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    近日,USB PD3.0快充標準迎來最新升級,新的USB PD3.1快充標準將支持最高48V的電壓輸出,充電功率同步提升至240W。充電頭網通過咨詢業界專家,獲得了關于USB PD3.1的一手資訊。

    USB PD3.1正式發布

    5月25日,USB-IF協會推出了USB Type-C線纜和接口標準v2.1版本,其中更新了有關供電能力的章節。USB PD3.1規范將原來的USB PD3.0內容歸到標準功率范圍(Standard Power Range,簡稱SPR)里面,最大功率保持100W不變;同時增加了擴展功率范圍(Extended Power Range,簡稱EPR),最大功率由100W擴展到240W。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    根據USB-IF協會公布的資料顯示,在擴展功率范圍EPR中,新增了28V、36V和48V三種固定電壓檔和三種可調電壓檔(Adjustable Voltage Supply,簡稱AVS)。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    其中最大電流等級維持最大5A不變;100-140W功率是28V AVS,電壓范圍是15V-28V;大于140W到180W功率是36V AVS,電壓范圍是15V-36V;大于180W到240W是48V AVS,電壓范圍是15V-48V。

    在USB PD3.1標準下,USB Type-C線纜分20V等級的普通線纜和50V等級的EPR線纜兩種規格。超過100W的功率輸出,不僅需要使用EPR(擴展功率)的5A線纜,而且還必須在Source,Sink和Cable之間通過EPR特定信息握手才能由SPR進入到EPR;如果線纜是固定在充電器上的Captive cable,則只需要Source和Sink之間握手即可。

    由于電壓等級大幅度調高,所以安全問題非常重要,EPR對連接器和線纜等的安規提出更高的要求。需要重點關注IEC 62368關于限功率電源(Limited Power Supply,簡稱LPS)的規定。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    值得注意的是,本次USB PD3.1規范的制訂中,華為、小米、立訊精密、慧能泰等多家國內公司都積極參與其中,為新標準做出了重要貢獻,被寫入標準起草企業目錄。

    USB-IF全稱為USB Implementers Forum,成立于1995年,總部位于美國,由Apple蘋果、HP惠普、Intel英特爾、Microsoft微軟、Renesas瑞薩、ST意法半導體、TI德州儀器等公司共同開創。2020年12月,充電頭網從USB-IF協會獲取了一份最新的會員名單,會員總數累計已經突破12000家。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    USB-IF是一個致力于發展Universal Serial Bus技術并推廣其應用的非營利性組織,USB通過提供標準并統一化的傳輸接口規格,讓計算機與外圍配備間的連接傳輸變得輕松容易,省去使用外接卡或交換器的不便。一般應用USB規格的信息產品包羅萬象,諸如計算機、相機、打印機、鍵盤、鼠標、屏幕、網絡裝置、手機及各種新式消費電子產品。

    USB充電標準發展歷程

    充電頭網這里整理一份USB充電標準的發展歷程,方便大家了解各個階段的變化。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    2010年,USB-IF協會下屬的BC(Battery Charging)小組制定BC1.2(Battery Charging V1.2)協議,主要用于規范電池充電的需求,該協議最早基于USB2.0協議來實現。后來的QC、AFC、SCP、FCP等幾乎所有的私有快充標準(蘋果除外)都是從BC1.2延申而來。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    2012年7月,USB-IF發布了基于當時普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0標準,描繪了通過USB 3.0 和USB 2.0 接口最高可達100W供電能力的美好想象,但其使用24MHz頻率,耦合到電源線載波,由于信號完整性及雙向功率傳輸問題,很快被USB PD2.0所替代。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    2014年8月,USB-IF協會發布了具有革命性意義的Type-C 1.0接口標準和USB PD2.0 標準,通過USB-C連接器和在線纜中增加CC通信線,實現了功率雙向傳輸和最大100W供電的設想,解決了USB PD1.0實行中遇到的難點。

    2015年底,USB-IF協會推出了USB PD3.0標準,并在2017年2月發布了USB PD3.0標準的重要更新,在USB PD3.0標準的基礎上增加了可編程電源PPS。PPS是安卓陣營占有率非常高的快充形式,通過20mv的精細調節,配合手機內置電荷泵,可實現100W大功率快充。

    數十家快充芯片原廠獲益

    據充電頭網不完全統計,目前已有賽普拉斯、慧能泰、天德鈺、英集芯、智融、南芯、瑞芯微、芯海、美思半導體、云矽半導體、偉詮等35家芯片原廠推出了126款可用于USB PD快充充電器的DFP協議芯片,充分滿足電源工廠現有的產品開發需求。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    USB PD3.1規范的推出,將會帶領USB PD快充芯片進入一個更大的市場,不僅局限于手機充電、筆記本電腦充電的應用。

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    除了供電芯片,USB PD快充市場的擴張,還將帶動市場對雙向充電協議芯片的需求,比如電動工具,服務器電源、通信電源等新興的應用場景,產品升級都需要雙向充電芯片。

    行業意義

    據了解,本次規范新增的28V、36V、48V電壓,分別對應的是6節電池、8節電池和10節電池的應用。使得USB PD快充標準拓展了眾多全新的應用領域,包括電腦、服務器、電機驅動和通信電源等。

    由于端子和線纜的限制,USB-C傳輸電流限制為5A,USB PD3.0的電壓為20V,100W的功率,限制了大功率使用場景。USB PD3.1通過擴展電壓至48V,電流5A不變,使得承載的功率提高到240W。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    對于電腦應用而言,目前的USB PD3.0標準的最大100W功率僅夠維持部分輕薄型筆記本電腦的供電需求,更大功率的游戲本還是需要繼續使用傳統的大型DC適配器。

    USB PD3.1標準可提供最大240W的充電功率,這幾乎覆蓋了所有高性能獨顯游戲本、移動工作站以及部分臺式機供電,同時還將進一步提升USB PD快充標準在消費類電源領域的普及率,用先進的USB PD3.1適配器取代傳統笨重的電源適配器。

    快充技術重大更新,USB PD3.1發布,支持48V和240W輸出

    USB PD3.1規范覆蓋了24V母線電機驅動的電源供應,比如電動工具市場。目前內置電池的電動工具普及度越來越高,僅2020年電動工具的出貨量達到了4.9億臺,而大部分電動工具都是采用多串的鋰電池組供電,USB PD3.1標準的發布將推動電動工具從傳統線性充電向USB PD快充的迭代,并可簡化充電電路設計,降低總體成本并改善快充體驗。

    除此之外,USB PD3.1標準還可應用于安防領域POE供電、兩輪電動車、IOT物聯網設備等領域,優化設備成本。

    充電頭網總結

    USB PD3.1是非常有野心的標準升級,把USB PD的應用由傳統的手機和筆記本電腦供電,擴充到便攜式設備、物聯網設備、智能家居、通信和安防設備、汽車和醫療等領域,讓USB PD將成為真正大一統的供電標準,對地球環保、減少電子垃圾,萬物互聯起到重要的推動作用。

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