Mi az USB tápellátás? Minden, amit tudnod kell

Az olyan technológiai óriások, mint az Apple és a Samsung, leállították a töltők szállítását az eszközeikhez, és az Apple szerint „több mint kétmilliárd Apple hálózati adapter létezik a világon. Ezért ezeket az elemeket eltávolítjuk az iPhone dobozából, hogy csökkentsük a szén-dioxid-kibocsátást, és elkerüljük a nemesfémek bányászatát és felhasználását.”

Az Apple nyilatkozatát tekintve az a benyomása támadna, hogy a saját tulajdonában lévő töltőkkel töltheti készülékét, de van egy fogás.

A készüléket nem tudja gyorsan feltölteni semmilyen hálózati adapterrel; ehhez egy speciális hálózati adapterre van szükség, amely támogatja az USB tápellátásnak nevezett technológiát.

Tehát mi az az USB tápellátás, és hogyan tölti fel gyorsan az eszközt?

Ebben a cikkben megvizsgáljuk az USB tápellátást, és segít megérteni, miért van szüksége más adapterre az eszközök gyorsabb feltöltéséhez.

Az USB 1996-os megjelenése előtt a felhasználóknak különböző csatlakozókat kellett használniuk a monitorok, billentyűzetek vagy mutatóeszközök csatlakoztatásához, így ha billentyűzetet akart csatlakoztatni a számítógéphez, PS/2 csatlakozóra volt szüksége.

Nem csak ez az, hogy amikor csatlakoztatott egy eszközt, eszközspecifikus illesztőprogramokat kellett telepítenie, és ez nem az. Miután mindent megtett, újra kellett indítania az eszközt, hogy számítógépe felfedezhesse a perifériát.

Az USB feltalálásával már csak csatlakoztatni kellett az eszközt, és varázslatosan működött.

Bár az USB sok problémát megoldott, az adatátvitelt és a kompatibilitást szem előtt tartva fejlesztették ki, és a mobil számítástechnika megjelenésével egy másik probléma is akadt, a töltés.

USB kategória Maximális feszültség (V) Maximális áram (A) Teljesítmény (W) Becsült töltési idő órákban (4000 mAh akkumulátor) Az indulás éve
USB 2.0 5 0.5 2.5 6.5 2000
USB 3.0 5 0.9 4.5 3.6 2008
USB akkumulátor töltés 1.2 5 1.5 7.5 2 2010
USB Type C (áram @ 1,5A) 5 1.5 7.5 2 2014
C típusú USB (aktuális @ 3A) 5 3 15 1 2014

A napokban a telefonok akkumulátorai kisebbek voltak, és a telefon USB-portjáról kapott teljesítménye (2,5 W) elegendő volt a telefon akkumulátorának töltéséhez.

Olvasni:  Bemutatták az Oppo Find N összecsukható zászlóshajót: ár, specifikációk és megjelenési dátum

Az akkumulátorok méretének növekedésével a hálózati adapter teljesítménye nem volt elegendő az akkumulátorok időben történő feltöltéséhez.

A probléma megoldásához nagyobb mennyiségű energiát kellett befecskendezni az akkumulátorba, de ez a megoldás problémát okozott.

A lítium-ion akkumulátor nagyobb mennyiségű áramellátása az akkumulátor belső felmelegedését okozta, ami csökkenti az okostelefon akkumulátorának élettartamát.

Ezért ennek a problémának a megoldásához intelligens kommunikációs módszerekre van szükségünk, hogy nagyobb mennyiségű energiát lehessen ellátni az akkumulátorral anélkül, hogy az akkumulátor élettartama csökkenne, és ez a gyorstöltés. Ez az akkumulátorcsomag energiagazdálkodási rendszere és a töltőadapter közötti kommunikációs protokollok készlete.

Ezen kommunikációs protokollok használatával a töltő és az okostelefon is kommunikálhat egymással. Ez a kommunikáció segít az akkumulátor jobb állapotában tartani, miközben nagyobb sebességgel tölti.

Most, hogy tudjuk, mi a gyorstöltés, meg kell értenünk, miért létezik olyan sokféle gyorstöltési protokoll.

Nos, ahogy korábban kifejtettük, az USB-port által biztosított teljesítmény az USB szabvány szerint nem volt elegendő a gyorstöltéshez.

A probléma megoldására a különböző mobilgyártók újabb technológiákkal álltak elő, mint például az adaptív gyorstöltés (Samsung), a gyorstöltés (Qualcomm) és a vetemedés (One plus). Ezek a technológiák megnövelték a maximális feszültséget/áramot az USB-specifikációkhoz képest, lehetővé téve az eszközök gyorsabb töltését.

Technológia Maximális teljesítmény (W)
Samsung szupergyors töltés 2.0 45
Turbó teljesítmény 30 28.5
Oppo Super VOOC 50
Xiaomi Hypercharge 120
Huawei SuperCharge 44+
Qualcomm gyorstöltés 5 100+

Bár ezzel a módszerrel az OEM-ek gyorsabban feltöltötték eszközeiket, számos problémát okozott az ügyfélnek. A legnagyobb probléma az, hogy nem lehet gyorsan feltölteni egy eszközt, ha nem volt elérhető a megfelelő gyorstöltő adapter/kábel.

Tehát ha egy plusz eszközt vásárolna, akkor kapna egy adaptert, amely támogatja a vetemedéses töltést. Ezzel percek alatt gyorsan feltölthető a készülék, de ha elfelejtené az adaptert, akkor olyan sebességgel töltene készüléke, hogy a haját ki akarná húzni, a probléma megoldására USB tápellátást biztosítunk.

Olvasni:  A legjobb 7 monitor kar ultraszéles monitorokhoz

Az USB tápellátás az USB-IF által kifejlesztett gyorstöltési protokoll. Mivel ez a protokoll az USB szabvány része, nem védett, és bármely OEM gyártó használhatja.

A protokoll előnyeinek kihasználásához a hálózati adapternek és az okostelefonnak is meg kell felelnie az USB tápellátás specifikációinak.

Az alábbiakban látható az USB PD különböző változataival szállítható teljesítmény.

USB kategória Maximális feszültség (V) Maximális áram (A) Teljesítmény (W) Az indulás éve
USB PD 1.0 (Micro B csatlakozó) 20 3 60 2012
USB PD 1.0 (normál A/B csatlakozó) 20 5 100 2012
USB PD 2.0 (C típusú csatlakozó) 20 5 100 2014
USB PD 3.0 programozható tápegység (PPS) 20 5 100 2017
USB PD 3.1 48 5 240 2021

A 60 W feletti teljesítmény biztosításához elektronikusan jelölt kábelszerelvényekre van szükség.

Amint láthatja, az USB PD szabvány akár 240 W teljesítményt biztosít. Ez a teljesítmény több eszköz töltésére használható egyetlen hálózati adapterről, és akár laptopokat is tölthet.

Az USB PD nem védett jellege miatt különböző eszközök töltésére használható. Ez a megközelítés megkönnyíti a fogyasztók életét, és segít csökkenteni az e-hulladékot, mivel az embereknek nem kell új töltőt vásárolniuk új készülékek vásárlásakor.

A fent említett pontokon kívül az USB tápellátás az USB port által kínált adatátviteli mechanizmussal párhuzamosan használható. Emiatt a készüléke feltöltődhet, ha külső monitorhoz csatlakozik. Nem csak ez, az USB PD segítségével kétirányú energiaáramlás is lehetséges. Ez azt jelenti, hogy egy USB PD-kompatibilis eszköz szükség esetén egy másik eszközt is tölthet.

Ahogy korábban említettük, az USB tápellátás egy kommunikációs mechanizmus, és ebben a részben megpróbáljuk megérteni, hogyan működik.

Olvasni:  A legjobb 7 vlogozó kamera

Ahogy korábban említettük, az USB tápellátás működhet USB A/B típusú csatlakozókkal, de megnézzük, hogyan valósítható meg ez a protokoll az USB típusú C csatlakozókon keresztül.

Mielőtt megértenénk az USB tápellátást, fontos megnézni a C típusú csatlakozó speciális tűjét, a Configuration Channel portot, amelyet CC portként is ismerünk.

Ez a port felelős a töltő és a töltőeszköz közötti kommunikáció kialakításáért, lehetővé téve a gyors töltést

Az alábbiakban egy rövid áttekintést adunk a tápellátási protokollról:

Készülék azonosítás: Ha egy eszköz USB PD panaszadapterhez csatlakozik, az adapter 5 V feszültséget küld a Vbus vonalon. Amint az eszköz csatlakoztatva van, kiírja a teljesítmény szerepköröket, amelyekben dolgozni fog. Ezek a szerepkörök a következők lehetnek

  • Kettős szerepkörű teljesítmény (DRP): A csatlakoztató eszköz egyaránt képes teljesítmény fogadására és továbbítására.
  • Kettős szerepkörű adatok (DRD): A csatlakoztatott eszköz adatokat fogadhat és küldhet is.

Kommunikáció kezdete: A hálózati adapter és a csatlakoztatott eszköz közötti kommunikáció a kommunikációs érintkezőn keresztül kezdődik. A kommunikáció áttekintése a következő

  • A hálózati adapter adatokat küld az általa szolgáltatható különböző feszültségekről/áramokról
  • A csatlakoztatott eszköz igénye alapján választ ki egy adott energia üzemmódot.

Erőátvitel: A hálózati adapter egy adott feszültséget továbbít a tápvezetéken a kiválasztott tápellátási mód alapján.

Jelenlegi szabályozás: A csatlakoztatott eszköz az akkumulátor töltési állapota alapján szabályozza az áramerősséget.

Most, hogy tudjuk, hogyan működik az USB tápellátás, megtekinthetjük az USB tápellátással továbbítható különböző teljesítményszinteket.

Ha megnézi az előző részekben megadott adatokat, akkor rájön, hogy az USB PD növeli az eszközre továbbított feszültség mennyiségét.

Ez a magasabb feszültség biztosítása a régebbi USB szabványokban nem volt elérhető, mivel a portot adatátvitelre tervezték. Ez a feszültségszint-emelkedés lehetővé tette az eszközök gyorsabb töltését.

Olvasni:  Facebook mérőszámok, amelyeket tudnia kell

Ennek ellenére a különböző eszközök eltérő teljesítményszintet igényelnek, és emiatt az energiaellátási protokoll lehetővé teszi az eszköz számára, hogy kiválassza a szükséges energiamennyiséget.

Az alábbiakban az USB PD 1.0 teljesítményszintjei láthatók

Energia üzemmód Feszültség (V) Jelenlegi (A) Teljesítmény (W)
1 5 2 10
2 12 1.5 18
3 12 3 36
4 20 3 60
5 20 5 100

Az 1.0-s teljesítményleadás esetén különböző teljesítménymódok állnak rendelkezésre, de az áram- és feszültségszintek egy adott választáshoz állandóak. Emiatt nagy az energiaveszteség az akkumulátorkezelő IC-ben, mivel az akkumulátor töltöttsége alapján kell átalakítania a feszültségeket/áramot.

Energia üzemmód Feszültség (V) Jelenlegi (A) Teljesítmény (W)
1 5 0,1-3,0 10
2 9 1,67-3,0 15-27
3 15 1,8-3,0 27-45
4 20 2,25-3,0
vagy
3,0-5,0
45-100

Az USB PD 2.0 különböző teljesítményszinteket határoz meg, és lehetővé teszi a töltőeszköz számára, hogy az akkumulátor állapota alapján módosítsa a szükséges áramerősséget. Ez csökkenti az energiafogyasztást a töltés során, így a telefon hűvös marad.

Bár az USB PD 2.0 különböző áramkonfigurációkat kínál, a PD 2.0 feszültségszintje továbbra is állandó. Ennek a hibának a javítására az USB-IF új USB PD 3.0 szabvánnyal állt elő, amely támogatja a programozható tápegységet (PPS).

Ez az új szabvány lehetővé teszi, hogy a készülék 3,3 V és 21 V közötti feszültséget kérjen 20 millivoltos lépésekben. Ez lehetővé teszi az eszköz számára, hogy szabályozza az akkumulátor töltéséhez használt feszültséget és áramerősséget. Ennek a feszültség- és áramszabályozásnak köszönhetően a készülék nem melegszik fel gyorstöltés közben.

Az USB PD 3.0 szabvány a feszültségszintek precíz szabályozását kínálja, de a 100 W-os maximális teljesítmény kevesebb is lehet az igényes játék laptopok számára. A probléma megoldására megjelent az USB 3.1, amely 240 W-ig támogatta a teljesítményt.

Energia üzemmód Feszültség (V) Jelenlegi (A) Teljesítmény (W)
1 5 0,1-3,0 10
2 9 1,67-3,0 15-27
3 15 1,8-3,0 27-45
4 20 2,25-3,0
vagy
3,0-5,0
45-100
5 28 5 140
6 36 5 180
7 48 5 240

Az USB-megvalósítási fórum meg akarja változtatni az elektronika töltési módját. Az USB PD szabvány akár 240 watt teljesítményt is támogat, így bármilyen eszközt képes tölteni.

Miután több OEM-gyártó bevezette az USB PD-t, a vásárlóknak többé nem kell szabadalmaztatott adaptereket vásárolniuk eszközeik gyors töltéséhez.

A folyamat felgyorsítása érdekében a Google a következőket állítja az Android 7.0 CCD-kiadásában: „A C típusú eszközök ERŐSEN AJÁNLOTTAK, hogy ne támogassák azokat a szabadalmaztatott töltési módszereket, amelyek az alapértelmezett szint felett módosítják a Vbus feszültségét, vagy a nyelő/forrás szerepkör megváltoztatása interoperabilitást eredményezhet. problémák a szabványos USB tápellátást támogató töltőkkel vagy eszközökkel. Bár ezt „ERŐSEN AJÁNLOTT”-nak nevezik, a jövőbeli Android-verziókban előfordulhat, hogy az összes C típusú eszköztől KÖVETELMEZZÜK, hogy támogassa a szabványos C típusú töltőkkel való teljes együttműködést.

Ezt a kijelentést tekintve számos OEM-gyártó, például a One plus és a Qualcomm bevezette az USB PD-t a szabadalmaztatott töltési technológiáikkal együtt.

Az One plus például 65 W-os gyorstöltést kínál vele Warp töltővel, de lehetővé teszi a felhasználók akár 45 W-os gyorstöltését is, ha olyan töltőjük van, amely támogatja az USB tápellátást.

Tehát, ha megnézzük, az USB PD-vel az USB implementációs fórum szeretné leegyszerűsíteni a töltés módját, hogy ne kelljen attól tartanunk, hogy rengeteg töltőt viszünk magunkkal minden alkalommal, amikor kimozdulunk otthonról.

Új publikációk:

Ajánlott