USB PD 3.1 и зарядка 240 Вт: что это такое, что для этого нужно и какие продукты на самом деле этого требуют

На протяжении большей части истории USB Power Delivery 100 Вт были потолком. При напряжении 20 В / 5 А USB PD 3.0 может заряжать ультрабуки, планшеты и большинство смартфонов на полной скорости, но игровые ноутбуки, мобильные рабочие станции и высокопроизводительные устройства, которым раньше требовались фирменные блоки питания мощностью 130–200 Вт, остались за пределами его возможностей.

USB PD 3.1, опубликованный Форумом разработчиков USB в мае 2021 года, изменил ситуацию. ПредставляяРасширенный диапазон мощности (EPR), он поднял потолок зарядки до 240 Вт — этого достаточно, чтобы заменить практически каждый потребительский и профессиональный адаптер питания для ноутбука одним стандартом USB-C.

Но зарядка USB-C мощностью 240 Вт — это не просто «USB PD 3.0 с большим номером». Он вводит новые уровни напряжения, новые требования к кабелям, новые соображения безопасности и новые последствия сертификации. Это руководство объясняет все из них.

---

Что на самом деле меняет USB PD 3.1

USB PD 3.0 поддерживает подачу питания в пяти фиксированных профилях напряжения плюс переменный диапазон PPS — все в пределах потолка 20 В / 5 А (максимум 100 Вт).

USB PD 3.1 сохраняет полную обратную совместимость с USB PD 3.0 и добавляетРасширенный диапазон мощности (EPR)уровень с тремя новыми фиксированными профилями напряжения:

Источник регулируемого напряжения EPR (AVS) — это эквивалент PPS PD 3.1 — бесступенчатого диапазона напряжения в пределах уровня EPR, обеспечивающего адаптивную зарядку мощностью выше 100 Вт.

Обратная совместимость:Зарядное устройство USB PD 3.1 работает в режиме SPR (стандартный USB PD 3.0) при подключении к устройству USB PD 3.0. Режим EPR активируется только тогда, когда зарядное устройство и устройство явно согласовывают возможность EPR. Ноутбук, который поддерживает только USB PD 3.0, подключенный к зарядному устройству EPR мощностью 240 Вт, будет получать мощность USB PD 3.0 на номинальном максимуме — возможность более высокого напряжения просто не используется.

---

Переговоры по EPR: как безопасно установить мощность 240 Вт

EPR вводит новый этап переговоров под названиемВход в режим ЭПРэто должно произойти до того, как будет подано какое-либо напряжение EPR. Это дополнительное подтверждение существует именно потому, что более высокие напряжения (28–48 В) несут больший риск поражения электрическим током и дугой, если они применяются к несовместимому устройству или кабелю.

Последовательность ввода ЭПР:

1. Зарядное устройство и устройство поддерживают стандартное согласование USB PD (режим SPR, до 100 Вт)
2. Зарядное устройство объявляет о возможности EPR в сообщении о возможностях источника.
3. Устройство отправляет запрос на ввод режима EPR, если оно поддерживает EPR.
4. Зарядное устройство подтверждает вход в режим EPR
5. Зарядное устройство рекламирует EPR PDO (профили 28 В, 36 В, 48 В)
6. Устройство выбирает соответствующий профиль EPR и зарядка продолжается.

Если какая-либо из сторон не поддерживает EPR или если кабель не имеет рейтинга EPR, вход в режим EPR невозможен, и зарядка продолжается в режиме SPR с мощностью до 100 Вт. Никаких повреждений, никаких ошибок — просто никакой выгоды от EPR.

Этот протокол поэтапного входа означает, что устройство, не поддерживающее EPR, подключенное к зарядному устройству EPR, всегда получает безопасное питание в режиме SPR. Напряжения EPR никогда не применяются без явного взаимного подтверждения.

---

Требования к кабелю: наиболее распространенная ошибка

Именно здесь чаще всего происходит сбой при развертывании USB PD 3.1.

USB PD 3.0 обеспечивает мощность до 100 Вт по кабелю USB-C, рассчитанному на ток 5 А (кабель с маркировкой E и встроенным идентификационным чипом). Стандартные кабели USB-C с номиналом 3А поддерживают USB PD мощностью до 60 Вт (20 В / 3 А).

Для USB PD 3.1 EPR требуется совершенно другой кабель.

Кабели EPR должны:

• Быть оцененным заток 5А(обязательно для всех уровней мощности EPR)
• Выдерживать напряжение до48В(стандартные кабели USB-C рассчитаны на напряжение 20 В)
• Носите с собойЧип E-Mark с поддержкой EPRкоторый конкретно идентифицирует кабель как EPR
• Зарядное устройство считывает чип E-Mark перед включением режима EPR — если чип отсутствует или определяет кабель как только SPR, режим EPR блокируется.

Практические последствия:

• Существующий кабель USB-C мощностью 100 Вт (даже кабель с маркировкой E на ток 5 А) подойдетнетвключите EPR, если его чип E-Mark не имеет рейтинга EPR
• Кабель, который выглядит идентично кабелю EPR, но не имеет правильной электронной маркировки, автоматически ограничивает зарядку до 100 Вт.
• Для комплектов продуктов, включающих зарядное устройство мощностью 140 Вт+, кабель в комплекте должен иметь класс EPR — в противном случае зарядное устройство не сможет обеспечить номинальную мощность.

При покупке зарядных устройств EPR для OEM-производителей всегда запрашивайте спецификацию чипа E-Mark входящего в комплект кабеля и явно подтверждайте рейтинг EPR. Не предполагайте, что кабель 5 А поддерживает EPR без проверки.

---

Каким устройствам на самом деле нужен USB PD 3.1

Не каждое устройство получает пользу от EPR. Вопрос в том, действительно ли требуемая мощность устройства превышает 100 Вт.

Устройства, использующие USB PD 3.1 EPR:

Честная оценка:Для большинства устройств на потребительском рынке — iPhone, телефонов Android, планшетов и ноутбуков мощностью менее 90 Вт — USB PD 3.0 мощностью 100 Вт вполне достаточно. USB PD 3.1 EPR является обязательным требованием только для высокопроизводительных игровых ноутбуков, мобильных рабочих станций и будущих устройств с высоким энергопотреблением.

Для OEM-покупателей это означает:не завышайте EPR. Зарядное устройство USB PD 3.0 мощностью 65 Вт, входящее в комплект поставки ультрабука, — это идеальный продукт. Зарядное устройство EPR мощностью 240 Вт, поставляемое в комплекте со смартфоном, увеличивает стоимость и размер, не принося никакой пользы пользователю.

---

USB PD 3.0 и USB PD 3.1: сравнение характеристик

---

Соображения по температуре и безопасности при мощности 240 Вт

Работа при напряжении 48 В предъявляет требования техники безопасности, которые не применяются при максимальном напряжении 20 В USB PD 3.0.

Риск вспышки дуги:При напряжении 48 В электрические дуги могут поддерживаться легче, чем при напряжении 20 В или ниже. Конструкция кабеля и разъема из EPR должна минимизировать риск возникновения дуги при горячей замене. Это рассматривается в спецификации USB PD 3.1 через протокол входа в режим EPR (устройства согласовывают перед подачей напряжения EPR) и через требования к последовательности контактов разъема.

Тепловая конструкция:Зарядное устройство мощностью 240 Вт с эффективностью 92 % генерирует около 21 Вт отходящего тепла — эквивалент небольшой лампочки, постоянно находящейся внутри корпуса зарядного устройства. Эффективное управление температурным режимом (радиоотвод, конструкция воздушного потока или эффективность платформы GaN III) имеет важное значение для устойчивой работы на мощности 240 Вт.

Требования к платформе GaN:Силовые каскады на основе кремния непрактичны при мощности 240 Вт для потребительских форм-факторов. Во всех коммерческих зарядных устройствах USB-C мощностью 140 Вт+ используются транзисторы GaN. GaN III (GaN третьего поколения) мощностью 240 Вт — это практический минимум для достижения термической стабильности без вентиляторного охлаждения.

Сертификация:Зарядные устройства мощностью более 100 Вт (уровень EPR) требуют сертификации безопасности на соответствие стандартам, касающимся работы при более высоком напряжении. Для маркировки CE это означает испытания по стандарту EN 62368-1 при рабочем состоянии при полном напряжении 48 В. Ожидайте более длительных циклов испытаний и более высокой стоимости сертификации для продуктов EPR по сравнению с эквивалентами SPR.

---

Рекомендации по выбору OEM-поставщиков для USB PD 3.1

Если вы покупаете зарядное устройство EPR для OEM-интеграции, эти факторы выходят за рамки стандартной оценки зарядного устройства USB PD:

1. Подтвердите подлинную способность EPR с помощью считывания PDO.Зарядное устройство EPR должно объявлять EPR PDO (профили 28 В, 36 В или 48 В) в сообщении о возможностях источника. Прежде чем приступать к производству, проверьте это с помощью анализатора протокола USB-PD — зарядное устройство, которое рекламирует только SPR PDO, является USB PD 3.0, независимо от маркетинговых заявлений.

2. Укажите и протестируйте кабель EPR отдельно.Номинальная мощность зарядного устройства достигается только при использовании кабеля с классом EPR. Если в комплект поставки входит кабель, явно укажите рейтинг EPR чипа E-Mark. Если конечный пользователь предоставляет собственный кабель, включите в него четкое сообщение о том, что стандартный кабель USB-C ограничивает зарядку до 100 Вт.

3. Термическая проверка при полной нагрузке EPR.При мощности 140–240 Вт тепловые характеристики более важны, чем при более низких мощностях. Запросите данные тепловых испытаний при полной номинальной нагрузке EPR при температуре окружающей среды 40°C в течение 2+ часов. Зарядное устройство, которое дросселирует при полной нагрузке EPR в теплой среде, не готово к производству.

4. Область сертификации для уровня EPRПодтвердите, что сертификация (CE, FCC, UL) была проверена при полном рабочем режиме EPR, а не только на уровне SPR (100 Вт). Сертификат, распространяющийся только на мощность до 100 Вт, не разрешает использование EPR на вашем рынке.

5. Проверка реальности рыночного спросаЗарядные устройства USB PD 3.1 EPR стоят на 40–80% дороже, чем эквивалентные продукты USB PD 3.0 при той же общей мощности. Прежде чем указывать EPR, убедитесь, что ваше целевое устройство действительно потребляет мощность выше 100 Вт. Зарядное устройство EPR для устройства с максимальной мощностью 90 Вт увеличивает стоимость и размер, не принося при этом никакого выигрыша в производительности для конечного пользователя.

---

Лучшее место мощностью 140 Вт

На практике наиболее коммерчески значимым уровнем мощности USB PD 3.1 для текущих продуктов является140 Вт (28 В/5 А)— не максимальная мощность 240Вт.

Почему 140 Вт на данный момент является оптимальным вариантом:

• Игровые ноутбуки с энергопотреблением 90–130 Вт являются наиболее быстрорастущим вариантом использования EPR.
• Зарядные устройства мощностью 140 Вт значительно компактнее, чем кремниевые эквиваленты мощностью 140 Вт, что создает реальную возможность дифференциации продукта.
• 28 В/5 А безопаснее и термически проще спроектировать, чем 48 В/5 А.
• Требования к кабелю E-Mark для мощности 140 Вт менее строгие, чем для кабеля мощностью 240 Вт.
• Максимальная мощность большинства современных портов зарядки USB-C для игровых ноутбуков составляет 140 Вт или меньше.

Мощность 240 Вт (48 В) в настоящее время актуальна, прежде всего, для самых производительных игровых ноутбуков (класса RTX 4090), мобильных рабочих станций и новых промышленных приложений. Для большинства OEM-покупателей, впервые оценивающих EPR, подходящей отправной точкой является мощность 140 Вт.

---

Шэньчжэньская компания LvXiangYuan Technology Co., Ltd.производит зарядные устройства USB PD 3.1 EPR мощностью 140 Вт и выше, используя силовые каскады GaN III для обеспечения термической стабильности при длительной полной нагрузке EPR. В наших продуктах EPR рекламируются подлинные PDO EPR (28 В / 36 В / 48 В), которые можно проверить с помощью анализатора протокола PD, с сертификацией CE, охватывающей все условия эксплуатации EPR.

Мы работаем с OEM-покупателями, чтобы определить, соответствует ли EPR спецификации их устройств, и можем предоставить сравнительные образцы (USB PD 3.0 100 Вт и USB PD 3.1 140 Вт) для проверки реального устройства перед началом производства.

👉Ознакомьтесь с нашим ассортиментом зарядных устройств высокой мощности на основе GaN
👉Вернуться к: Объяснение технологии быстрой зарядки
👉Свяжитесь с нами для консультации по характеристикам зарядного устройства EPR

---

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Нужен ли мне специальный кабель для зарядки USB PD 3.1 240 Вт?Да, стандартный кабель USB-C, даже высококачественный кабель с маркировкой E, рассчитанный на ток 5 А и рассчитанный на USB PD 3.0, не включит режим EPR. Для USB PD 3.1 EPR требуется кабель с чипом E-Mark с рейтингом EPR, который идентифицирует кабель как способный выдерживать напряжение до 48 В. Зарядное устройство считывает этот чип во время согласования входа в режим EPR — если кабель не имеет рейтинга EPR, EPR блокируется и зарядка продолжается при максимальной мощности USB PD 3.0 (100 Вт). Всегда проверяйте спецификацию кабеля E-Mark, а не только его текущий рейтинг.

Вопрос: Будет ли зарядное устройство USB PD 3.1 мощностью 240 Вт работать с моим ноутбуком USB PD 3.0?Да, полностью и безопасно. USB PD 3.1 обратно совместим с USB PD 3.0. Зарядное устройство EPR мощностью 240 Вт, подключенное к ноутбуку USB PD 3.0, работает в стандартном режиме SPR и обеспечивает номинальную мощность USB PD ноутбука (например, 65 Вт или 100 Вт). Напряжение EPR (28–48 В) никогда не подается без явного подтверждения входа в режим EPR со стороны устройства.

Вопрос: В чем разница между EPR и AVS в USB PD 3.1?EPR (расширенный диапазон мощности) относится к общему набору функций USB PD 3.1, который обеспечивает мощность выше 100 Вт, включая фиксированные профили напряжения 28 В, 36 В и 48 В. AVS (регулируемый источник напряжения) — это эквивалент PPS уровня EPR — бесступенчатого диапазона напряжения в диапазоне EPR (15–48 В), который обеспечивает адаптивную зарядку мощностью выше 100 Вт. AVS для EPR — это то же самое, что PPS для SPR: детальный, экономичный для батареи режим управления напряжением на более высоком уровне мощности.

Вопрос: В характеристиках моего игрового ноутбука указано «зарядка через USB-C мощностью до 140 Вт». Нужно ли мне зарядное устройство на 140 Вт или 240 Вт?Зарядное устройство USB PD 3.1 мощностью 140 Вт (28 В / 5 А, EPR) — правильная спецификация. Потолок в 240 Вт — это максимум протокола, а не требование к продукту. Подбор зарядного устройства в соответствии с номинальной максимальной мощностью вашего устройства (в данном случае 140 Вт) с запасом прочности 15–20 % означает, что подходит зарядное устройство на 140 Вт. Зарядное устройство на 180 Вт или 240 Вт также подойдет, но излишне увеличивает стоимость и размер для этого устройства.

Вопрос: USB PD 3.1 — это то же самое, что Thunderbolt 4?Нет. Thunderbolt 4 — это протокол передачи и отображения данных Intel, который использует разъем USB-C. Thunderbolt 4 поддерживает зарядку USB PD (до 100 Вт на стороне хоста), но это не то же самое, что USB PD 3.1. Порт Thunderbolt 4 не поддерживает автоматически EPR — проверьте поддержку конкретной версии USB PD устройства отдельно от его возможностей Thunderbolt.

Вопрос: Безопасно ли использовать зарядные устройства USB PD 3.1?Да, при наличии соответствующей сертификации. Протокол входа в режим EPR предотвращает подачу высокого напряжения на несовместимые устройства или кабели. Сертификация CE, FCC и UL при полном рабочем режиме EPR (тестирование при напряжении 48 В) гарантирует, что зарядное устройство соответствует всем применимым стандартам электробезопасности. Как и в случае с любым продуктом высокой мощности, убедитесь, что сертификация зарядного устройства охватывает полный уровень мощности EPR, а не только уровень SPR (100 Вт).

---

LvXiangYuan Technology — профессиональные решения в области адаптеров питания с 2009 года |www.hechobo.com