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

Содержание

1. USB Power Delivery: краткий ликбез
2. Сравнение версий USB Power Delivery
3. Технология USB Power Delivery Programmable Power Supply
4. Насколько быстро работает USB Power Delivery?
5. Удобство использования и экологичность

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.