power delivery что за технология

Разбираемся в стандартах быстрой зарядки: USB Power Delivery и Qualcomm Quick Charge

Перенесемся мысленно на десять лет назад: на рынке продаются первые iPhone, различные коммуникаторы на Windows Mobile и первые смартфоны на Android. Все они имеют аккумуляторы емкостью в 1200-1500 мАч и зарядки на

1 А и 5 В, которые позволяли полностью зарядить аккумулятор за полтора-два часа. С учетом того, что устройства того времени в массе своей как минимум спокойно доживали до вечера, а то и вообще жили больше суток — редко кто жаловался на долгое время зарядки.

Но время шло, емкости аккумуляторов стали расти, время автономной работы — падать, а зарядки оставились такими же: все это в итоге привело к тому, что часто приходилось проводить часы рядом с розеткой, только чтобы смартфон дожил до вечера. И, разумеется, производители стали проблему решать: раз еще больше увеличить емкость аккумуляторов не получается, то нужно их быстрее заряжать — так и появились стандарты быстрой зарядки, о которых мы сегодня и поговорим.

USB Battery Charging Revision 1.2

Стандарт был принят консорциумом USB еще в 2011 году — то есть, его мог абсолютно бесплатно использовать любой производитель, оснащавший свое устройство USB-портом. При этом если стандартный USB 3.0 выдавал не более 900 мА при 5 В, то тут ток возрастает уже до 1.5 А — больше чем в полтора раза, что позволяет существенно сократить время зарядки.

На деле же особо большого распространения он не получил: зачастую такой мощный USB-порт был лишь в топовых материнских платах и ноутбуках, и помечался он обычно красным цветом или значком молнии:

Увы — производители смартфонов все также продолжали класть в комплект зарядные устройства на 1 А и 5 В, то есть зарядки с Battery Charging 1.2 приходилось покупать отдельно. Но, в любом случае, это позволяло заряжать устройства ощутимо быстрее без вреда для них.

Qualcomm Quick Charge 1.0-2.0

Пожалуй, самый известный стандарт быстрой зарядки, анонсированный Qualcomm в 2013 году. Версия 1.0 поддерживала только чипсет Snapdragon 600. Напряжение все также оставалось стандартным для USB — 5 вольт, а вот ток был поднят до 2 А — то есть, еще на треть больше, чем у BC 1.2. Особого распространения первая версия этого стандарта не получила, так что нет смысла на ней долго останавливаться.

QC 2.0 стал первым действительно популярным стандартном быстрой зарядки. Работал он с устройствами на Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, 410, 412, 415, 425, 610, 615, 616, 800, 801, 805, 808 и 810. Основное отличие от предыдущих стандартов — перестал расти ток, который теперь ограничен 2 А, а вот напряжение может повышаться аж до 12 В. Причина этому банальна: подавляющее большинство существующих на тот момент кабелей USB-microUSB поддерживали ток не более 2.4 А, в противном случае они могли начать перегреваться, что уже было опасно (как мы знаем, тепловые потери пропорциональны силе тока и квадрату сопротивления). Поэтому Qualcomm пошли другим путем — банально стали поднимать напряжение, и в итоге максимальная мощность теперь составляет 18 Вт (12 В и 1.67 А) против 10 Вт (5 В и 2 А) у первой версии QC.

Разумеется, для регулирования напряжения теперь использовались специальные контроллеры, которые должны были быть и в зарядке, и в самом смартфоне. «Общались» же они между собой с помощью контактов D+/D- в порте USB, и смартфон выбирал необходимое напряжение и силу тока. Если зарядное устройство не поддерживало QC (то есть не реагировало на специальное напряжение на контактах D+/D-), то зарядка шла стандартным током в 1 А при напряжении в 5 В.

Увы — с выходом QC 2.0 стали возникать первые проблемы: из-за достаточно высокой мощности в 18 Вт аккумуляторы начинали перегреваться, что негативно сказывалось на их сроке работы. Конечно, в стандарте был заложен безопасный диапазон температур, при выходе из которого быстрая зарядка отключалась, но производители зачастую закрывали на это глаза, дабы маркетологи могли радовать пользователей слоганами типа «80% за час».

Все стало еще хуже с выходом горячего Snapdragon 810: с учетом того, что при подключении к зарядке Android зачастую увеличивает фоновую активность (например, обновляются программы), что разогревает CPU, плюс еще и греется аккумулятор от быстрой зарядки — в итоге пользователи массово сталкивались с быстрой деградацией аккумуляторов и умиранием материнских плат от перегрева. Особенно часто это происходило с владельцами LG G4, Nexus 5x и Flex. Компания в ответ на жалобы порекомендовала использовать быструю зарядку только тогда, когда она нужна, а на ночь заряжать обычной медленной — очевидно, что пользователи такой ответ не оценили и подали на LG коллективный иск в суд.

Сама компания Qualcomm не называет время зарядки — она всего лишь говорит, что теперь она идет на 75% быстрее, чем с QC 1.0. Независимые же тесты показывают, что смартфон с аккумулятором на

3000 мАч можно зарядить с помощью QC 2.0 на 50% примерно за 40 минут.

USB Power Delivery

В 2015 году стали массово появляться устройства с USB-C. Так как этот протокол может содержать в себе множество различных других, зачастую производители стали останавливаться на USB 2.0 или 3.0 — соответственно, никаких проблем с поддержкой QC 2.0 не было.

Но дальше стало интереснее — консорциум USB создает стандарт Type-C 1.2, который поддерживает ток в 3 А при напряжении 5 В: например, именно такую быструю зарядку имели смартфоны Lumia 950 и 950XL. Казалось бы — все здорово, никаких проблем с QC быть не должно: ан нет, такие кабели внутри имеют специальную управляющую микросхему, которая может работать только при 5 В, а QC 2.0, как мы помним, может поднимать напряжение аж до 12 В. И так как в стандарте QC нет никакой проверки на наличии такой микросхемы в кабеле, все это может печально кончиться и для кабеля, и для смартфона.

Разумеется, Google не могла остаться в стороне, и официально порекомендовала отказаться производителям смартфонов использовать USB-C вместе с QC 2.0. Однако, что было ожидаемо, многие производители (например, OnePlus) заверили пользователей, что с их кабелями проблем не будет, ну а если у вас сгорел смартфон от использования стороннего кабеля — это, как говорится, уже ваши проблемы.

Дальше — еще «веселее»: дабы разграничить кабели, которые могут пропускать 3 А, 1.5 А и 1 А, консорциум USB решил встраивать в них резисторы на 10, 22 и 56 кОм соответственно. Но китайцы как обычно решили ставить в дешевые кабели резисторы только на 10 кОм — это привело к тому, что устройства с поддержкой USB-C 1.2 «понимает», что можно брать 3 А, и запрашивает их у зарядного устройства. Итог тут может быть абсолютно любой — в лучшем случае зарядка отдаст тот ток, который сможет (и вряд ли это будет 3 А), а худшем — просто сгорит, возможно повредив еще и подключенный смартфон.

Ближе к концу 2015 года консорциум USB выпускает спецификации стандарта Power Delivery 3.0, который в будущем, скорее всего, будут использовать все: так, он позволяет задать напряжение от 5 до 20 В и ток от 1.8 до 5 А, так что в итоге максимальная мощность может достигать целых 100 ватт — этого уже хватит для зарядки ноутбука, и многие современные решения типа Xiaomi Notebook или Apple MacBook уже его используют. При этом тип коннектора может быть любым: USB-C, microUSB, даже USB-A, а передача идти в обе стороны: то есть, можно от смартфона зарядить смартфон. При этом есть обратная совместимость с USB-C 1.2, то есть заряжать от зарядки с поддержкой PD ту же Lumia 950 можно. Все возможные комбинации зарядок доступны ниже:

Qualcomm Quick Charge 3.0-4.0

Разумеется, в компании понимали, что проблемы с перегревом нужно решать, и в 2016 году, с выходом Snapdragon 820/821, была представлена технология QC 3.0. Qualcomm перестала гнаться за мощностью — она все также осталась в пределах 18 Вт, зато теперь была гибкая настройка напряжения: если в версии 2.0 были жестко заданы 5, 9 или 12 В, то тут можно было изменять напряжение с шагом в 0.2 В в диапазоне 3.6-20 В. К тому же сами производители смартфонов теперь могли ограничить максимальное напряжение, например, на уровне 12 В. Плюсуя сюда то, что новые Snapdragon (поддерживаются 821, 820, 620, 618, 617 и 430) были все же холоднее провального 810-ого, в итоге можно считать, что проблема с перегревом была решена.

Увы — другая проблема, с USB-C, все еще осталась, так что использовать сторонние кабели для быстрой зарядки через этот порт все еще было рискованно. Что касается скорости зарядки, то компания обещает, что большая часть смартфонов с QC 3.0 зарядится до 70% за полчаса:

Стандарт QC 4.0 был представлен в конце 2016 года и решал множество проблем: во-первых, теперь его можно было использовать с любыми USB-C кабелями — разумеется, от них будет зависеть скорость зарядки, но все еще в любом случае она будет идти быстрее, чем со стандартными 1 А и 5 В. Вторая его особенность — полная совместимость с Power Delivery, так что сначала зарядка опрашивает подключенное устройство, поддерживает ли оно PD, и если нет — переключается на режим QC.

Спецификации стандарта QC 4.0 те же, что и у 3.0 — до 18 Вт при токе до 2 А и напряжении до 12 В, и до 27 Вт через стандарт PD. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 630, 636, 835. По словам Qualcomm, новая технология позволит всего за 5 минут подзарядить устройство с аккумулятором емкостью 2750 мАч для 5 часов использования, а за 15 минут зарядить батарею с нуля на 50 %.

Технология QC 4+, представленная в 2017 году, сильно от 4.0 не отличается: так, технология Dual Charge позволяет разделить ток на два потока, что снижает температуру на 3 градуса и увеличивает скорость зарядки на 15%. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 660, 670, 710, и 845.

Общая таблица всех версий QC выглядит так:

Обратная совместимость

Все версии QC, начиная с 2.0, являются обратно совместимыми: так, если телефон имеет более новую версию QC, чем зарядка, то будет использоваться протокол, который поддерживает зарядка, но с энергоэффективностью версии, которая используется в телефоне. Если же подключить смартфон с более старой версией QC к зарядке с более новой, то эффект будет полностью аналогичен использованию зарядки с той же версией QC, что и поддерживает устройство.

Совместимость Power Delivery с Quick Charge 2.0 и 3.0

Как я писал выше, официально ее нет, но на практике возможны различные варианты: так, есть смартфоны, типа того же Nexus 5x или 6p, которые поддерживают и PD, и QC — они в обоих случаях будут заряжаться быстро. Второй вариант — зарядное устройство и гаджет «не поймут» друг друга, и будет идти стандартная медленная зарядка с 1 А и 5 В, или же зарядка вовсе идти не будет. Но может быть и самый худший вариант: на устройство без поддержки PD подастся 3 А и 5 В (стандарт USB-C 1.2) из-за «неправильного» кабеля с резистором на 10 кОм, и тут уже ситуация будет непредсказуемой: стандарт QC с такими токами не работает, то есть смартфон может банально сгореть, а может просто откажется заряжаться. Поэтому если ваше устройство поддерживает QC 2.0 или 3.0 — очень тщательно выбирайте и кабель, и зарядное устройство.

В заключительной части статьи мы поговорим про быстрые зарядки от других производителей типа Apple, Huawei, Mediatek и прочих.

Источник

100 ватт по USB или как работает Power Delivery

Почитав вот этот пост и сопутствующую ему дискуссию, я решил попробовать внести ясность в то, что такое USB Power Delivery и как это работает на самом деле. К сожалению у меня сложилось впечатление, что большинство участников дискуссии воспринимают 100 ватт по USB слишком буквально, и не до конца понимают что за этим стоит на уровне схематики и протоколов.

Итак, кратко – основные пункты:

О кобелях Про кабели

USB Power Delivery работает с шестью типами коннекторов:

Про порты

После сертификации USB PD порты маркируются следующим образом:

Данное лого информирует о версии USB (2.0 или 3.0 SuperSpeed), а также о профилях электропитания которые поддерживает данный порт. Значение ”I” означает потребляемый профиль, необходимый для полноценного функционирования устройства, а значение «О» то какой профиль порт может предоставить. Примеры маркировки портов:

Физический канал

USB PD определяет принципиальную схему физической организации соединения посредством кабеля следующим образом:

Как видно из схемы, USB PD также требует чтобы и в источнике и в приемнике были реализованы схемы определения падения/скачка напряжения, а так же методы определения разряженной батареи для случаев когда одна из сторон не может запитаться от своего внутреннего источника.

В качестве алгоритмов для определения разряженной батареи предлагаются следующее. Если одна из сторон выставляет сопротивление в 1кОм между экраном и землей, это свидетельствует о том что ее батарея разряжена. В такой ситуации другая сторона берет на себя роль источника и начинает отдавать минимальные 5В, чтобы дать через VBus питание противной стороне и начать обмен сообщениями по протоколу USB PD.

Как уже упоминалось ранее, для обмена сообщениями USB PD протокол использует линию VBus. Ниже приведена блок-схема, определяющая ключевые функциональные элементы передатчика:

И соответственно такая же блок-схема для приемника:

Сериализированная кодировка 4b5b и декодировка 5b4b подразумевает что все данные по шине, кроме преамбулы пакета, передаются пятибитными последовательностями в соответствии c таблицей кодировки, определяемой стандартом. Каждая такая последовательность кодирует либо одну из 16 цифр (0x00..0x0F), либо сигналы начала / синхронизации / сброса и конца пакета. Таким образом передача одного байта занимает 10 бит, 16-битного слова – 20 бит и 32-битного двойного слова – 40 бит и т.д.

Логический канал

USB PD протокол основывается на последовательных парах типа запрос-ответ. Запросы и ответы пересылаются с использованием пакетов. Пакеты состоят из преамбулы (фаза подготовки к передаче), начала пакета SOP (три сигнала Sync-1 и завершающий Sync-2 в кодировке 4b5b), заголовок, 0..N байт полезной нагрузки, контрольной суммы (CRC-32) и сигнала конца пакета (одиночный сигнал EOP):

Как было упомянуто выше, преамбула не кодируется в 4b5b. SOP, CRC и EOP кодируются 4b5b на физическом уровне, заголовок и полезная нагрузка кодируются на уровне логического протокола.
Сброс шины производится путем посылки трех сигналов RST1 и завершающего сигнала RST2, в соответствии с кодировкой 4b5b.

Протокол

Все USB PD сообщения состоят из заголовка и порции данных произвольной длины. Сообщения либо генерируются на уровне логического протокола и затем пересылаются на физический уровень, либо принимаются на физическом уровне и затем пересылаются на уровень логического протокола.

Заголовок сообщения имеет фиксированную длину 16 бит и состоит из следующих полей:

Сообщения бывают двух видов – управляющие (control) и информационные (data).

Управляющие сообщения

Контрольные сообщения состоят только из заголовка и CRC. Количество объектов данных для таких сообщений всегда устанавливается в 0. Типы управляющих сообщений USB PD представлены в таблице ниже:

Отдельно следует упомянуть что поля вида tSourceActivity, tSinkRequest и т.д. — это константы, значения которых глобально заданы самой спецификацией в отдельной главе. Сделано это потому что они определялись опытным путем в результате прототипирования, и найденные оптимальные значения просто подставили в отдельную главу, чтобы не рыскать по всей спецификации.

Информационные сообщения

Данный вид сообщений предназначен для получения детальной информации об источнике или приемнике, а также для передачи запрашиваемых характеристик электропитания – сила тока, напряжение и т.д. Информационные сообщения всегда содержат ненулевое значение в поле ”Number of Data Objects”.

Спецификация определяет четыре вида информационных сообщений:

Сообщение о характеристиках

Порт источника всегда обязан сообщать свои характеристики приемнику путем передачи серии 32-битных объектов PDO. Информация переданная посредством этих объектов используется для определения возможностей источника, в том числе включая возможность работать в режиме приемника.
Сообщения о характеристиках представляются в виде одного или нескольких объектов следующих за заголовком:

PDO соответствующий элементу с постоянным типом электропитания 5V всегда должен идти первым в цепочке объектов.

Структура объекта PDO:

Для каждого типа электропитания предлагаются различные характеристики.

Постоянный тип электропитания, напряжение постоянное. Источник должен иметь хотя бы один такой элемент:

Программируемый тип электропитания, напряжение может регулироваться путем запросов в пределах между минимальным и максимальным:

Вариативный тип электропитания, напряжение может изменяться в заданных пределах абсолютного минимума и абсолютного максимума, но не может регулироваться:

Батарея, данный тип используется для обозначения батарей которые могут быть напрямую подключены к линии VBus:

Сообщение о запросе

Сообщения о запросах передаются приемником к источнику для передачи своих требований в фазе установления соглашения по электропитанию. Данное сообщение посылается в ответ на сообщение о характеристиках и должно содержать один и только один объект запроса данных – RDO, который описывает информацию о требуемых характеристиках электропитания для приемника.

Данный запрос имеет два типа, в зависимости от адресуемого типа элемента электропитания, переданного в сообщении о характеристиках источника. Для запросов к элементу электропитания постоянного или вариативного типа, либо батареи поля ”Operating Current / Power” и ”Total Current / Prog Voltage” интерпретируются одним путем, а для запросов к элементу программируемого типа – другим путем, так как в этом случае запрашивается и напряжение, и сила тока.

Структура объекта RDO:

На мой взгляд данной информации достаточно, чтобы получить хорошее представление о принципах работы USB Power Delivery. Я сознательно не стал углубляться в дебри, связанные с таймерами, счетчиками и обработкой ошибок.

Взаимодействие с традиционным USB

Как уже было упомянуто выше, Power Delivery – это самостоятельная подсистема, которая функционирует параллельно и независимо от канонического USB. Тем не менее, в случаях когда устройства реализуют оба протокола – и USB и Power Delivery, спецификация рекомендует реализацию т.н. System Policy Manager или SPM, компонента который может контролировать оборудование USB PD посредством традиционных запросов USB.

Для систем с поддержкой SPM, спецификация рекомендует предоставить PD информацию посредством специальных типов USB дескрипторов. Не считаю нужным в них детально углубляться, просто перечислю их названия:

Заключение

Надеюсь что данным постом я подогрел интерес публики к USB Power Delivery. Скромно замечу, что автор имеет непосредственное отношение к данной спецификации, поэтому готов ответить на любые вопросы по Power Delivery в частности и USB в общем.

Источник

Стандарт USB Power Delivery: что нужно знать о популярной системе зарядки мобильных устройств

Содержание

USB Power Delivery уже используется повсеместно в качестве универсального стандарта зарядки смартфонов. В этой статье приводится необходимый минимум технической информации, который нужно знать всем, кто пользуется этим стандартом.

Возможность быстрой подзарядки – всегда очень кстати, когда заряд батареи вашего устройства подходит к концу. Однако при использовании зарядных устройств от сторонних производителей – при огромном разнообразии разъемов и стандартов зарядки (и проприетарных, и лицензируемых) – бывает сложно определить, на какую скорость зарядки можно рассчитывать. Поэтому все гаджеты обычно поставляются в комплекте с фирменными адаптерами, гарантирующими максимально быструю зарядку, но фирменный адаптер из комплекта устройства в нужный момент не всегда оказывается под рукой. Стандарт USB Power Delivery (USB PD) с новейшими спецификациями зарядки от USB Promoters Group призван решить эти проблемы.

USB Power Delivery – это общий универсальный стандарт быстрой зарядки, спецификации которого рассчитаны на любые устройства с USB. USB PD ведет свою историю с 2012 года – с того момента, как был представлен порт USB-C. Да, USB PD используется уже давно. Технология Power Delivery пришла на смену более старой технологии зарядки USB Battery Charging (USB BC), которая была разработана в целях повышения мощности зарядки относительно базовых спецификаций порта USB. Таким образом, USB Power Delivery – это уже третья версия технологии зарядки устройств через USB-порты, которая отличается большей гибкостью профиля мощности зарядки (за счет расширения диапазона опций напряжения), что позволяет обеспечить оптимальную скорость зарядки конкретного устройства.

Мы предлагаем вашему вниманию основные технические сведения о стандарте USB Power Delivery, которые нужно знать, чтобы пользоваться USB-зарядкой гаджетов более грамотно.

USB Power Delivery: краткий ликбез

Современные порты USB-C – это сами по себе сложные устройства, поддерживающие несколько уровней мощности зарядки. Нужный уровень мощности – это как раз то, что обеспечивают фирменные зарядные устройства, идущие в комплекте с гаджетами.

Во-первых, все порты USB поддерживают самый базовый (минимальный) уровень мощности зарядки – на напряжении 5 В током до 500 мА; более продвинутые современные порты поддерживают опцию 5 В, 900 мА. Эти уровни базируются на исходных спецификациях USB и обеспечивают зарядку – очень медленную для любого устройства, за исключением самых маломощных. Порты USB-C могут поддерживать зарядный ток 1.5 и 3 A на напряжении 5 В, обеспечивая мощность до 15 Вт – устройство будет заряжаться быстрее, но все равно довольно медленно по сравнению с той скоростью, которую предлагают другие стандарты быстрой зарядки.

Зарядка USB Power Delivery – намного мощнее: поддерживается мощность до 100 Вт, что позволяет заряжать самые требовательные устройства, включая ноутбуки. К тому же эта технология безопаснее, поскольку заряжаемое и заряжающее устройство взаимодействуют друг с другом через USB-кабель, который гарантирует оптимальную для данного гаджета мощность зарядки. Подтверждение установления связи между устройствами подразумевает также настройку напряжения зарядки на наиболее подходящий уровень – 5, 9, 15 или 20 В – что позволяет получить на выходе мощность в диапазоне от 0.5 до 100 Вт. Новый стандарт программируемой подачи питания USB Power Delivery Programmable Power Supply (USB PD PPS) позволяет, кроме того, регулировать в процессе зарядки сами уровни зарядного напряжения, обеспечивая максимально эффективную оптимизацию режима зарядки. Если два устройства отказываются устанавливать связь при подходящем уровне мощности, USB Power Delivery по умолчанию переходит к «ближайшей» опции режима зарядки, поддерживаемой релевантным USB-протоколом, например, USB-C 1.5 A.

В таблице ниже приведены спецификации (номинальное напряжение и максимальный ток) режимов USB-зарядки в порядке понижения уровня технологии

USB Power Delivery в настоящее время широко используется для быстрой зарядки смартфонов, ноутбуков и других гаджетов, в числе которых – мобильные телефоны Google Pixel, смартфоны Samsung Galaxy S и телефоны и ноутбуки Apple (iPhone и MacBook). Этот стандарт зарядки также поддерживает множество смартфонов других марок, часто – в дополнение к более быстрому проприетарному стандарту фирмы-производителя.

Сравнение версий USB Power Delivery

На текущий момент стандарт USB Power Delivery насчитывает три версии, которые рассчитаны на устройства, несколько отличающиеся по своим возможностям. Хотя современные версии стандарта обладают обратной совместимостью по отношению к старшим моделям, которые могут выступать и в качестве заряжаемых, и в качестве заряжающих устройств.

Технология первого поколения USB PD 1.0 по сравнению с современной версией выглядит уже немного примитивной. Она просто предлагает шесть фиксированных профилей мощности для различных категорий устройств. Поддерживаются следующие опции: 10 Вт (5 В, 2 A), 18 Вт (12 В, 1.5 A), 36 Вт (12 В, 3 A), 60 Вт (12 В, 5 A), 60 Вт (20 В, 3 A) и 100 Вт (20 В, 5 A). Это хорошо, но не позволяет точно подстроиться под ряд устройств, в числе которых – смартфоны с небольшой емкостью батареи, предпочитающие зарядку на меньшем напряжении.

В более современных версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0 вместо этих фиксированных профилей применяются более гибкие: опции напряжения зарядки остаются фиксированными, зато согласуемый с заряжаемым устройством зарядный ток может варьироваться в достаточно широких пределах. В результате мы получаем гораздо более гибкий стандарт, который лучше подходит для широкого диапазона устройств. Версия USB Power Delivery 3.0 также расширяет коммуникационный протокол, который теперь поддерживает такие фишки, как передача информации о батарее устройства-приемника зарядной мощности устройству-источнику, усиленная защита данных и возможность быстрой смены функциональных «ролей» приемника и источника зарядки (Fast Role Swapping).

Большинство современных смартфонов поддерживает спецификации USB Power Delivery 2.0 и 3.0 (в том или ином виде). Типовая мощность зарядки смартфонов – 18 Вт, ноутбуков – 60 Вт. Некоторые смартфоны, использующие USB PD в качестве основной технологии быстрой зарядки, могут заряжаться немного быстрее (с большей мощностью).

Технология USB Power Delivery Programmable Power Supply

Несмотря на усовершенствование стандарта в версиях USB Power Delivery 2.0 и 3.0, они все-таки не полностью удовлетворяют требованиям к гибкости конфигураций зарядной мощности, которая обеспечивала бы еще более быструю зарядку устройств. Скорость зарядки батареи – это величина, чувствительная к значениям зарядного напряжения, что, в свою очередь, обусловлено наличием оптимума у зарядного тока, на который рассчитана данная батарея. Стандартный набор опций напряжения – 5, 9, 15 и 20 В – не всегда обеспечивает оптимальный режим для максимально быстрой зарядки.

Версия USB Power Delivery 3.0, вышедшая в 2018 году, включает в себя, помимо прочего, протокол программируемой подачи питания Programmable Power Supply (USB PD PPS). USB PD PPS обеспечивает намного более гибкие режимы зарядки – благодаря возможности настройки дискретных уровней зарядного напряжения с очень маленьким шагом (20 мВ). Это – в сочетании с двусторонней коммуникацией между заряжаемым и заряжающим устройствами и применением специальных алгоритмов управления зарядным напряжением – позволяет установить оптимальное согласованное динамическое зарядное напряжение, которое даже можно изменять в ходе зарядки. Поэтому USB PD PPS для быстрой зарядки подходит намного лучше, чем обычный протокол USB PD.

Протокол USB PD PPS, как более новая часть стандарта, в 2021 году поддерживается только небольшой группой гаджетов и зарядных устройств. Эта поддержка постепенно расширяется, особенно в сегменте зарядных устройств, но пока новейшие спецификации вводят пользователей в некоторое замешательство. Например, устройства серии Samsung Galaxy S21 могут заряжаться максимально быстро (в своем режиме полной мощности зарядки 25 Вт) только от зарядных устройств USB PD PPS. А во всех остальных случаях, когда используются обычные зарядные устройства USB PD, пользователям приходится довольствоваться менее быстрой зарядкой с мощностью 18 Вт.

Насколько быстро работает USB Power Delivery?

С учетом большой вариативности, с одной стороны, профилей мощности зарядки USB PD, а с другой – емкостей батарей заряжаемых устройств, назвать какую-то общую цифру, характеризующую скорость зарядки по данному стандарту, невозможно. Тем не менее, по статистике, телефоны с большой емкостью батареи, используя опцию USB Power Delivery 18 Вт, обычно полностью заряжаются чуть более чем за час. На зарядку больших ноутбуков, использующих опцию 60 Вт, в среднем уходит от одного до двух часов.

В отличие от ноутбуков, смартфоны предпочитают заряжаться не на самых высоких напряжениях. Как правило, быстрая зарядка батарей смартфонов осуществляется высоким током на напряжении 5 или 9 В. Например, технология зарядки OnePlus 65 Вт работает с напряжением 10 В и током 6.5 A, технология Huawei 40 Вт – с близкими значениями 10 В и 4 A. Оба эти примера представляют проприетарные технологии зарядки.

Ближайшая опция напряжения USB PD – 9 В, которая (см. таблицу выше) при максимальном для нее токе дает мощность зарядки 27 Вт, что очевидно будет много медленнее. Большинство смартфонов с USB Power Delivery фактически не используют максимальный ток зарядки 3 A, со своей стороны ограничивая мощность зарядки до 18-20 Вт. Именно поэтому быстрейшая зарядка смартфонов по-прежнему базируется на проприетарных технологиях.

С точки зрения универсальной опции для быстрой зарядки USB PD PPS выглядит более перспективным. Samsung Galaxy S21 заряжается с мощностью 25 Вт, используя напряжение PPS 9.5 В. Кроме того, Samsung реализует более мощный режим зарядки USB PD PPS 45 Вт в серии Galaxy Note 10 Plus, то есть технически этот стандарт можно использовать для быстрой зарядки. Однако Samsung, по-видимому, пока не собирается продолжать внедрение столь мощной зарядки в своих устройствах, возможно, потому, что быстрая зарядка представляет собой слишком сильную нагрузку для типовой батареи телефона.

Хотя проприетарные технологии в части увеличения скорости зарядки идут еще дальше: для зарядки своих смартфонов Oppo уже предлагает мощность 100 Вт, Xiaomi – 120 Вт. В рамках текущих спецификаций USB PD и PPS вряд ли будут конкурировать с такими скоростями, однако здесь уже начинают играть роль соображения оптимального соотношения скорости зарядки и энергопотребления. Мощности 40 Вт вполне достаточно, чтобы смартфон зарядился очень быстро.

Удобство использования и экологичность

Хотя скорость зарядки – важная составляющая стандарта USB Power Delivery, и в особенности PPS, это не главная цель, с которой он разрабатывался. USB PD разрабатывался прежде всего как простой стандарт для зарядки самых разнообразных устройств с USB, который позволяет обойтись без проприетарных портов, коннекторов и вилок.

Во-первых, это существенно упрощает задачу в тех случаях, когда пользователю надо просто зарядить свой гаджет, воткнув его куда-нибудь. Еще один положительный момент – производителям гаджетов не нужно будет выпускать новое зарядное устройство для каждой новой модели. Выбрасывание старых зарядных устройств и кабелей уже представляет собой большую проблему, не только с точки зрения засорения окружающей среды, но и с точки зрения безвозвратной потери драгоценных металлов и других ограниченных ресурсов. Это серьезные основания для того, чтобы всем – и пользователям, и производителям мобильных устройств – перейти на унифицированную стандартную технологию зарядки гаджетов, примером которой может служить USB Power Delivery.

Фирменные смартфоны без традиционных адаптеров в комплекте на сегодняшний день могут выглядеть спорным решением. Поскольку не у всех пользователей есть совместимое зарядное устройство USB PD PPS. Но в перспективе мы, возможно, и не заметим отсутствия проприетарного зарядного устройства в комплекте нового гаджета, потому что все наши гаджеты будут быстро заряжаться от универсального зарядного устройства, которое будет у каждого пользователя. В любом случае – это интересно.

Источник