USB供電便利性

了解这个改变生活的技术: 1 of 5

相比以往的USB,具有更强供电能力的“USB PD”即将进入普及阶段。最近引发的各种热议,USB PD到底是什么呢?又有哪些便利的用途呢?让我们一起来学习一下USB PD的基础知识吧。

USB 改变了电源

现在使用USB给智能手机、数码相机等充电已经是司空见惯的事了。但在10多年前,给数码电器充电需要注意一些事。数码电器型号众多,所使用的AC适配器也各不相同。每种电器的电源接线端形状各异,电压和连接器等也不同。因此,不同电器之间共用一个AC适配器的情况基本上是没有的。即便是同一生产商所生产的同种电器,有时也会使用不同的AC适配器。当时USB充电尚未普及,AC适配器一旦遗失会带来很大不便。所以每逢出差等时,人们都免不了要确认一下所携带的所有数码电器的AC适配器是否已经装入行李箱中……。

而USB彻底改变了这种情况。因为使用USB可以供电,许多数码电器都采用了USB作为电源。智能手机、小型数码相机等便携式电器使用USB电源适配器充电已经算不上什么新鲜事了。有些装置只需1台适配器即可给多台电器供电。最近人们已经不怎么更换各种AC适配器来进行充电了。

USB PD的诞生!100W供电,更为便利

USB是可以同时进行通信和供电的规格。这与以往的普通串联或并联接口的规格存在很大的差异。USB1.1的供电能力定为2.5W(5V500mA)。之后,到了USB3.0时,供电能力提升至4.5W(5V900mA)。再来看看充电方面的情况,2007年8月诞生了“USB BC(Battery Charging Specification)”规格,7.5W(5V1.5A)的供电成为可能。该规格的诞生,加速了人们告别不同机种需要不同AC适配器的时代,加速了USB充电的发展趋势。随着该规格的扩展,最新版“同Rev.1.2”(2010年12月)中,更加细致地制定了充电的相关规则,使用USB充电更令人安心了。但是,这种电力只能用于智能手机、数码相机等小型数码电器,要驱动笔记本电脑、显示器等耗电几十瓦的电器还是不够的。

图1:使用USB PD即可使办公桌周围的接线从此不再密密麻麻!

图1:使用USB PD即可使办公桌周围的接线从此不再密密麻麻!

于是USB PD(Power Delivery)规格登场了。2012年7月发表了最早版本(USB PD1.0),其规格定为1根USB线最大提供100W的电力。100W的电力相当可观。15寸左右的笔记本电脑所消耗的电力在60W左右,A3版用喷墨一体机则为30W左右。只要各装置与USB PD相适应,就可从USB集线器向笔记本电脑供电,还可从同一集线器向显示器供电。电压也不限于5V(图1)。

若是以往的USB,使用这种连接方式是无法从集线器向笔记本电脑供电的。但使用USB PD的话,就能通过后面会提到的“Role Swap”个别改变“USB主机-USB驱动”和“供电-受电”各自的关系。即使通过集线器接受供电,也可以将笔记本电脑作为USB主机。随着USB PD的普及,给笔记本电脑和各种周边电器充电时再也不需要准备各种AC适配器,也不需要使用多根电缆线了,USB线集供电功能和通信功能于一身。公司和自家电脑周围的接线一定会少很多吧。

USB Type-C™线可最大限度地发挥其性能

自2012年USB供电的最早规格USB PD1.0标准化后,USB PD所对应的供电用连接器、电缆线等也被规定下来。与以往的USB相比,虽然连接器形状相同,但内部还是存在些微差异的。将USB PD所对应的USB电缆线插入以往的接线端作为USB使用自然是可以的。反过来说,若将通常的USB电缆线接入供电对应的USB端,虽然也可以进行数据通信,但无法供应超出USB BC规定以上的充电电力。

下面让我们来整理一下USB连接器的种类吧。下图介绍的是常见USB连接器的用途和形状。连接主机(电脑)端的连接器叫做Type-A,连接打印机等驱动端的连接器叫做Type-B。智能手机、平板电脑等普及的驱动端的连接器叫做Micro-B。

图2:主要的USB连接器的种类

图2:主要的USB连接器的种类

图2中USB连接器的形状因种类而异。连接器的方向要是不对的话就无法插入了。而Type-C(图3)是一种更为便利的连接器,具有上下对称的设计,可同时用于主机端和驱动端。Type-C中,针的数量也增加了,还可以对应以往的USB以外的协议。只要将影像信号载入Type-C线中,PC端与显示器之间的电缆线,包括供电只用1根就可解决。

随着2014年Type-C连接器的登场,2012年登场的供电专用规格“USB PD 1.0”修订为“USB PD2.0”。在规定USB Type-C的使用的同时,引进了“电力规则”。2015年发布了在此基础上发展而成的现行规格“USB PD3.0”。“USB PD3.0”中,新增了电器间认证等有关安全问题的规格。

图3:Type-C连接器与Type-A、B相比型号略小,但比智能手机等所使用的Micro-B要稍大一些"

图3:Type-C连接器与Type-A、B相比型号略小,但比智能手机等所使用的Micro-B要稍大一些

USB PD2.0中引进的电力规则是为了使电器间供电、受电时不造成混乱,对电压和电流的条件进行了整理。首先,将可供电力分成15W、27W、45W、60W、100W这5个等级。标准电压和标准电流则根据可供电力来确定。如:若可供电力为15W,则须以5V3A为标准供电。若为45W,则必须能对应5V3A、9V3A、15V3A。另外,与之前介绍过的一样,USB PD规格是用于供电的,与专用于通信的USB3.1等都是共同存在的。

性能优异的USB TypeC™非常方便

Type-C和USB PD组合而成的USB PD3.0让Type-C拥有的供电功能和多协议功能发挥了作用。其中之一就是“Role Swap”。所谓Role就是指作用。 “Swap(更换)”电器的作用,也是在Type-C的基础上才实现了的。

比如,请想象一下,通过USB从笔记本电脑向外置蓄电池充电的情况。若笔记本电脑一直使用,那么总会在某个时间内藏蓄电池要没电。在以往的情况下,这时若不断开连接两者的电缆线,反过来进行连接的话,外置蓄电池是无法向笔记本电脑供电的。因此,内藏蓄电池必须配备在供电时使用的Type-A插口和在受电(充电)时使用的Type-B插口,但是,我们可以看到市场上未曾出现过那样的笔记本电脑。

可是,若使用了Type-C,只要电力条件等符合,通过Role Swap功能,就可以立即更换两端的电器(这里是指笔记本电脑和外置蓄电池)在电力上的作用,也就是“供电”和“充电”的作用。到刚才为止还在供电的笔记本电脑变成了充电,而充电的蓄电池则变成了供电。

另外,能更换的作用不仅仅是电力上的,也可以更换其在数据通信上的作用。而且,就算更换了在电力上的作用,也能够保持数据通信维持在以前的状态。即使供电方向改变,通信也能照常继续。

充分考虑了安全问题

通过将USB PD和Type-C线组合,可以减少AC适配器、电缆线等,大幅度改善了数码电器的环境。Type-C线最大可以提供100W的电力,所以要求系统不会发生发热等问题并且品质稳定。为了识别正品,USB PD的最新规格USB PD3.0,新增了相连电器和电缆线间的认证功能(Authentication)。使用USB PD3.0的认证功能,可对未通过USB-IF认证检验的电缆线进行安全管理,如不提供超过2.5W(5V0.5A)的电力。

可以说,USB PD3.0是USB的扩充版,在确保安全性的同时,也大大提高了电力相关的便利性。今后,不只是以往的信息电器,它还可能给更广泛的电器(比如,台式电动工具和厨房用具)供电。各种电器不是用各自固有的AC适配器,而是用在哪里都能买到的通用AC适配器。能实现这一目的就是USB PD3.0。

那么,下一次就学习有关USB PD的课题。USB PD很方便,但在其使用上存在什么样的课题呢……。