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

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 можно подключить к любому порту USB-C, если этого хочет производитель.

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

Зарядное устройство и кабель USB Type-C | Фрипик

Как работает USB-PD?

Если у вас более новый смартфон, вы могли заметить, 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.

Теперь вы, возможно, уже знаете о USB, который является наиболее распространенным типом протокола связи, но что касается питания, USB-зарядка батареи, технология, предшествовавшая USB-PD, отставала по сравнению с другими стандартами. Кроме того, со временем нам понадобился способ заряжать наши устройства быстрее, безопаснее и эффективнее. Вот где в игру вступает USB Power Delivery.

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

Проще говоря, мощность равна подаваемому току x напряжению (P=IV), и, таким образом, с PD значения тока и напряжения регулируются для обеспечения требуемой величины. Это «необходимое количество» определяется путем согласования подачи питания между зарядным устройством и устройством.

Телефон Xiaomi с быстрой зарядкой мощностью 67 Вт через USB-C

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

Это сделано для того, чтобы убедиться, что процесс зарядки продолжается безопасно, и нет никаких проблем с совместимостью.

Для приблизительной оценки ваш телефон, вероятно, заряжается не менее 15 Вт, если он поддерживает какие-либо технологии быстрой зарядки. С другой стороны, зарядка через USB-аккумулятор поддерживается только при напряжении 5 В и токе 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 работать до 3 А при 5 В или, альтернативно, может использовать 1,5 А при том же напряжении. С PD ваше устройство (если поддерживается) может достигать 240 Вт!

Роль USB Type-C в USB PD

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

USB-C | Скрыть

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 скоростью быстрой зарядки, предлагаемой USB PD, вам необходимо убедиться, что ваше устройство и зарядное устройство поддерживают USB PD.

С другой стороны, USB Type-C имеет возможность обратного заряда, что означает, что он может отправлять сигналы в обоих направлениях. Это делает его еще более практичным, поскольку вы можете использовать его для питания портативного твердотельного накопителя через телефон или даже заряжать свой телефон, подключив его к другому телефону. Тем не менее, здесь есть и другие предостережения, например, производитель блокирует определенные возможности USB-PD, поэтому ваш пробег может отличаться.

Типы USB-зарядных устройств

Как стандарт, USB-PD быстро развивался, чтобы обеспечить быструю и эффективную зарядку устройств. Однако важно отметить, что не все устройства реализуют PD одинаково, поэтому за эти годы было введено несколько версий.

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

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

ОсобенностьUSB PD 1.0USB PD 2.0USB PD 3.0Legacy USBМаксимальная потребляемая мощность100 Вт100 W100 Вт2,5 Вт (USB 2.0), 4,5 Вт (USB 3.0)Напряжение5 В, 12 В, 20 В5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В5 ВТок2 А, 3 А, 5 А3 А, 5 А, 10 А3 А, 5 А, 10 А500 мАПрограммируемый блок питания (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 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 устройство с PD 3.0, например, по-прежнему 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 были на 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 где-то между ними, скажем, 44 Вт?

В прошлом с USB PD 2.0 вы были бы 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 резко изменился. PPS обеспечивает детальный контроль над подачей напряжения и тока, позволяя регулировать шаг до 20 мВ и 50 мА соответственно. Такой точный контроль 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 может 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 потребность в нескольких зарядных устройствах для конкретных устройств.

Преимущества USB-PD

Итак, что же делает USB PD намного лучшим выбором, чем любой другой стандарт?

1. Более высокие уровни мощности: USB-PD может обеспечивать 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 промежуточное напряжение от 15 В до максимально доступного фиксированного напряжения зарядного устройства. Эта гибкость гарантирует, что устройство получает нужное количество напряжения для эффективной зарядки, одновременно максимизируя скорость зарядки и сводя к минимуму тепловыделение.
3. Введение новых напряжений в USB PD 3.0: USB PD 3.0 добавляет 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 предназначены для устройств с высоким энергопотреблением.
4. Двунаправленный поток питания: USB PD поддерживает двунаправленное питание, что означает, что устройства могут как получать, так и отдавать питание. Эта возможность позволяет, например, ноутбуку заряжать смартфон через кабель USB Type-C от того же порта, от которого он сам может заряжаться.
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 мощными устройствами. Он также может вмещать устройства с низким энергопотреблением, такие как гарнитуры. Ключевым преимуществом здесь является универсальность применения, исключающая необходимость в отдельных зарядных устройствах для каждого устройства, если они поддерживают USB PD. Это оказывает положительное влияние на окружающую среду и снижает углеродный след.

Почему компании перестали использовать технологии сверхбыстрой зарядки

Телефонные компании постоянно расширяют пределы скорости зарядки своих устройств. Кажется, что каждую неделю на рынке появляется новый телефон, который обещает заряжаться с нуля до полного за считанные минуты.

Xiaomi лидирует в этом вопросе, предлагая скорость зарядки 67 Вт и 120 Вт для своих устройств. Oppo, с другой стороны, расширяет границы возможного, предлагая возможности зарядки, превышающие 200 Вт. Хотя эти высокие скорости могут показаться выигрышем с точки зрения эффективности использования времени, существует скрытый компромисс между сроком службы батареи и скоростью зарядки.

Исследования и практика показали, что зарядка на чрезвычайно высоких скоростях может привести к более быстрому износу батареи с течением времени. В результате многие компании нашли золотую середину около отметки 50 Вт. Эта скорость зарядки достаточно высока, чтобы быстро заряжать устройство в течение дня, но она также достаточно медленна, чтобы свести к минимуму долгосрочное повреждение аккумулятора.

Например, новый Nothing Phone (2) имеет быструю зарядку мощностью 45 Вт, то же самое касается Samsung Galaxy S23 Ultra. С другой стороны, последняя серия iPhone 14 Pro может потреблять до 35 Вт, но Apple, как известно, никогда не выходила за рамки возможного в этом отношении.

Сходство в скорости зарядки

Как упоминалось ранее, вы когда-нибудь задумывались, почему скорость зарядки для большинства смартфонов зависит от конкретных приращений, таких как 15 Вт, 18 Вт, 30 Вт или 45 Вт, а не от случайных значений, таких как 17 Вт или 19 Вт? Этот шаблон в первую очередь связан с протоколом USB Power Delivery (USB PD), который работает с заданными уровнями мощности, определяемыми определенными фиксированными напряжениями и токами.

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

VoltageCurrentPower5 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 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:

А теперь представьте, что все это можно сделать с помощью одного зарядного устройства PD. В конце концов, он способен обеспечить все виды приращений мощности, перечисленных в таблице.

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

Больше зарядных устройств, больше электронных отходов | Скрыть

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, утверждая, 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 (Made for iPhone). Это создаст больше 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 продолжится, и в ближайшие годы USB PD станет отраслевым стандартом.

USB PD — Часто задаваемые вопросы

Безопасна ли подача питания через USB?

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

Как проверить, поддерживает ли мое зарядное устройство USB PD?

Найдите маркировку «PD» на зарядном устройстве. Если он работает с вашим устройством должным образом, то 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 обеспечить точное напряжение, необходимое устройству, что может привести к более быстрой зарядке и меньшему выделению тепла. Кроме того, он поставляется с USB PD 3.0, что означает, что он может предоставлять больше информации о заряжаемом устройстве.