USB-PD - USB захранване
USB-PD е спецификация за бързо зареждане на електронни устройства чрез текущите линии на USB. USB-PD е независим от действителния USB стандарт. Зад това стои идеята за универсално захранване, което е подходящо за смартфони, таблети и преносими компютри.
За смартфони и таблети зареждането с захранване през USB е нормално, дори ако за таблетите може да отнеме малко повече време. При преносимите компютри зареждането през USB практически не е възможно. С USB Power Delivery, преносимите компютри могат поне теоретично да се зареждат чрез USB.
Преглед: Захранване през USB
USB захранва прости устройства като мишка, клавиатура и плосък скенер с захранване чрез кабелните връзки. В зависимост от стандарта мощността варира от 500 mW, 2,5 до 4,5 и 7,5 вата. За съжаление, това обикновено е твърде малко, за да се доставят USB устройства с достатъчна мощност. Следователно много USB портове работят извън допустимите стойности на производителността.
За да се решат проблемите, възникващи с захранването, беше пусната спецификация за захранване през USB с USB Power Delivery (USB-PD). Можете да захранвате устройство с мощност до 100 вата чрез USB-C конектор. Например, за зареждане на тефтер.
Преглед: напрежение, ток и мощност
| 5 волта | 0,1 A | 0,5 W |
| 5 волта | 0,5 А | 2,5 W. |
| 5 волта | 0,9 A | 4,5 W |
| 5 волта | 1,5 A | 7,5 W |
| 5 волта | 3 А | 15 W |
| 5 до 20 волта | 5 А | 100 W |
USB PD топология
За да може смартфон да се зарежда на преносим компютър, а не обратното, има определена посока на потока, която работи независимо от операционната система и състоянието на работа. Изключените устройства също могат да се зареждат по този начин.
За тази цел USB-PD осигурява доставчици на електроенергия (доставчици), потребители (потребители) и комбинирани устройства. Те могат да се разпространяват свободно в USB дърво. Посоката на потока на заряда и максималната мощност на профила се договарят индивидуално за всяка кабелна връзка.
За да може структурата да работи и с по-стари устройства, USB-A гнездата са първите доставчици, а USB-B гнездата са потребители. Ако нищо не говори против, посоката на потока от заряд се променя автоматично.
Как работи USB-PD?
Захранващият блок и крайното устройство договарят комбинацията от напрежение и ток и по този начин мощността (профила). Захранващият блок предлага наличните комбинации за тази цел и крайното устройство избира подходящ профил от тях. USB-PD взема предвид посоката на зареждане на свързаните устройства.
С USB-C тип USB кабел, участващите устройства договарят напрежението за зареждане и тока на зареждане чрез контролния канал (CC) на конектора USB-C.
С USB-C кабел с USB-PD, в съединителя има чип, който е маркиран с подходящи профили за зареждане. Вземат се предвид електрическите свойства на кабела.
Ако засегнатият кабел не участва в договарянето на профилите, защото това е само обикновен кабел, тогава не повече от 3 ампера ще бъдат предадени по този кабел. Късите и дебели линии са индикации за използваеми кабели за зареждане.
USB PD профили
| 5 V | 2 А | 10 W | Стандартен профил за въвеждане в експлоатация, малки мобилни устройства, крайни устройства, смартфони, мобилни телефони и др. |
| 5 V | 2 А | 18 W | Таблети, малки тетрадки, бъдещи крайни устройства |
| 12 V | 1,5 A | ||
| 5 V | 2 А | 36 W | Малки тетрадки, по-големи устройства |
| 12 V | 3 А | ||
| 5 V | 2 А | 60 W | Големи преносими компютри, хъбове, докинг станции |
| 12 V | 3 А | ||
| 20 V | 3 А | ||
| 5 V | 2 А | 100 W | Работни станции, хъбове, докинг станции |
| 12 V | 5 А | ||
| 20 V | 5 А |
Спецификацията предвижда пет профила за различни цели. Профил 1 съответства на днешните 10-ватови захранвания (5 V с максимум 2 A) и е единственият профил, който може да бъде реализиран с обичайните USB кабели. По-високите профили изискват специални кабели, които са предназначени за по-високи напрежения и токове.
В допълнение към стандартното напрежение от 5 волта, профили 2 и 3 предлагат и 12 волта с максимум 3 A, профили 4 и 5 също предлагат 20 волта с максимум 5 A (100 вата).
Забележка: Максимално 3 ампера (при 5 волта) преминават през микро USB конектори. Чрез конектори с нормален размер (щепсели A и B) 5 ампера (при 5 волта). В диапазона с висока производителност USB-PD изисква USB-C щепселна връзка в двата края на кабела.
PPS - Програмируемо захранване (USB-PD версия 3.0)
За да бъдат кратки времената за зареждане, всеки голям производител на смартфони е внедрил функция за бързо зареждане. За да не се налага производителите да разработват собствена функция за бързо зареждане, има добавка за USB PD за сертифицирани за бързо зареждане USB-C захранвания.
USB Power Delivery версия 3.0 е първият официален стандарт за бързо зареждане, който може да замени патентовани решения като QuickCharge на Qualcomm и Lightning на Apple. Quickcharge 4.0 технически отговаря на внедряването на USB-PD.
С USB-PD 3.0, предишните профили на мощност с фиксирано задаване на напрежение и максимален ток се заменят с гъвкави правила за мощност. Колкото по-висока е номиналната мощност, толкова повече комбинации са възможни.
Програмируемото захранване, PPS, позволява на USB захранванията не само да осигуряват фиксирани нива над 5 волта, но и да преминават динамично през широки интервали от напрежение. Захранването регулира напрежението с фини стъпки, както е необходимо. В смартфона има сравнително глупав регулатор, който се трансформира във фиксирано съотношение. Такива контролери са евтини и също винаги работят ефективно в оптималната работна точка. Захранващият блок непрекъснато определя кое напрежение трябва да осигури.
Пример 1: 18-ватовото захранване трябва да доставя тези 18 вата като комбинация от 9 волта и 2 ампера. Или 5 волта с до 3 ампера.
Пример 2: Захранване от 50 вата може да достави 5, 9 и 15 волта с по 3 ампера. В допълнение, 20 волта с до 2,5 ампера.
Забележка: Токове над 3 ампера са възможни само с 20 V захранвания от 45 до 100 вата.
Без PPS смартфонът трябва активно да информира захранването коя комбинация от напрежение и ток е необходима. В противен случай се използва разширението за спецификация USB-BC (зареждане на батерията) само с 5 V и 1,5 A. Първоначално само 500 mA бяха разрешени с USB 2.0. На практика USB захранващите устройства и адаптерите за хост никога не са спазвали спецификациите на USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 и USB-BC.
Проблеми с USB захранването
В миналото захранването през USB винаги е било проблематично. И с USB-PD, който няма да се промени. За да работи бързо зареждане с USB-PD, се изискват отдалечени станции с възможност за USB-PD и кабелът трябва да е подходящ кабел за захранване.
Трудно е да се оцени доколко успешно е договарянето на напрежението и тока между устройства и кабели от различни производители. На практика това се проваля поради много прости неща. Не всички хостове, периферни устройства, концентратори и захранващи устройства си сътрудничат помежду си. По-специално, захранванията и преносимите компютри от различни производители обикновено не могат да се комбинират свободно помежду си.
В зависимост от устройството, захранването и кабела, някои устройства ще се зареждат, но след това само бавно. Без напрежение над 5 волта са възможни само максимум 15 вата. Грешният кабел е достатъчен, за да ограничи зареждането само до 3 ампера. Необходим е активен USB кабел с електронни компоненти в конектора USB-C, за да могат да се преминат повече от 3 ампера.
За да се влошат нещата, спецификацията USB-PD съдържа някои вратички, поради което на практика може да възникне странно поведение. Спецификацията не посочва как трябва да се държат устройствата, когато търсенето и предлагането на електроенергия не съвпадат. Например, неясно е как се държи лаптопът, когато се прави опит за зареждане с обикновено захранване на смартфон.
Освен това остава да видим какво ще се случи, ако в USB мрежата има повече от един източник на напрежение. Например две захранвания. Възможно е някой от захранващите блокове да бъде игнориран. Интелигентно засичане също би било възможно да се вземе предвид дали даден захранващ блок е премахнат и след това енергийното захранване е извлечено от втория захранващ блок. Ако приемем, че има съответна функция за зареждане, и двете захранвания могат да се използват паралелно. Решението е оставено на производителите.
Едно ограничение може да бъде горната граница от 100 вата. Например, когато игрален лаптоп се нуждае от повече енергия. На практика тези устройства се нуждаят от отделна входна мощност. Дори ако тези устройства имат USB-C гнезда.
За съжаление, тези несъответствия означават, че производителите трябва да разширят спецификацията по собствена инициатива и да използват патентовани решения.