Какое напряжение в usb
Обновлено: 21.11.2024
Как следует из названия, какова выходная мощность USB-порта?
Это стандартное значение или оно может меняться в зависимости от производителя/модели и т. д.?
Если это значение не является стандартным, как его определить?
6 ответов 6
Спецификации USB 1.x и 2.0 обеспечивают подачу 5 В по одному проводу для питания подключенных USB-устройств.
Удельная нагрузка определяется как 100 мА в USB 2.0 и 150 мА. мА в USB 3.0. Устройство может потреблять максимум 5 единиц нагрузки (500 мА) от порта USB 2.0; 6 (900 мА) в USB 3.0.
Поскольку мощность равна произведению тока на напряжение, все, что вам нужно сделать, это умножить 5 В на ток, потребляемый устройством от порта.
Обратите внимание, что также существует соглашение о зарядке устройств. Эти типы портов допускают ток до 1,5 А (также с использованием 5 В). Однако порт USB рассчитан на ток до 5 А, поэтому некоторые производители могут выйти за пределы спецификации и предложить более высокий максимальный ток.
Значения должны быть стандартными (конечно, существует определенный уровень допуска в уровнях тока и напряжения). Обычно я вижу сигнал молнии снаружи порта, что должно означать порт высокого разряда. Что касается уверенности, проверьте документацию ноутбука.
@Lawrence, это зарядка нисходящего порта, что позволяет устройству получать более 1 единицы без согласования.
Насколько я понял, это не полный ответ на данный момент. Переходя к разделу USB Power Delivery, уже могут быть устройства, которые выдают 20 В. Интересно, что произойдет, если контроллер такого устройства имеет ошибку и подает +20 В на устаревшее устройство. Или я все неправильно понимаю?
@PavelGatilov Ответ по-прежнему точен в отношении старых текущих рейтингов, которые все еще применяются, хотя он нуждается в некотором пересмотре в связи с недавними событиями. О выходе +20 В я прочитал статью, на которую вы ссылаетесь (хотя и по диагонали): кажется, что она распространяется только на устройства типа C, поэтому это не влияет на устаревшие (то есть USB 2.0 или более ранние) устройства. Устройства Power Delivery также должны реализовывать некоторые возможности управления, чтобы они могли вернуться к старым протоколам.
На рынке есть USB-адаптеры питания, на которых явно указано "адаптер 10 Вт". Поскольку USB имеет напряжение 5 В, 10 Вт дают 2 А = 2000 мА. В результате устройства, подключенные к этому адаптеру, заряжают аккумулятор в 4 раза быстрее, чем через «обычный» USB-порт 500 мА.
@Andrew, я считаю, что устройства потребляют только тот ток, который им нужен / который они могут использовать. Пока устройство получает правильное напряжение («электрическое давление») 5 вольт, доступные амперы могут быть любыми. Подумайте, как вы можете взять внутреннюю проводку дома (которая рассчитана на много-много ампер, достаточно для питания всего дома), подключить прямо к ней лампочку на 60 Вт, и она будет потреблять только то количество энергии, которое необходимо, потому что она рассчитана на это напряжение (120 В переменного тока).
@Andrew абсолютно не прав. Поставка X ампер может обеспечить что угодно до X ампер. Устройство рисует только то, что ему нужно. Проблема может возникнуть, когда все наоборот, если устройству требуется больше ампер, чем может выдать блок питания.
Интенсивность (=ампер) тока зависит от напряжения и сопротивления/импеданса цепей устройства. Вы не можете изменить ни это, ни напряжение, время заряда будет таким же, если будет обеспечен достаточный ток (= ампер). Если ваш адаптер имеет в 4 раза больше ампер, чем требуется, он может одновременно заряжать 4 устройства, но время зарядки одного устройства не изменится. Не потому, что «это рейтинг», а потому, что это физический закон (закон Ома)
Мощность, которая должна подаваться через порт USB, определяется в разделе 7.2.1 спецификаций USB 2.0.
Начнем с того, что мощность определяется в "единицах нагрузки". Для USB 2.0 одна единица равна 100 мА, а для USB 3.x одна единица равна 150 мА.
Стандарт USB определяет два класса портов USB: "порты высокой мощности" и "порты малой мощности"
В спецификациях на странице 171 сказано:
"Системы, получающие рабочее питание извне, переменного или постоянного тока, должны обеспечивать не менее пяти единичных нагрузок на каждый порт. Такие порты называются портами высокой мощности."
Итак, если у вас есть настольный ПК или ноутбук, подключенный к розетке переменного тока, каждый USB-порт ДОЛЖЕН подавать ток 500 или 900 мА. Обратите внимание на язык "по крайней мере". Так что их может быть больше, если аппаратно не поддерживается ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ функция перегрузки по току. Например, обычный настольный ПК в спящем режиме получает питание VBUS от шины +5VSB своего блока питания, который способен обеспечить по крайней мере 2 А тока. Или больше, что указано в конкретном блоке питания.
Например, если гаджет Raspberry Pi3 получает питание от адаптера переменного тока в постоянный от настенной сети переменного тока, он должен подавать не менее 500 мА на каждый (из 4) портов. К сожалению, этого не происходит, и поэтому он несовместим с USB.
Однако, если USB-хост представляет собой тонкое устройство с питанием от батареи (например, MP3-плеер или смартфон), производитель может объявить его "хостом с низким энергопотреблением", а конструкция USB-порта может ограничивать только 100/150 мА. Это ограничение очень неудобно для клиентов и редко соблюдается.
Если система USB (хост или концентратор) объявлена как обычный хост, порты проверяются на соответствие спецификациям тестирования USB-IF с использованием специализированных тестеров USB-портов. Тестер либо прикладывает нагрузку, равную 5 единицам, и проверяет, не превышает ли падение напряжения заданных значений (запас 5% или 10%), либо применяет ступенчато возрастающую нагрузку и определяет, в какой момент срабатывает (дополнительно) цепь максимального тока. окончено.
В бытовых условиях работоспособность порта можно проверить, подключив большой резистор на 10 Ом (или 5,5 Ом, если USB 3.x) к зачищенному кабелю. Или используя специальную переменную загрузку, которую можно найти на e-Bay.
Требования к подаче питания от обычного USB-порта не следует путать с требованиями к USB-УСТРОЙСТВАМ: USB-устройства НЕ должны потреблять более одной единицы нагрузки, пока хост не завершит перечисление устройств. Хосты USB должны отслеживать потребляемую мощность, заявленную подключенными устройствами. Во время перечисления хост считывает обязательные требования к питанию устройства в своем дескрипторе, и если хост считает, что его мощность исчерпана, он может отказаться от подключения.
Стандартный порт USB, будь то USB 1.1 или USB 2.0, подает 5 вольт электричества и позволяет подключенному устройству потреблять 500 миллиампер. Поскольку это стандартизировано для USB-устройств, любое устройство, которое можно заряжать через USB, безопасно подключать к компьютеру. Однако при использовании USB-адаптера для настенной розетки нужно быть более осторожным.
Требуемые устройства
Некоторым планшетам и смартфонам на самом деле требуется больше энергии, чем обеспечивает обычный USB-порт. Скорее всего, вы столкнетесь с этим при использовании старого компьютера для зарядки современных устройств. Однако некоторые компьютеры способны при необходимости отдавать больше энергии устройствам. Другие мощные устройства будут заряжаться при подключении к источнику USB 5 В, но медленнее, чем через сетевой адаптер.
Мощные порты
Хотя порты USB по умолчанию обеспечивают 5 В и 500 мА, новые компьютеры имеют порты USB, которые могут обнаруживать устройства, которым требуется больше энергии. По словам Дэна Фрейкса из Macworld, большинство компьютеров Intel Mac, выпущенных после 2007 года, могут определять, когда подключенному устройству требуется больше энергии, и могут подавать 12 В и 1200 мА, пока к компьютеру подключено мощное устройство. После отключения порт возвращается к 5 В.
USB-адаптер
Популярной альтернативой зарядке устройств от компьютера является сетевой адаптер с портом USB для зарядки устройств. Это удобно, потому что они работают с любым кабелем USB, но часто имеют другое напряжение, чем порт USB; например, зарядные устройства Apple с розеткой USB рассчитаны на 12 В вместо стандартных 5 В. Проверьте адаптер, который вы используете, прежде чем использовать его с устройством.
Универсальные USB-зарядки для телефонов
Производители и продавцы телефонов взяли на себя обязательство создать и внедрить универсальное зарядное устройство micro-USB для мобильных телефонов в 2012 году. Эти зарядные устройства будут иметь одинаковое напряжение и совместимы с несколькими устройствами независимо от производителя. Micro-USB уже используется в ряде устройств, в том числе в линейке портативных устройств Sony PSP и контроллерах PS3.
Как работают USB-зарядные устройства
Разъемы USB имеют четыре контакта: два для связи с компьютером и два для подачи питания на устройство. При подключении к компьютеру ваше устройство получает питание и данные. Обычно это означает, что вы не сможете использовать устройство, если оно не извлечено из компьютера. При зарядке задействованы только контакты питания, что позволяет продолжать пользоваться устройством, пока оно заряжается.
Универсальная последовательная шина (USB), первоначально разработанная как интерфейс данных с ограниченными возможностями подачи питания, стала основным методом питания и зарядки мобильных устройств. В этой статье мы расскажем о возможностях современных зарядных устройств USB.
Существует четыре метода распределения питания между USB-хостами и устройствами.
1 Сила по умолчанию
Спецификация USB 2.0 позволяет хостам подавать 5 В при 500 мА, что обеспечивает общую выходную мощность 2,5 Вт. USB 3.0 и 3.1 допускают 5 В при 900 мА (4,5 Вт). Сертифицированные хосты и устройства должны ограничивать подачу и потребление энергии этими уровнями мощности по умолчанию.
| Технические характеристики | Макс. Напряжение | Макс. Текущий | Макс. Питание |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 5В | 500мА | 2,5Вт< /td> |
| USB 3.0 / USB3.1 | 5 В | 900 мА | 4,5 Вт |
| Зарядка аккумулятора через USB (BC) 1.2 | 5В | 1,5A | 7.5 Вт |
| Режим тока USB-C (не PD) | 5 В | 3A | 15 Вт< /td> |
| USB-C / подача питания (PD) | 20 В | 5A | 100 Вт |
2 Характеристики зарядки аккумулятора через USB
Спецификация зарядки аккумулятора через USB позволяет устройствам потреблять ток, превышающий предел мощности по умолчанию. Первая версия спецификации (BC 1.0) была выпущена в 2007 г., за ней последовала версия 1.1 в 2009 г. и текущая версия BC 1.2 в 2010 г.
В версии BC 1.2 представлены три типа нисходящих портов:
- Стандартный нисходящий порт (SDP) — мощность ограничена мощностью по умолчанию соответствующей спецификации USB (USB 2.0 или USB 3.x)
- Выделенные порты для зарядки (DCP) — подача только питания (без передачи данных) до 1,5 А.
- Порт нисходящего потока для зарядки (CDP) — способен передавать как данные, так и питание до 1,5 А.
3 Текущий режим USB-C®
Порты USB-C без Power Delivery могут выдавать 5 В при 3 А общей мощностью 15 Вт. Этого достаточно для зарядки смартфона примерно за 30 минут и планшета за 2,5 часа.
4 Протокол подачи энергии
USB Power Delivery (USB-PD) — это протокол, который позволяет «поставщику электроэнергии», кабелю и «потребителю энергии» согласовывать уровни тока и напряжения. Поскольку энергия может течь в любом направлении, роль поставщика и потребителя может измениться в любое время.
Этот интеллектуальный протокол зарядки позволяет устройствам согласовывать напряжение, силу тока и направление потока питания и данных по кабелю USB. Переговоры регулируются правилами мощности и предлагают ряд конфигураций напряжения и тока. Например, телефон, которому требуется 18 Вт, может согласовать 9 В и 3 А от источника питания.
USB-PD используется Apple® iPhone®, iPad®, MacBook Pro®, Google Pixel™ и другими смартфонами и портативными устройствами.
Все ли кабели USB-C поддерживают PD?
Да. Все кабели USB-C на USB-C имеют канал конфигурации (CC), необходимый для поддержки связи PD, но не обязательно поддерживают полный диапазон уровней напряжения/тока, указанных USB-PD. Ток пассивного кабеля USB-C ограничен 3 А, поэтому максимальная мощность, которую он может поддерживать, составляет 3 А x 20 В = 60 Вт. Длина пассивного кабеля также ограничена 4 метрами (13 футов). Кабели, поддерживающие подачу питания более 3 А, имеют электронную маркировку и рассчитаны на мощность до 100 Вт (5 А x 20 В).
Все ли порты USB-C имеют одинаковую функциональность?
Нет. Хотя все порты USB-C выглядят одинаково, поддерживаемые ими функции могут сильно различаться. Например, порт USB-C на настенном зарядном устройстве будет заряжать только устройства. Порты на ноутбуках могут различаться по уровню мощности, которую они обеспечивают, и скорости передачи данных. Некоторые порты USB-C для ноутбуков поддерживают только передачу данных, только питание или их комбинацию, поэтому перед покупкой периферийных устройств проверьте характеристики своего компьютера.
Что такое Fast Role Swap?
Спецификация USB Power Delivery 2.0 включает функцию Fast Role Swap (FRS), которая обеспечивает продолжение работы подключенных устройств при отключении питания. Как следует из названия, быстрая смена ролей позволяет поставщику энергии (источнику) быстро и автоматически становиться потребителем энергии (приемником). Например, предположим, что концентратор, выступающий в качестве источника, обеспечивает питание ноутбука и внешнего жесткого диска (HDD), когда он неожиданно отключается от розетки переменного тока. Концентратор сигнализирует другим устройствам, что ему нужно поменяться ролями и стать приемником. Ноутбук, обнаружив сигнал Fast Swap от хаба, переключает свою роль с приемника на источник и начинает подавать питание от своей батареи на хаб и (косвенно) на жесткий диск.
Другие стандарты быстрой зарядки
Чтобы ускорить зарядку устройства, большинство производителей увеличивают силу тока (в амперах) или напряжение, используя один из стандартов быстрой зарядки (например, USB-PD, Qualcomm Quick Charge™) или собственный протокол быстрой зарядки, такой как Samsung. ® Adaptive Fast Charging или Motorola™ Rapid Charging.
Qualcomm Quick Charge™ (КК)
Зарядные устройства, поддерживающие стандарт Qualcomm Quick Charge, позволяют быстро заряжать целый ряд устройств. Текущая версия Quick Charge 5 будет работать с кабелями USB-A, USB-C и Micro USB, но для более мощной зарядки 100 Вт требуется кабель USB-C. QC5 способен заряжать ноутбук USB-C за 2 часа.
Во многих отношениях стандарт QC похож на USB-PD, особенно в использовании протоколов согласования мощности и выборе переменного напряжения. Но в то время как Quick Charge ограничена телефонами и планшетами, использующими систему на кристалле Qualcomm (SoC), USB-PD — это скорее отраслевой стандарт, принятый на широком рынке, включая ноутбуки.
Что будет дальше с зарядкой через USB?
Поскольку все больше устройств интегрируют порты USB Type-C® для передачи данных, ожидайте, что производители также воспользуются преимуществами его мощности и возможностей альтернативного режима. Например, MacBook Air® от Apple поставляется с адаптером питания USB-C мощностью 30 Вт. Pixelbook от Google имеет порт USB-C с обеих сторон, поэтому вы можете одновременно заряжать и подключать внешний монитор.
В настоящее время USB по-прежнему представляет собой запутанный лабиринт спецификаций, скоростей передачи данных, мощности и разрешения видео. Но поскольку USB-C, PD 3.0 и USB4 объединяются в новой линейке ноутбуков и периферийных устройств, которая должна появиться в начале 2021 года, мир с одним портом может появиться не за горами.
Новые зарядные устройства GaN, подобные этому, меньше по размеру и заряжают все, от телефонов до ноутбуков
Если у меня есть зарядное устройство GaN, могу ли я оставить адаптер переменного тока для ноутбука дома?
Вы абсолютно можете. Если на вашем ноутбуке есть порт USB-C, вы можете использовать настенное зарядное устройство GaN для питания и подзарядки ноутбука, а громоздкий адаптер переменного тока оставить дома. Маленькие и легкие настенные зарядные устройства GaN также могут обеспечивать питание для вашего телефона и планшета.
Продукты, упомянутые в этой статье
Зачем покупать у Tripp Lite?
Мы знаем, что у вас есть из чего выбирать. На первый взгляд все они могут показаться одинаковыми. Разница в том, что вы не видите. С Tripp Lite вы получаете надежные инженерные решения, проверенную надежность и исключительное обслуживание клиентов. Все наши продукты проходят строгий контроль качества, прежде чем они поступят в продажу, а независимые испытательные агентства проверяют, соответствуют ли наши продукты последним стандартам безопасности и производительности. Наша приверженность качеству позволяет нам поддерживать нашу продукцию ведущими в отрасли гарантиями и отзывчивым обслуживанием клиентов. Это отличие Tripp Lite.
Терминология USB-зарядки
Хост. В USB-системе есть один Хост, который управляет связью между Устройствами. В спецификациях USB 2.0 и более ранних версиях роли были фиксированными. USB On-the-Go (OTG), USB 3.0 и последующие версии позволяли узлам менять роли с хоста на устройство. Роль хоста иногда называют "источником" из-за ее мощной роли.
Устройство — периферийные устройства, такие как флэш-накопитель, клавиатура и внешний жесткий диск, подключенные к хосту USB. К устройству также можно обращаться по его мощной роли — «приемнику».
Концентратор. Иногда его называют расширителем портов. Концентратор расширяет один USB-порт на несколько портов. Концентраторы имеют один восходящий порт, который подключается к хосту, и несколько нисходящих портов для подключенных устройств.
В спецификации USB-C хосты называются нисходящими портами (DFP), а устройства — восходящими портами (UFP). Эти роли данных определяют направление потока данных.
Архитектура USB (универсальная последовательная шина) используется в качестве стандарта для разъемов и связанных с ними сигналов и подачи питания с 1996 года. За это время в спецификации было внесено множество изменений для повышения производительности систем, использующих эти стандарты. Последние разработки, применимые к конструкциям блоков питания, включают разъем USB Type-C, спецификацию USB Power Delivery и спецификацию USB Programmable Power Supply. Эти усовершенствования делают USB отличным вариантом для подачи питания, тогда как в прошлом USB был в основном поставщиком данных и сигналов с ограниченными возможностями питания. В этом посте мы обсудим взаимосвязь между USB Type-C, USB Power Delivery и USB Programmable Power Supply, а также то, как они связаны с источниками питания.
- USBType-C: стандартный разъем USB; Преимущества включают компактный, элегантный и двусторонний дизайн.
- USB Power Delivery: спецификация, которая позволяет нагрузке и источнику питания согласовывать несколько стандартных уровней подачи питания. USB Power Delivery увеличивает мощность USB до 100 Вт и особенно полезна при подаче питания на несколько устройств.
- Программируемый блок питания USB: дополнительная спецификация к USB Power Delivery, описывающая, как нагрузка и блок питания взаимодействуют для повышения уровня подачи питания. Эта функция может быть особенно полезна для зарядки аккумуляторов.
Разъем USB Type-C
Конструкция разъема USB Type-C (также называемого USB-C) симметрична, поэтому его можно подключать любым способом, т. е. нет лицевой стороны вверх или вниз. Это позволяет вставлять вилку быстрее и проще, чем в предыдущих конструкциях USB-разъемов. В предыдущих конструкциях соединителя пользователь должен был визуально осмотреть соединитель, чтобы определить правильную ориентацию, или пройти процесс проб и ошибок, вставляя соединитель; создавая легкое, но слишком знакомое неудобство.Еще одной особенностью разъема USB Type-C является то, что он имеет закругленные края, что обеспечивает возможность самовыравнивания при вставке разъема.
Разъем USB Type-C предназначен для обеспечения среднего уровня мощности (менее 100 Вт), а характеристики, связанные с небольшим разъемом, позволяют подавать питание на широкий спектр компактных электронных устройств. Одним из преимуществ использования USB-разъемов для подачи питания и сигналов является то, что это сложная конструкция с относительно низкими затратами на разработку. Во многом это связано с экономией на масштабе, полученной за счет широкого распространения разъема на глобальном уровне. Еще одним преимуществом является то, что система была проверена большим количеством пользователей и проектов продуктов, а это означает, что дизайн продемонстрировал свою надежность и оставляет очень небольшую вероятность возникновения каких-либо неизвестных проблем в работе. Важно отметить, что USB Type-C обычно стоит дороже, чем USB-разъемы предыдущего поколения, из-за сложности и скорости, которую обеспечивает USB Type-C. Однако по мере того, как разъемы USB Type-C становятся все более распространенными, ожидается, что стоимость будет соответствующим образом скорректирована.
Несоответствующие приложения USB Type-C
Дизайнер может выбрать разъем USB Type-C из-за элегантного дизайна, небольшого размера и низкой стоимости, но решить не соответствовать стандартам USB Power Delivery. Вероятность повреждения оборудования несоответствующей конструкцией будет низкой до тех пор, пока напряжение несоответствующего источника питания составляет 5 В, а максимально допустимый ток нагрузки меньше номинального тока разъема 5 А. Существует значительный риск повреждения нагрузки, если несоответствующий источник питания обеспечивает выходное напряжение, превышающее устаревшее напряжение USB, равное 5 В.
Взаимосвязь между USB Type-C, подачей питания и 3.1 Gen 2
Разъем USB Type-C тесно связан с USB 3.1 Gen 2 и USB Power Delivery. Это часто создает путаницу в отношениях между концепциями Type-C, 3.1 Gen 2 и USB Power Delivery. Важно отметить, что хотя эти понятия связаны и дополняют друг друга, они независимы. Устройство или блок питания могут использовать разъем USB и не поддерживать USB 3.1 Gen 2 или USB Power Delivery.
Важно отметить, что протоколы USB могут быть реализованы с разъемами, отличными от указанных разъемов USB. Клиент может выбрать использование USB-протоколов данных и питания, чтобы воспользоваться чрезвычайно большими усилиями по разработке и проверке, уже развернутыми USB, но не использовать стандартные разъемы USB для создания собственной системы.
Подача питания через USB
Одной из целей USB является обеспечение функциональной совместимости между соответствующими реализациями старых и новых версий спецификаций. В предыдущих версиях стандартов USB подаваемое напряжение было указано равным 5 В. Стандарт USB Power Delivery допускает подаваемое напряжение 5 В, 9 В, 15 В или 20 В и уровни мощности до 100 Вт.
| Версия | Максимальная мощность | Напряжение | Максимальный ток< /th> |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 2,5 Вт | 5 В | 500 мА< /td> |
| USB 3.1 | 4,5 Вт | 5 В | 900 мА |
| USB BC 1.2 | 7,5 Вт | 5 В | 1,5 А |
| USB Type-C 1.2 | 15 Вт | 5 В | 3 A |
| USB PD | 100 Вт | 5/9/15/20 В | 5 А |
USB Power Delivery устанавливает рабочие протоколы, чтобы гарантировать, что более высокое напряжение, доступное в последних версиях USB, не повредит устаревшее оборудование, рассчитанное на работу с напряжением 5 В. Чтобы предотвратить такое повреждение, USB Power Delivery требует, чтобы соответствующее оборудование изначально подавало на нагрузку 5 В с максимальным током 900 мА. Связь между нагрузкой и источником питания может тогда установить более высокий максимальный ток нагрузки и большее рабочее напряжение. Если после подключения нагрузки и источника питания связь не устанавливается, конфигурация источника питания остается равной 5 В и максимальному току нагрузки 900 мА. Если связь между нагрузкой и источником питания будет потеряна после того, как она была установлена, источник питания безопасно вернется к конфигурации 5 В и 900 мА.
Уровни мощности, определяемые USB Power Delivery
Приложения USB Power Delivery
Преимущество USB Power Delivery в создании единого источника питания, который можно использовать для питания нескольких продуктов, будет наиболее полезным, когда продукты сложные и дорогие. Примером приложения для USB Power Delivery является источник питания, который используется для зарядки сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов, смарт-часов и наушников.Все эти продукты достаточно сложны, так что дополнительные затраты и сложность связи с источником питания являются приемлемыми. Кроме того, пользователь может находиться в транспортном средстве, комнате, офисе или путешествовать там, где он ожидает получить питание для этих устройств, но сочетание различных мощностей будет трудно предсказать. В этих сценариях источники питания USB Power Delivery будут согласовываться с каждым устройством, чтобы обеспечить надлежащую конфигурацию напряжения и тока в соответствии с требованиями этой нагрузки.
Несмотря на то, что заявления о том, что USB Power Delivery обеспечит более быструю зарядку аккумуляторов, не являются ошибочными, они могут быть неправильно поняты. Время, необходимое для зарядки аккумулятора, ограничено конструкцией аккумулятора и мощностью блока питания. Внедрение USB Power Delivery сократит время, необходимое для зарядки аккумулятора, если зарядка аккумулятора ограничивается мощностью зарядного устройства, а не конструкцией аккумулятора. USB Power Delivery не сократит время зарядки по сравнению с источником питания с фиксированной выходной мощностью, если выходная мощность обоих источников одинакова.
Продукты, которые могут не подходить для подачи питания через USB, менее сложны и менее дороги с относительно низкими требованиями к питанию. Менее дорогие продукты могут быть не в состоянии покрыть затраты на проектирование и производство из-за встроенной в устройство функции USB Power Delivery для связи с источником питания. В большинстве приложений, где источник питания выбирается для питания нагрузки, мощность источника питания будет выбираться только в соответствии с требованиями нагрузки. Если был указан источник питания большей мощности, то избыточная мощность источника питания приведет к тому, что размер и стоимость источника питания превысят требуемые. Мощность источника питания USB Power Delivery должна быть рассчитана на максимальную номинальную мощность настраиваемого источника. Система с небольшой нагрузкой, которая может питаться либо от источника питания USB, либо от источника питания меньшего размера, повлечет за собой снижение стоимости и габаритов при использовании источника питания USB.
Программируемый USB-блок питания
Протокол USB Programmable Power Supply обеспечивает больший контроль над подачей питания, чем устаревшие протоколы и протоколы USB Power Delivery. В то время как операционный протокол USB Power Delivery определяет, как источники питания USB обеспечивают дискретные уровни напряжения, операционный протокол USB Programmable Power Supply устанавливает возможность управления выходным напряжением и характеристиками тока источника питания на детальном уровне.
Приложения USB-программируемых источников питания
Распространенное приложение, требующее точного контроля напряжения и тока, предлагаемое программируемым источником питания USB, — это зарядка аккумуляторов. В традиционной топологии зарядного устройства аккумуляторной батареи источник напряжения подается на схему управления зарядом аккумуляторной батареи, а выход системы обеспечивает надлежащее напряжение и ток для зарядки аккумуляторной батареи. Это хорошо работает, когда характеристики зарядного напряжения и тока батареи стандартизированы, и, таким образом, схема зарядки батареи может иметь стандартную конструкцию. Для приложений, где для батареи требуется индивидуальный профиль напряжения и тока, программируемый источник питания USB может быть лучшим решением. С источником питания с программируемым источником питания USB нагрузка будет контролировать состояние батареи и подавать команды источнику питания, чтобы батарея заряжалась с правильным профилем напряжения и тока. Следует отметить, что когда для зарядки аккумулятора используется конфигурация программируемого источника питания USB, команда разработчиков должна будет спроектировать, внедрить и протестировать алгоритм и схемы зарядки аккумулятора, тогда как при выборе стандартной схемы зарядки аккумулятора поставщик аккумулятора схема зарядки выполнила большинство или все эти задачи.
Заключение
Разъем USB Type-C и спецификация USB Power Delivery значительно расширяют стандарты USB. В то время как внедрение полного стандарта позволит значительно улучшить системы, значительные преимущества также могут быть реализованы при реализации только частей нового стандарта и протокола. Ожидается, что разъем USB Type-C будет использоваться во многих традиционных приложениях подачи питания 5 В с требованиями по току нагрузки 5 А или меньше из-за небольшого размера, улучшенной конструкции и низкой стоимости разъема.
Мир технологий, наконец, сплотился вокруг стандарта зарядки, после многих лет использования проприетарных адаптеров и уродливых настенных блоков питания. USB-C находится в процессе их замены.Но в качестве блестящего примера получения именно того, что мы просили, а не совсем того, что хотели, USB-C решил проблему стенных бородавок, пересадив его. Вместо того, чтобы бегать с набором штепсельных вилок определенного производителя, клиентам с несколькими устройствами USB-C приходится бегать с кабелем определенного производителя или действительно совместимым сторонним кабелем.
Десять-пятнадцать лет назад вы всегда должны были убедиться, что у вас есть правильный блок питания для каждого из ваших гаджетов. Теперь вам нужно убедиться, что у вас есть подходящий кабель для вашего гаджета. Одной из причин этой проблемы является еще одна функция, которая была улучшена в USB-C, чтобы сделать его более эффективным и гибким: подача питания через USB.
Не все зарядные устройства, разъемы и кабели USB одинаковы. Вы, наверное, заметили, что некоторые настенные зарядные устройства мощнее других. Иногда один разъем USB на ноутбуке кажется более мощным, чем другой. На некоторых настольных ПК, даже когда они выключены, можно заряжать смартфон через разъем USB. Оказывается, у всего этого безумия есть свой метод, но сначала мы должны объяснить, как на самом деле работает питание через USB.
Новые спецификации
Теперь существует шесть спецификаций USB: USB 1.0, 2.0, 3.0, 3.1, 3.2 и USB4. USB 1.0 достаточно устарел, чтобы вы его практически никогда не видели, поэтому USB2-USB4 покрывает спектр для большинства людей. Отдельно от этого есть USB-C, который является стандартом физического подключения, который могут использовать устройства. В сети USB есть один хост и одно устройство. Почти в каждом случае ваш ПК является хостом, а ваш смартфон, планшет или камера — устройством. Энергия всегда передается от хоста к устройству, хотя данные могут передаваться в обоих направлениях, например, когда вы копируете файлы между компьютером и телефоном. Приведенные ниже описания относятся ко всем используемым в настоящее время версиям USB, включая USB4, 3.0, 3.1, 3.2 и их различные подстандарты (1 × 2, 2 × 2 и т. д.).
Что нового в USB4?
Для USB4 требуется USB-C, в то время как в предыдущих стандартах это было просто опцией. Поддержка USB Power Delivery теперь является обязательной, а стандарт теперь позволяет использовать туннелирование DisplayPort и PCI Express. Номинальные скорости передачи данных по USB4 составляют 20 Гбит/с и 40 Гбит/с. До DisplayPort 2.0 поддерживается через альтернативный режим, DP1.4 поддерживается через туннелирование.
Что касается сравнения производительности USB4 с другими стандартами USB, мы искренне сожалеем, но сейчас это немного сбивает с толку.
У меня действительно нет защиты от этого, поэтому давайте признаем, что с хорошими людьми случаются плохие вещи, и будем двигаться дальше.
В отличие от предыдущих поколений USB, USB4 основан непосредственно на спецификации Thunderbolt 3. Это не представляет никаких проблем для AMD или других компаний, использующих USB4. Для конечного пользователя переход на Thunderbolt должен быть плавным и незаметным.
USB4 не всегда обеспечивает максимальную пропускную способность, но он должен облегчить достижение более высоких показателей производительности. Это приближает нас к USB-C как к универсальному стандарту и предлагает некоторые дополнительные функции поддержки протокола и туннелирования, которые ранее были недоступны. Это не будет революционно, но устройства USB4 Gen 3×2 будут значительно быстрее, чем то, что поставлялось ранее.
USB 3.2 и более ранние версии
Обычный разъем USB 1.0 или 2.0 имеет четыре контакта, а USB-кабель — четыре провода. Внутренние контакты несут данные (D+ и D-), а внешние контакты обеспечивают питание 5 вольт. Порты USB 3.0 добавляют дополнительный ряд из пяти контактов, поэтому кабели, совместимые с USB 3.0, имеют девять проводов. Что касается фактического тока (миллиампер или мА), существует три типа USB-портов, определяемых текущими характеристиками: стандартный нисходящий порт, нисходящий порт для зарядки и специальный порт для зарядки. Первые два можно найти на вашем компьютере (и они должны быть помечены как таковые), а третий тип относится к «тупым» настенным зарядным устройствам.
В спецификациях USB 1.0 и 2.0 стандартный нисходящий порт может передавать до 500 мА (0,5 А); с USB 3.0 он достигает 900 мА (0,9 А). Выходной зарядный порт и специальные зарядные порты обеспечивают ток до 1500 мА (1,5 А). USB 3.1 увеличивает пропускную способность до 10 Гбит/с в так называемом режиме SuperSpeed+, что делает его примерно эквивалентным Thunderbolt первого поколения. Он также поддерживает потребляемую мощность 1,5 А и 3 А по шине 5 В. USB 3.2 не меняет эти аспекты стандарта.
USB-C — это совершенно другой разъем.Это универсально; вы можете поместить его любым способом, и он будет работать, в отличие от USB и разъема Lightning от Apple. USB-C также способен в два раза увеличить теоретическую пропускную способность по сравнению с USB 3.0 и может выдавать больше энергии. Apple присоединилась к USB-C с USB 3.1 еще в 2015 году со своим 12-дюймовым MacBook и новыми MacBook Pro, а вскоре последовали и телефоны. Но могут быть и старые USB-порты, поддерживающие стандарт 3.1.
Спецификация USB также допускает наличие порта «спящий режим и зарядка», при котором порты USB на выключенном компьютере остаются активными. Возможно, вы заметили это на своем настольном ПК, где через материнскую плату всегда проходит некоторое количество энергии, но некоторые ноутбуки также могут работать в режиме сна и зарядки.
Теперь это то, что диктует спецификация. Но есть много USB-зарядных устройств, которые не соответствуют этим спецификациям — в основном настенные. Например, зарядное устройство Apple для iPad обеспечивает 2,1 А при 5 В; Зарядное устройство Amazon Kindle Fire выдает 1,8 А; и многие автомобильные зарядные устройства могут выдавать от 1 до 2,1 А.
Можно ли взорвать USB-устройство?
Существует огромная разница между обычными USB-портами с номинальным током 500 мА и специальными портами для зарядки, ток которых может достигать 3000 мА. Это приводит к важному вопросу: если вы возьмете телефон, поставляемый с сетевым зарядным устройством на 900 мА, и подключите его, например, к зарядному устройству для iPad на 2100 мА, не взорвется ли он?
Короче говоря, нет: вы можете подключить любое USB-устройство к любому USB-кабелю и к любому USB-порту, и ничего не взорвется — и на самом деле использование более мощного зарядного устройства должно ускорить зарядку аккумулятора.
Более развернутый ответ заключается в том, что возраст вашего устройства играет важную роль, определяя как скорость его зарядки, так и возможность вообще заряжать его с помощью настенного зарядного устройства. Еще в 2007 году Форум разработчиков USB выпустил спецификацию зарядки аккумулятора, которая стандартизировала более быстрые способы зарядки USB-устройств, либо путем подачи большего количества ампер через USB-порты вашего ПК, либо с помощью настенного зарядного устройства. Вскоре после этого начали появляться USB-устройства с этой спецификацией.
Если у вас есть современное USB-устройство, вы сможете подключить его к USB-порту с высокой силой тока и наслаждаться более быстрой зарядкой. Однако если у вас более старый продукт, он, вероятно, не будет работать с USB-портами, в которых используется спецификация зарядки аккумулятора. Он может работать только со старыми, оригинальными (500 мА) портами USB 1.0 и 2.0 для ПК. В некоторых (намного более старых) случаях USB-устройства можно было заряжать только от компьютеров с установленными специальными драйверами, но сейчас это происходит почти два десятилетия назад.
А как насчет USB-C?
USB-C — это особый случай. Хотя вы не взорвете свое устройство, подключив неподходящее зарядное устройство, вы можете взорвать свой телефон, Nintendo Switch или другое устройство, используя неподходящий кабель USB-C. Как узнать, какой кабель USB-C подходит? Иногда — и это неприглядная правда — вы не можете. В прошлом были электронные таблицы, предназначенные для записи хороших и плохих кабелей, но проекты, похоже, отошли на второй план и теперь устарели. Если вы покупаете запасной кабель USB-C для кабеля, предоставленного производителем, мы рекомендуем покупать его у OEM-производителя или авторизованного стороннего производителя. В этой статье мы рассмотрели первоначальные проблемы с USB-C более подробно.
Что делать, если у вас уже есть кабель стороннего производителя или у вас нет другого выбора, кроме как использовать его? Даже если это работает, медленная скорость зарядки может быть проблемой. Это предпочтительнее в том смысле, что на самом деле это не повредит ваше оборудование. Во многих случаях ваше устройство будет заряжаться только на минимальной или близкой к минимальной скорости, в отличие от вариантов быстрой зарядки, которые сейчас поддерживаются многими устройствами. На этой диаграмме от Android Authority показано, как скорость зарядки зависит от того, какое устройство вы используете.
Однако имейте в виду, что последствия могут быть хуже, чем просто медленная зарядка. Бывают случаи, когда люди взрывают устройства с неподходящим кабелем, и другие случаи, когда одно устройство может категорически отказываться работать с кабелем USB-C другого устройства по неизвестным причинам. В этом случае предполагается, что устройство отказывается подключаться через данный кабель, чтобы защитить себя.
Быстрая зарядка и другие примечания
Многие новые телефоны предлагают какую-либо функцию быстрой зарядки — часто с переменными названиями, наиболее распространенной из которых является Quick Charge от Qualcomm, которая работает с телефонами на базе Snapdragon.Стандарт быстро развивался, и на момент написания этой статьи он переходит на версию 5. Для быстрой зарядки обычно требуется либо адаптер питания, поставляемый с телефоном, либо адаптер стороннего производителя с соответствующей маркировкой. В противном случае для пропитки сока все равно потребуется несколько часов. Быстрая зарядка, похоже, исчезает с рынка с появлением USB Power Delivery (USB PD), но обе возможности по-прежнему поддерживаются.
Есть еще несколько моментов, о которых следует знать. Хотя ПК могут иметь два типа USB-портов — стандартный нисходящий или зарядный нисходящий — OEM-производители не всегда маркировали их как таковые. В результате у вас может быть устройство, которое заряжается от одного порта вашего ноутбука, но не заряжается от другого. Это особенность старых компьютеров, поскольку, похоже, нет причин, по которым использовались бы стандартные нисходящие порты, когда доступны порты для зарядки с высокой силой тока. Большинство поставщиков теперь помещают небольшой значок молнии над соответствующим зарядным портом на ноутбуках, а в некоторых случаях эти порты могут даже оставаться включенными, когда крышка закрыта. Возможно, вам придется проверить материнскую плату или системную документацию, чтобы определить, какие порты USB обеспечивают все необходимые вам возможности. Система может поддерживать только зарядку, воспроизведение видео или Ethernet через один порт USB-C, даже если в ней всего от двух до четырех портов USB-C.
Теперь прочитайте:
Ознакомьтесь с нашей серией объяснений ExtremeTech, в которой более подробно рассматриваются самые актуальные технические темы современности.
Себастьян Энтони написал первоначальную версию этой статьи. С тех пор он несколько раз обновлялся новой информацией.
Читайте также: