имеет определенные приращения, например 15 Вт, 18 Вт, 30 Вт или 45 Вт, а не случайно варьируемые цифры, такие как 17 Вт или 19 Вт? Эта закономерность в первую очередь связана с протоколом USB Power Delivery (USB PD), который работает на определенных уровнях мощности, определяемых определенными фиксированными напряжениями и токами.

Однако имейте в виду, что фактическая достижимая скорость зарядки ограничена конкретными уровнями мощности, поддерживаемыми как вашим устройством, так и зарядным устройством.

НапряжениеТокМощность5 V3 A15 W9 V2 A18 W12 V3 A36 W15 V3 A45 W20 V5 A100 WСпецифические номиналы, с которыми может работать USB PD 2.0

Воздействие на окружающую среду

На данный момент используются десятки различных стандартов USB-зарядки, каждый из которых имеет свой собственный разъем и протокол подачи питания. Эта фрагментация затрудняет использование потребителями различных устройств (например, ваш Samsung Super Fast Charge не будет работать с телефоном, поддерживающим Super VOOC от Oppo), а также приводит к большому количеству электронных отходов. Просто взгляните на различия ниже:

Теперь представьте, что вы могли бы сделать все это с помощью одного зарядного устройства PD. Ведь он способен выдавать всевозможные приращения мощности, перечисленные в таблице.

USB PD также обратно совместим со старыми стандартами USB, поэтому вы можете использовать его с устройствами, которые его явно не поддерживают. Подумайте, сколько ресурсов, электронных отходов и денег можно сэкономить, если у вас будет одно зарядное устройство для всех.

Больше зарядных устройств, больше электронного мусора | Unsplash

К сожалению, компании не готовы так легко отказываться от прибыли. Даже Apple, крупнейшая в мире компания, несколько лет назад убрала зарядное устройство из коробки iPhone, заявив, что является сторонником экологичности.

Однако, слухи предполагают, что iPhone 15, который будет использовать Type-C, будет работать только с собственными зарядными устройствами Apple, сертифицированными MFi (сделано для iPhone). Это приведет к увеличению количества электронных отходов и покажет плохую сторону такой умной маркетинговой тактики.

USB PD медленно, но верно внедряется более широким кругом производителей. Мы надеемся, что эта тенденция сохранится, и USB PD со временем станет отраслевым стандартом в ближайшие годы.

USB PD: часто задаваемые вопросы

Безопасна ли подача питания через USB?

Да, USB Power Delivery безопасен. Стандарт USB PD включает ряд функций безопасности для защиты устройств и пользователей от вреда. Зарядное устройство и устройство согласовывают количество передаваемой энергии, гарантируя, что устройство не получит слишком много энергии.

Как проверить, поддерживает ли мое зарядное устройство USB PD?

Найдите маркировку «PD» на зарядном устройстве. Если оно 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, PPS позволяет более точно контролировать напряжение. Это означает, что зарядное устройство может подавать именно то напряжение, которое необходимо устройству, что может привести к более быстрой зарядке и меньшему выделению тепла. Кроме того, он оснащен USB PD 3.0, что означает, что он может предоставлять дополнительную информацию о заряжаемом устройстве.