更強(qiáng)大的USB PD3.1快充協(xié)議

目前我們大多數(shù)Type-C接口仍然采用的是PD3.0快充協(xié)議，按當(dāng)前用戶的使用場(chǎng)景來(lái)看功率也完全夠用，那么PD3.1快充協(xié)議是什么？USB PD3.1到底有沒(méi)有必要？

不妨我們先了解一下PD3.1:

5月25日，USB-IF協(xié)會(huì)推出了USB Type-C線纜和接口標(biāo)準(zhǔn)v2.1版本，其中更新了有關(guān)供電能力的章節(jié)。USB PD3.1規(guī)范將原來(lái)的USB PD3.0內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（Standard Power Range，簡(jiǎn)稱SPR）里面，最大功率保持100W不變；同時(shí)增加了擴(kuò)展功率范圍（Extended Power Range，簡(jiǎn)稱EPR），最大功率由100W擴(kuò)展到240W。

根據(jù)USB-IF協(xié)會(huì)公布的資料顯示，在擴(kuò)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(diào)電壓檔（Adjustable Voltage Supply，簡(jiǎn)稱AVS）。

其中最大電流等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)下，USB Type-C線纜分20V等級(jí)的普通線纜和50V等級(jí)的EPR線纜兩種規(guī)格。超過(guò)100W的功率輸出，不僅需要使用EPR（擴(kuò)展功率）的5A線纜，而且還必須在Source，Sink和Cable之間通過(guò)EPR特定信息握手才能由SPR進(jìn)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(jí)大幅度調(diào)高，所以安全問(wèn)題非常重要，EPR對(duì)連接器和線纜等的安規(guī)提出更高的要求。需要重點(diǎn)關(guān)注IEC 62368關(guān)于限功率電源（Limited Power Supply，簡(jiǎn)稱LPS）的規(guī)定。

值得注意的是，本次USB PD3.1規(guī)范的制訂中，華為、小米、立訊精密、慧能泰等多家國(guó)內(nèi)公司都積極參與其中，為新標(biāo)準(zhǔn)做出了重要貢獻(xiàn)，被寫(xiě)入標(biāo)準(zhǔn)起草企業(yè)目錄。

USB-IF全稱為USB Implementers Forum，成立于1995年，總部位于美國(guó)，由Apple蘋(píng)果、HP惠普、Intel英特爾、Microsoft微軟、Renesas瑞薩、ST意法半導(dǎo)體、TI德州儀器等公司共同開(kāi)創(chuàng)。2020年12月會(huì)員總數(shù)累計(jì)已經(jīng)突破12000家。

USB-IF是一個(gè)致力于發(fā)展Universal Serial Bus技術(shù)并推廣其應(yīng)用的非營(yíng)利性組織，USB通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)并統(tǒng)一化的傳輸接口規(guī)格，讓計(jì)算機(jī)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(yīng)用USB規(guī)格的信息產(chǎn)品包羅萬(wàn)象，諸如計(jì)算機(jī)、相機(jī)、打印機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、屏幕、網(wǎng)絡(luò)裝置、手機(jī)及各種新式消費(fèi)電子產(chǎn)品。

接下來(lái)我們看看USB充電標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程：

2010年，USB-IF協(xié)會(huì)下屬的BC（Battery Charging）小組制定BC1.2（Battery Charging V1.2）協(xié)議，主要用于規(guī)范電池充電的需求，該協(xié)議最早基于USB2.0協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。后來(lái)的QC、AFC、SCP、FCP等幾乎所有的私有快充標(biāo)準(zhǔn)（蘋(píng)果除外）都是從BC1.2延申而來(lái)。

2012年7月，USB-IF發(fā)布了基于當(dāng)時(shí)普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0標(biāo)準(zhǔn)，描繪了通過(guò)USB 3.0 和USB 2.0 接口最高可達(dá)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(hào)完整性及雙向功率傳輸問(wèn)題，很快被USB PD2.0所替代。

2014年8月，USB-IF協(xié)會(huì)發(fā)布了具有革命性意義的Type-C 1.0接口標(biāo)準(zhǔn)和USB PD2.0 標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)USB-C連接器和在線纜中增加CC通信線，實(shí)現(xiàn)了功率雙向傳輸和最大100W供電的設(shè)想，解決了USB PD1.0實(shí)行中遇到的難點(diǎn)。

2015年底，USB-IF協(xié)會(huì)推出了USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)，并在2017年2月發(fā)布了USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)的重要更新，在USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了可編程電源PPS。PPS是安卓陣營(yíng)占有率非常高的快充形式，通過(guò)20mv的精細(xì)調(diào)節(jié)，配合手機(jī)內(nèi)置電荷泵，可實(shí)現(xiàn)100W大功率快充。

PD3.1的行業(yè)意義：

USB PD3.1規(guī)范的推出，將會(huì)帶領(lǐng)USB PD快充芯片進(jìn)入一個(gè)更大的市場(chǎng)，不僅局限于手機(jī)充電、筆記本電腦充電的應(yīng)用。

本次規(guī)范新增的28V、36V、48V電壓，分別對(duì)應(yīng)的是6節(jié)電池、8節(jié)電池和10節(jié)電池的應(yīng)用。使得USB PD快充標(biāo)準(zhǔn)拓展了眾多全新的應(yīng)用領(lǐng)域，包括電腦、服務(wù)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)景。USB PD3.1通過(guò)擴(kuò)展電壓至48V，電流5A不變，使得承載的功率提高到240W。

對(duì)于電腦應(yīng)用而言，目前的USB PD3.0標(biāo)準(zhǔn)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(xù)使用傳統(tǒng)的大型DC適配器。

USB PD3.1標(biāo)準(zhǔn)可提供最大240W的充電功率，這幾乎覆蓋了所有高性能獨(dú)顯游戲本、移動(dòng)工作站以及部分臺(tái)式機(jī)供電，同時(shí)還將進(jìn)一步提升USB PD快充標(biāo)準(zhǔn)在消費(fèi)類(lèi)電源領(lǐng)域的普及率，用先進(jìn)的USB PD3.1適配器取代傳統(tǒng)笨重的電源適配器。

USB PD3.1規(guī)范覆蓋了24V母線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源供應(yīng)，比如電動(dòng)工具市場(chǎng)。目前內(nèi)置電池的電動(dòng)工具普及度越來(lái)越高，僅2020年電動(dòng)工具的出貨量達(dá)到了4.9億臺(tái)，而大部分電動(dòng)工具都是采用多串的鋰電池組供電，USB PD3.1標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將推動(dòng)電動(dòng)工具從傳統(tǒng)線性充電向USB PD快充的迭代，并可簡(jiǎn)化充電電路設(shè)計(jì)，降低總體成本并改善快充體驗(yàn)。

除此之外，USB PD3.1標(biāo)準(zhǔn)還可應(yīng)用于安防領(lǐng)域POE供電、兩輪電動(dòng)車(chē)、IOT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等領(lǐng)域，優(yōu)化設(shè)備成本。

總結(jié)：

USB PD3.1當(dāng)然是有必要的，這次推出的PD3.1是非常有野心的標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，把USB PD的應(yīng)用由傳統(tǒng)的手機(jī)和筆記本電腦供電，擴(kuò)充到便攜式設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能家居、通信和安防設(shè)備、汽車(chē)和醫(yī)療等領(lǐng)域，讓USB PD將成為真正大一統(tǒng)的供電標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地球環(huán)保、減少電子垃圾，萬(wàn)物互聯(lián)起到重要的推動(dòng)作用。

審核編輯：湯梓紅