USB快速充电-USB Power Delivery（USB PD）_ZNDS问答

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如今，市面上的USB快速充电器种类繁多。不同牌子，不同型号的充电器兼容的快速快速充电规范又各有不同。因此，消费者在选购快充时，需要提前做一定的了解，找到与自个的电子设备快速充电协议规范适配的充电器。

图一：充电电源

   那USB接口是如何做到快速充电的呢？其实要做到快速充电，最直接的方法将就是提高充电接口的输入功率。在电子设备电源管理芯片损耗一定且不超过电池允许的最大输入功率的情况下，输入功率越大，充电的速度越快。我们熟知的电脑USB3.0接口默认输出为4.5W（5V，900mA），如何才能让USB接口安全通信的同时为便携设备快速充电呢，这就需要引入USB快速充电协议规范了。快速充电协议规范是指什么？快速充电协议规范是如何安全的提高USB接口供电功率的？
   下面就简单的用个例子来解释：
   我们刚刚在锻炼回到家满身大汗，我们想吹空调凉爽一下，但是温度差太大的环境下，会对我们的影响我们的身体健康，所以我们先开27度（4.5W充电）让身体放松适应。当我们身体适应了以后，我们就会将空调温度调节到20度（18W充电）。随着体液的蒸发，20度的温度就会造成身体的不适，这样容易感冒。随着时间的推移，我们会慢慢提升空调的温度，先提升到23度（10W充电），最后稳定在27度（4.5W充电）。
   USB快充协议规范像这样通过初始较低的充电功率（5V，900mA），通过协商调输出功率配置实现快速充电的目。不同的厂商，会使用不同的协议规范，现有的主流快速充电协议规范有：USB Power Delivery（USB PD），Quick Charge（QC），PumpExpress（PE），SuperCharge Protocol (SCP)等。今天，我们就从USB PD协议规范开始给大家介绍。

图二：几家代表性快充协议

PD 1.0协议规范

      PD 1.0协议规范发布时，PD 1.0协议规范还未强制必须使用特定的硬件接口（当时还没有type-c接口），当时主流的接口或是type-a、b。市场上也鲜有采用PD 1.0快充的电子设备。我们就简单的介绍一下PD 1.0规范的充电输出配置。

   PD 1.0规范使用FSK通信协议在Vbus（USB供电引脚）脚通信以调整充电功率。
   PD 1.0协议规范还规定使用不同的USB硬件接口，充电配置的最高限制。

PD 2.0协议规范

   为了PD快充协议规范在市场的推广，USB-IF在2014年推出了PD 2.0协议规范。PD 2.0相比1.0增加了更多快速充电配置档位和电压电流档位，并且规定了必须使用type-c为唯一标准接口。

   PD 2.0规范强制设备使用type-c接口作为标准充电接口，有效的推动了typc-c接口在电子设备上的使用。谷歌在Android 7.0 OEM规范中就强调使用USB接口充电、通信的设备，必须支持USB PD规范。
   除了增加更多的充电功率配置外，USB-IF还规范了通过type-c接口传输数据、视频音频信号、雷电协议等更多的功能。

PD 3.0协议规范

PD3.0在PD2.0快速充电配置档位基础上增加了PPS配置档位。PPS配置档位允许充电器产商和移动设备厂商通过编程，实现PD通信软件版本的更新。并且能对充电电压进行精细调整，最小电压调整步进为20mV。更小的电压调整步进，能够提升电源的充电效率。除了提供PPS配置档位之外，为了提高快速充电的安全性，3.0规范还增加了设备内锂电电池的详细描述与数字证书和数字签名功能。

PD 3.1

PD 2.0-3.0的最高充电功率最高只有100W，对于类似游戏笔记本、电动自行车等大功率设备，无法做到边充电边使用设备(大负载工况)。为了推动USB PD快速充电的发展，今年（2021）USB-IF发布了3.1协议规范，3.1协议规范允许最高240W的充电功率，扩展了28V，36V，48V的电压档位，还有三个可调整电压档（Adjustable Voltage Supply）,AVS电压调节小步进为0.1V。

   PD 3.1 规范，扩大了PD快速充电的应用范围，电视机机、电动自行车、游戏笔记本等电子设备，都可以用上USB PD充电。想象一下未来，一台我们只需要一台大功率的USB PD充电器，即可为绝大多数设备快速充电！不仅限于设备快充，PD快充还可为充电宝快速充电。20000mAh的充电宝采用65W的PD快充，不仅充电宝能快速充满，充电宝还能为笔记本、手机，平板电脑等设备进行快速充电。
      从PD 2.0规范开始，规范要求type-c作为充电接口，这也是PD快充的优势之一，USB type-c在通电的同时，还能进行高速数据传输。更高的供电功率还能然为让诸如移动硬盘这类的存储设备更稳定的工作，在大功率供电的加持下，移动固态硬盘可以采用更强大的主控芯片，从而实现1000Mbit/s以上的数据传输速率。在type-c的加持下，视频信号，音频信号等数据通信的传输与设备供电都能通过一条数据线完成，这也是苹果电脑改变充电接口的原因之一。
   下次，我们将为大家介绍另一种市场占有率很高的USB快速充电规范——高通公司的Quick Charge（QC）。
参考：
https://www.propertyroom.com/l/lot-of-phone-chargers-and-power-packs-10-items/11030275
https://www.usb.org/usb-charger-pd
https://en.wikipedia.org/wiki/USB#Power
https://en.wikipedia.org/wiki/USB_hardware#USB_Power_Delivery
https://www.androidpolice.com/2016/11/08/android-7-0-cdd-says-google-may-soon-require-oems-to-stop-screwing-with-usb-c-charging-standards/
https://news.softpedia.com/news/usbs-will-have-more-logos-so-people-won-t-confuse-them-anymore-490299.shtml
https://www.usb.org/document-library/usb-power-delivery
https://www.usb.org/document-library/usb-type-c-and-power-delivery-source-power-requirements-test-specification
https://www.usb.org/document-library/usb-power-delivery-firmware-update-specification

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USB快速充电--USB Power Delivery（USB PD）

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