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Jul 16, 2023

USB PD vs. USB

USB Power Delivery (PD) ist eine Spezifikation, die es ermöglicht, die Ausgangsspannung eines

USB Power Delivery (PD) ist eine Spezifikation, die es ermöglicht, die Ausgangsspannung eines Netzteils durch die Last zu programmieren. In Kombination mit dem USB-Typ-C-Anschluss stellt dies eine revolutionäre Veränderung dar, die es Geräten ermöglicht, sowohl Strom als auch Daten zu übertragen, während sich der Adapter an den Strombedarf des Geräts anpasst, das ihn verwendet.

In diesem Artikel werden die Unterschiede und Überschneidungen zwischen USB PD und USB-C im Allgemeinen erörtert, bevor die Vorteile der USB-Stromversorgung in Design-Ökosystemen mit konkurrierenden, unterschiedlichen Stromanforderungen untersucht werden.

Es bietet außerdem eine kurze Diskussion der Designüberlegungen für USB-PD-Adapter, bevor es mit einem Beispiel einer kürzlich von CUI entwickelten Stromversorgungslösung abschließt.

Erstens sind USB PD und USB-C unterschiedliche Standards. Der USB-C-Standard beschreibt den physischen Anschluss. Die Verwendung des Steckers bedeutet nicht unbedingt, dass ein Adapter über USB PD-Funktionalität verfügt. Ein Ingenieur kann USB-Typ-C-Anschlüsse für ein Design auswählen, ohne sich für die Konformität mit USB PD zu entscheiden. USB-Typ-C-Anschlüsse bieten jedoch die Möglichkeit, sowohl moderate Leistung (bis zu 240 W) als auch Daten über dasselbe Kabel zu übertragen, und verfügen außerdem über einen symmetrischen, selbstausrichtenden Anschluss, der das erfolgreiche Einstecken erheblich erleichtert.

Hier ist eine Zusammenfassung des aktuellen USB-Ladevorgangs:

Bisherige USB-Stromversorgungsstandards sind insofern eingeschränkt, als sie nicht mehrere Leistungsstufen für verschiedene Geräte bereitstellen können. Die USB-PD-Spezifikation ermöglicht jedoch, dass Netzteil und Gerät eine optimale Stromversorgungsmethode aushandeln.

Jedes Gerät startet mit einem anfänglichen niedrigen Leistungspegel von 5 V bis zu 10 W. Von dort aus erfolgt die Leistungsverhandlung, und je nach Gerätebedarf kann die übertragene Leistung bis zu 240 W betragen.

Der USB-PD-Aushandlungsansatz verfügt über Spannungsstufen von 5 V, 9 V, 15 V, 20 V und darüber hinaus und unterstützt durch Variation des Stroms Ausgangsleistungen von nur 0,5 W bis 240 W.

USB PD kann höhere Ausgangsleistungspegel unterstützen, indem es Geräten ermöglicht, Leistungspegel auszuhandeln. Dadurch sind USB-Netzteile in der Lage, mehr als ein bestimmtes Gerät optimaler mit Strom zu versorgen, und ermöglichen schnellere Ladezeiten – all dies verbessert die Leistungsfähigkeit der USB-Technologie.

Einer der unmittelbaren Vorteile von USB PD besteht darin, dass mehr als ein Mobilgerät mit demselben Adapter optimal aufgeladen werden kann, selbst wenn die Geräte unterschiedliche Anforderungen an die Ladespannung haben. Dies alles wird durch die Kombination von USB-C mit der USB PD-Stromaushandlung ermöglicht Protokoll. Dies ist jedoch nur einer der Vorteile, insbesondere in Kombination mit USB-Typ-C-Anschlüssen und -Kabeln.

Durch die Kombination von USB Typ C und USB PD wird beispielsweise die Anzahl der Ladegeräte und Kabel reduziert, die für die Stromversorgung mehrerer Geräte erforderlich sind. Dies erleichtert Endbenutzern das Leben erheblich und ermöglicht Herstellern, ein Ladegerät und Kabel für mehr ihrer Geräte zu verwenden.

Ein weiterer Vorteil von USB PD sind ausgehandelte Spannungen von 28 V, 36 V und 48 V, die durch die Verfügbarkeit mehrerer verschiedener konstanter Spannungsniveaus mit variablen Strömen Leistungsstufen von bis zu 140 W, 180 W bzw. 240 W ermöglichen.

Darüber hinaus umfasst der USB-PD-Standard einen einstellbaren Spannungsversorgungsmodus, den Ingenieure konfigurieren können. Dadurch kann das Gerät im Gegensatz zu den gerade beschriebenen Spannungsstufen Zwischenspannungen anfordern, die zwischen 5 V und der maximal verfügbaren Festspannung des Ladegeräts liegen.

Darüber hinaus ist die Stromrichtung nicht mehr festgelegt: Entweder der Host oder das Peripheriegerät kann Strom liefern, basierend auf dem aktuellen Strombedarf der an das Ladegerät angeschlossenen Geräte.

Darüber hinaus kann die Energieverwaltung über mehrere Peripheriegeräte hinweg optimiert werden, sodass jedes Gerät die benötigte Leistung und bei Bedarf mehr Leistung erhält – und Geräte mit geringerem Stromverbrauch, wie z. B. Headsets, können durch Stromaushandlung und Handshaking nur die Leistung erhalten, die sie benötigen. USB PD unterstützt auch die Interoperabilität zwischen konformen Implementierungen älterer und neuerer Versionen von USB-Spezifikationen.

Es gibt jedoch Nachteile von USB PD. Dazu gehört die Tatsache, dass Leitungen, die bisher der Datenübertragung vorbehalten waren, stattdessen für die Stromversorgung genutzt werden können. Möglicherweise mangelt es auch an Zubehör von Drittanbietern, bis USB Typ C in Kombination mit USB PD häufiger gemeinsam verwendet wird.

Beachten Sie, dass sowohl USB Typ-C als auch USB PD Standards sind. Daher ist es wichtig sicherzustellen, dass das in Betracht gezogene Netzteil diesen beiden Standards entspricht. Natürlich gibt es bei einem externen Netzteil noch einige andere Dinge zu beachten, darunter die folgenden:

CUI hat kürzlich seine Familie von AC-DC-USB-Typ-C-Adapter-Netzteilen mit USB PD 3.0-Funktionen erweitert. Die beiden neuen Serien sind die SWI60C-E-Serie (europäisches Modell in Abbildung 2) und die SWI60C-N-Serie (nordamerikanisches Modell). Sie entsprechen dem USB PD 3.0-Standard und erfüllen die DOE-Effizienzstandards der Stufe VI für Kanada und die Vereinigten Staaten sowie die Ecodesign 2019/1782-Standards für Europa. Sie sind außerdem nach UL 62368 / EN 62368 sicherheitszertifiziert.

Diese Wandsteckermodelle unterstützen eine Dauerleistung von bis zu 60 W und verfügen über Ausgangsoptionen von 5 bis 20 VDC mit einem Leerlaufstromverbrauch von weniger als 0,21 W. Sie verfügen außerdem über Schutzfunktionen gegen Überstrom, Überspannung und Kurzschlüsse. Sowohl die Netzteile CUI SWI60C-N als auch SWI60C-E verfügen über einen kleinen Formfaktor von nur 65 mm × 65 mm × 28 mm für eine minimale Stellfläche. Wie bei allen CUI-Netzteilen gibt es zahlreiche Anpassungsmöglichkeiten, einschließlich Branding und Kabellänge.

CUI bietet eine große Auswahl an kompakten, hocheffizienten externen AC-DC-Netzteilen. USB-PD-Adapter wie die Serien CUI SWI60C E und N können mit Geräten wie Smartphones, Digitalkameras, Tablets, Notebooks und Monitoren verwendet werden.

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