reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Technologie | 11 kwietnia 2017

Wzrost mocy zasilania z USB typu C i Power Delivery - cz. 1

Interfejs USB ewoluowa艂 od typowego z艂膮cza, kt贸rym przesy艂ane s膮 dane i zasilane urz膮dzenia o niewielkich potrzebach energetycznych, do superszybkiej magistrali, kt贸ra mo偶e dostarczy膰 do urz膮dze艅 nawet 100W mocy.
Opracowany standard USB typu C razem z rozszerzeniem USB Power Delivery (PD) 2.0/3.0 rozpoczyna t膮 ewolucj臋.

Standardowo port USB typu C mo偶e przes艂a膰 15W mocy dla napi臋cia 5V i pr膮du 3A, ale ju偶 USB typu C z USB PD umo偶liwia obs艂ug臋 na wielu poziomach mocy, do maksymalnie 100W dla napi臋cia 20V i pr膮du 5A. Jedynym minusem jest wzrost koszt贸w zwi膮zany ze wzrostem ilo艣ci element贸w w tym rozwi膮zaniu. Na szcz臋艣cie, projektanci mog膮 skorzysta膰 z nowych mo偶liwo艣ci i rozwi膮za艅, takich jak: dwustronne zasilanie, negocjacja profilu zasilania czy mo偶liwo艣膰 budowy 100W zasilaczy do 艂adowania urz膮dze艅 a nawet komputer贸w przeno艣nych w spos贸b szybki oraz bezpieczny.

W artykule zostan膮 przybli偶one mo偶liwo艣ci wykorzystania USB typu C i Power Delivery.

USB staje si臋 bardziej skoncentrowany

Pierwsi projektanci standardu USB wykazali du偶膮 dalekowzroczno艣膰, umo偶liwiaj膮c urz膮dzeniom ma艂ej mocy zar贸wno przesy艂a膰 dane, jak je zasila膰. Obecnie miliardy urz膮dze艅 wyposa偶one s膮 w z艂膮cza USB, z t膮 jedn膮 r贸偶nic膮, 偶e technologia USB jest ju偶 daleko od pierwotnych za艂o偶e艅 dedykowanym tylko urz膮dzeniom peryferyjnym i akcesoriom komputerowym. Na szcz臋艣cie ca艂y czas d膮偶ymy do wi臋kszej integracji, a nowe projekty maj膮 na celu optymalizacj臋 i stworzenie wysoce elastycznego interfejsu USB typu C zawieraj膮cego protoko艂y komunikacyjne 1.0, 2.0, 3.0 lub 3.1, a w przypadku kiedy wymagana jest wi臋ksza moc 鈥 protoko艂y zasilania USB Power Delivery (PD) 2.0/3.0.

USB typu C ze standardem 艂adowania 1.1 i 1.2

W 2014 roku wprowadzono USB typu C ze specyfikacj膮 1.0, 偶eby zaspokoi膰 od lat rosn膮ce zapotrzebowanie na kompaktow膮 i dwustronn膮 wtyczk臋, kt贸ra mo偶e dzia艂a膰 niezale偶nie od kierunku jej pod艂膮czenia. Dwustronne 24-pinowe z艂膮cze USB typu C obs艂uguje kilka standard贸w 艂膮czno艣ci, zawiera linie o du偶ej szybko艣ci transmisji danych i ulepszony interfejs zasilania.


Rysunek 1. Dwustronna wtyczka USB typu C z rozrysowanymi 24 pinami


Ze wzgl臋du na rosn膮cy rynek urz膮dze艅 mobilnych, producenci zdali sobie spraw臋, 偶e dostarczane 500mW przez USB jest niewystarczaj膮ce. W zwi膮zku z tym, wprowadzono USB 2.0 zwi臋kszaj膮c maksymalny pr膮d do 500mA i moc do 2,5W. To jednak znowu okaza艂o si臋 za ma艂o. Kolejnym krokiem by艂o stworzenie USB 3.0, o maksymalnym pr膮dzie 900mA i mocy 4,5W, ale i to wkr贸tce przesta艂o wystarcza膰. Rosn膮ce pojemno艣ci baterii smartfon贸w i tablet贸w oraz fakt, 偶e USB by艂o coraz cz臋艣ciej u偶ywane do 艂adowania, zaowocowa艂o powstaniem nowego, specjalnego protoko艂u 艂adowania USB Battery Charging (USB BC). Po modernizacji technologii USB 2.0 w 2010r. wprowadzono USB Charging Battery 1.1, a nast臋pnie 1.2. Niew膮tpliw膮 zalet膮 tego rozwi膮zania sta艂a si臋 mo偶liwo艣膰 艂adowania urz膮dzenia bez rezygnowania z transferu danych. W ten spos贸b mo偶liwe sta艂o si臋 艂adowanie urz膮dze艅 z komputer贸w a nie tylko z 艂adowarek.

Standard USB BC posiada trzy rodzaje port贸w, kt贸re okre艣laj膮 spos贸b 艂adowania akumulatora urz膮dzenia: Dedicated Charging Port (DCP), Standard Downstream Port (SDP), Charging Downstream Port (CDP).


Rysunek 2. Trzy rodzaje port贸w USB BC


Dalszy wzrost mocy

Nowe rozwi膮zanie USB BC wyra藕nie poprawi艂o sytuacj臋 w 艂adowaniu urz膮dze艅 i umo偶liwi艂o zwi臋kszenie mocy do 25W, dla pr膮du o maksymalnym nat臋偶eniu 5A. Realne sta艂o si臋 na艂adowanie typowego smartfona w godzin臋. Jednak stale post臋puj膮cy rozw贸j komputer贸w przeno艣nych i tablet贸w, zmusi艂 po raz kolejny projektant贸w do poszukiwania innych rozwi膮za艅, pozwalaj膮cych na 艂adowanie urz膮dze艅 potrzebuj膮cych jeszcze wi臋cej mocy. W celu sprostania tym wymaganiom w 2012 roku organizacja USB-IF (USB Implementers Forum) wprowadzi艂a nowe rozszerzenie standardu USB Power Delivery (PD) 1.0.

Wa偶nym czynnikiem dla wprowadzenia tego standardu by艂a redukcja e-odpad贸w, na skutek standaryzacji sposobu 艂adowania i wprowadzenia przez producent贸w jednej 艂adowarki zdolnej do zasilania r贸偶nych urz膮dze艅 przeno艣nych. Do charakterystycznych cech nowego rozwi膮zania zaliczy膰 nale偶y wzrost mocy do 100W (20V/5A), kompatybilno艣膰 z wcze艣niejszymi standardami 2.0/3.0 oraz wsp贸艂prac臋 z USB DC 1.2. Nale偶y jednak zaznaczy膰, 偶e powy偶ej 7,5W konieczne jest stosowanie bardziej odpornych na obci膮偶enia przewod贸w. Dlatego, nie nale偶y oszcz臋dza膰 na jako艣ci i kupowa膰 jedynie przewody sprawdzonych producent贸w.

Standard PD 1.0 obejmuje pi臋膰 profili zasilania (Power Profiles), kt贸re odpowiednio zwi臋kszaj膮 maksymaln膮 obci膮偶alno艣膰, a偶 do 100W, dla trzech napi臋膰 zasilania 5V, 12V, 20V. Obecnie profile zasilania zosta艂y usuni臋te z kolejnej wersji standardu PD 2.0 i zaadoptowane jako cz臋艣膰 standardu USB 3.1. Profile zasilania zast膮piono Power Rules, dla czterech poziom贸w napi臋膰 zasilania 5V, 9V, 15V, 20V. Pr膮d mo偶e si臋 zmienia膰 w spos贸b ci膮g艂y (do 5 A), w zale偶no艣ci od wymaganego poziomu mocy. R贸wnie偶 na ka偶dym poziomie mocy, mo偶liwe jest zasilanie urz膮dze艅, kt贸re wymagaj膮 ni偶szego napi臋cia i mocy.


Rysunek 3. Wzrost mocy w zale偶no艣ci od zastosowanych poziom贸w napi臋膰 i pr膮du dla USB PD 3.0


W kolejnej wersji USB PD 3.0 wprowadzono pewne zmiany w celu zwi臋kszenia dostaw energii i odporno艣ci systemu, z wyj膮tkiem Power Rules. USB PD 2.0 i 3.0 s膮 ca艂kowicie kompatybilne w obie strony.


Tabela 1. Wzrost mocy w zale偶no艣ci od typu u偶ytego standardu USB


Najwi臋ksz膮 zalet膮 dla projektant贸w z wprowadzenia nowego standardu USB PD jest to, 偶e hosty, urz膮dzenia podrz臋dne i akcesoria mog膮 negocjowa膰 poziomy napi臋膰 i ilo艣膰 potrzebnego pr膮du za pomoc膮 linii Vbus, bez potrzeby wykorzystywania linii danych. W ten spos贸b mo偶emy jednocze艣nie 艂adowa膰 urz膮dzenie i przesy艂a膰 potrzebne dane. Wreszcie mo偶liwo艣膰 ustalenia potrzebnej mocy pomi臋dzy urz膮dzeniem a 艂adowarka, poprawi艂a wydajno艣膰 ca艂ego systemu i umo偶liwi艂a 艂adowanie z maksymaln膮 dost臋pn膮 szybko艣ci膮.



Cz臋艣膰 2 artyku艂u ju偶 wkr贸tce, a w niej:
  • Projekt zasilania USB
  • Protok贸艂 USB PD
  • PD PHY i manager PD


Artyku艂 uzyskany dzi臋ki uprzejmo艣ci Digi-Key Electronics.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
January 11 2019 20:28 V11.10.27-2