1)高功率传输:USB PD可以支持高达100W甚至更高的功率输出,这使得它非常适合为大功率设备如笔记本电脑充电。
2)双向电力传输:不同于传统的单向供电方式,USB PD允许设备间双向供电,这意味着一个设备既可以作为电源也可以作为用电设备。
3)智能通信:USB PD通过在Vbus线上使用一个额外的数据通道(CC线),实现设备之间的协商和通信,以确定最佳的电压和电流配置。
4)多角色端口(DRP):设备可以配置为电源提供者(PD Source)、电力消费者(PD Sink)或是两者(Dual Role Power)。
5)扩展功能:除了电力传输外,USB PD还支持数据传输、视频信号传输等功能,通过Alt Mode可以启用非USB数据传输模式,例如DisplayPort或Thunderbolt。
6)安全性:为了防止未经授权的设备损害系统,USB PD定义了认证机制来确保电力供应的安全性。
7)可编程电源(PPS):这是USB PD 3.0中引入的一个特性,允许更精细地调整电压和电流,以适应特定设备的需求,从而提高充电效率。
USB PD协议的这些特性使其成为现代电子设备中广泛采用的标准之一,特别是在追求便携性和多功能性的移动设备领域。
二、USB PD协议接口说明及可配置的电源功率
USB PD (Power Delivery) 协议允许设备之间协商并动态调整电力传输的参数,包括电压(V)和电流(I),从而达到最优的电力传输效果。根据USB PD协议,设备之间可以通过USB Type-C连接器上的配置端口(Configuration Channel, CC)进行通信,协商合适的电力参数。
1. 固定电源配置
在USB PD协议中,有一些固定的电压配置点,通常为5V、9V、12V、15V和20V。这些配置点是预设的,并且被广泛支持。设备可以在这些电压等级上运行,并且根据需要选择合适的电流值。
常见的固定电压配置
5V:电流范围:0.5A - 3A,对应功率范围:2.5W - 15W
9V:电流范围:0.5A - 3A,对应功率范围:4.5W - 27W
12V:电流范围:0.5A - 3A,对应功率范围:6W - 36W
15V:电流范围:0.5A - 3A,对应功率范围:7.5W - 45W
20V:电流范围:0.5A - 5A,对应功率范围:10W - 100W
2. 可编程电源(PPS)
USB PD 3.0引入了可编程电源(Programmable Power Supply, PPS)特性,允许更精细地调整电压和电流。PPS支持在3.3V至21V之间,以20mV步进调整电压,并且可以支持的最大电流为5A。这意味着电压和电流都可以在一定范围内连续调节,以适应不同设备的具体需求。
3. 最大功率限制
尽管理论上USB PD 3.0支持最高100W的电力传输,但在实际应用中,具体支持的最大功率取决于设备的设计和支持。USB PD 3.1进一步提升了这一限制,支持最高240W的电力传输。
4. 动态调整
通过USB PD协议,设备可以动态调整电力参数。例如,如果一个设备正在充电并且检测到温度升高,它可以选择降低电压或电流,以减少热量产生,保护电池和其他组件不受损坏。
三、通过CC端口进行电源功率配置的阶段
1. 识别阶段(Discovery Phase)
当一个USB Type-C电缆连接到两个设备之间时,首先进行的是识别阶段。在此阶段,源端(通常是充电器)和宿端(需要充电的设备)通过CC线来识别对方的角色。具体步骤如下:
初始化:在没有电源的情况下,Type-C连接器的两个CC引脚都处于上拉状态。一旦连接建立,宿端会将其CC引脚设置为下拉状态,从而改变CC电压。源端检测到这一变化后,知道有一个设备已连接。
握手:源端通过CC线发送一个握手信号,表明自己是电源提供者。如果宿端能够接受电力,则回应一个确认信号。
角色确定:根据握手的结果,两个设备确定各自的源端(供电方)和宿端(受电方)角色。
2. 能力交换阶段(Capability Exchange Phase)
在识别了各自的角色之后,进入能力交换阶段。在此阶段,源端和宿端通过CC线互相告知对方的电力能力,以便确定最优的电力配置。步骤如下:
3. 操作阶段(Operational Phase)
当能力交换完成并且选择了适当的电力配置后,进入操作阶段,在此阶段实际的电力传输开始:
电源调整:源端根据宿端的要求调整其输出电压和电流,以匹配宿端的需求。
监控状态:在电力传输期间,双方持续监测电力状态,确保电力传输稳定且安全。如果任何一方检测到异常情况,如过热或过载,可以及时停止电力传输并重新进入识别阶段。
断开请求:宿端通过CC线发送断开请求给源端,表明不再需要电力。
断开响应:源端收到请求后,切断电力输出,并回复确认信号。
恢复初始状态:双方恢复到未连接状态,CC引脚返回上拉状态。