USB Power Delivery：插接优势

# USB 电力传输：插上电源，尽享益处 来源：https://www.aptiv.com/en/insights/article/usb-power-delivery-plugging-into-the-benefits 20 世纪末，键盘、耳机和存储设备等外设需要各种线缆和连接器（https://www.computercandys.com/2000/01/077.html）才能连接到计算机。业界需要简化并统一这些连接器——自 1996 年问世以来，通用串行总线（USB）标准（https://www.fastcompany.com/3060705/an-oral-history-of-the-usb）逐渐成为电子设备的默认选择（https://www.bcs.org/articles-opinion-and-research/a-bcs-member-s-story-the-birth-of-usb/）。 然而，该连接器可预测、可互操作的即插即用特性及其小巧尺寸仅仅是其最显而易见的优势。USB 还成为设备供电的行业标准——随着智能手机等可充电设备不断普及且电池容量持续增长，其重要性更是与日俱增。每一代 USB 都在提升更快供电的能力——而更多改进即将到来。 USB 电力传输（PD）和 USB 扩展功率范围（EPR）作为该技术演进的下一步，将带来更快、更强大的有线连接。USB PD 和 EPR 对汽车、消费电子和商用航空等不同领域的多种媒体模块都有着深远影响。 许多制造商针对即将推出的硬件的设计规范已纳入最新标准，部分产品已进入消费市场。认证产品预计将于 2029 年前推出，为原始设备制造商（OEM）及其服务的消费者，以及制造和国防等其他市场带来更快的设备充电和数据传输。任何为电子设备制定战略的人都应了解当前进展，并特别关注充电功能。 **USB-C 的力量** 早期的充电能力有限。USB 1.1（USB-A）仅能提供 0.5W 的涓流充电。USB 2.0 将功率提升至 2.5W，但非 USB 适配器仍然能为手机更快充电。2014 年发布的 USB-C 引入了 15W 的电源供应。 USB PD 协议于 2021 年推出（https://www.usb.org/sites/default/files/2021-05/USB%2520PG%2520USB%2520PD%25203.1%2520DevUpdate%2520Announcement_FINAL.pdf），与认证的 USB-C 线缆和连接器配合使用，使设备能够协商最佳供电方案。USB PD 支持高达 100W——这是一个巨大的飞跃——它通过将电压从 5V 提升至 20V 并保持 USB-C 线缆上的电流不变来实现。USB PD 还支持双向充电。 USB EPR 在 USB PD 的基础上进一步发展，支持通过单个 USB-C 端口为更高功率的设备充电——包括部分笔记本电脑、显示器和其他外设。借助 USB PD 和 EPR，固定电压可实现 140W、180W 和 240W 的功率等级。可调电压供电模式允许被供电设备请求中间电压，从 9V 开始，最高可升至 48V。 优化连接以提供最大功率和功能是一个电子协商过程，涉及从设备的环境温度到维持正确电压的调整等方方面面。但最终，被充电设备请求功率，而充电设备只能提供不超过请求量的功率。 任何充电技术的进步都具有重要意义。例如，考虑一款支持通过 USB-C 进行最高 40W 有线充电的消费电子设备（当使用具有相应额定值的 USB-C PD 充电器时）。使用经过认证的充电器和线缆，该设备可在约 20 分钟内充至 50%——相较于前几代通常需要数小时的技术，这是一个明显的进步。 **功率共享** Aptiv 还利用 USB-C 提供功率共享功能，该功能可在最小化尺寸、成本、电池电流和热量的同时，最大化设备充电效率。多个设备可以同时通过 USB 获得电力，从而无需为每个设备配备专用的交流适配器。这意味着单个充电器可以根据需要为每个端口分配功率。USB PD 拥有“功率规则”来规定合规电源的行为。 这正是 USB PD 实施的细微之处所在。随着规格提升至 240W，汽车供应商和制造商必须找到最高效的电力传输方式。功率共享确保每个连接端口都能获得最大功率输出。 Aptiv 是最早生产符合标准产品的公司之一，该产品是与一家 OEM 合作开发的。通过使用双端口模块，系统能够识别出，例如，车内一部智能手机的电池电量为 5%，而另一部为 75%。编程模块会为前者提供 100W，为后者提供 25W。除了让驾驶者和乘客更加满意之外，将功率共享与智能负载管理结合使用，意味着 OEM 无需支持额外的 240W 端口。它可以重复利用物料清单中的电子元件并降低成本——同时增加了拥有更多端口的便利性。 机遇更多，复杂性也随之增加。USB Type-A 引脚排列有四个引脚——一个用于电源，一个用于接地，两个用于数据。相比之下，USB-C 有 24 个引脚排列，这增加了灵活性以及传统四引脚 USB-A 连接器所不具备的其他功能。 **标准制定者** 尽管最新的 USB 标准于 2021 年制定，但充分利用其功能的设备目前才刚通过认证流程。例如，电池充电 1.2 测试程序（https://compliance.usb.org/index.asp?UpdateFile=Battery%20Charging&Format=Standard#168）的时间戳为 2025 年 9 月。 首批汽车级的 USB PD 和 EPR 部署已投入生产并通过认证。面对如此复杂的系统，这些要求必须与其他安全和安保标准相契合。其他计划实施新 USB 功能的行业也是如此，无论是飞机驾驶舱、高功耗医疗设备，还是工业 NFC/RFID 传感器（https://www.aptiv.com/en/insights/article/proximity-networking-essential-wireless-standards）。 非营利组织 USB 实施者论坛（http://www.usb.org/）（USB-IF）促进标准的制定，并拥有标志和合规计划。相关的 USB 推广者小组则制定规范附录，以扩展或调整技术的规范或用例。简而言之，推广者小组制定规则，而 USB-IF 确保业界遵守这些规则。 合规流程涉及针对任何给定设备进行数十项甚至数百项测试。如果一个组织希望让某个设备（例如一个双端口设备）获得 USB-IF 合规认证（从而获得在其包装上使用 USB-IF 标志的许可），则必须根据特定标准，在不同频率和功率负载下对该设备进行严格测试，以验证其是一款高效且安全的产品。例如，设备的功率传输可能被要求在四分之一秒内完成转换。 鉴于 USB-C 连接器的成功，标准机构正在考虑可能淘汰另一种线缆。例如，为手机充电的同一个端口可以通过高速数据通道传输音视频数据，将笔记本电脑屏幕镜像到电视或显示屏上。这就是 DisplayPort 备用模式的预期作用：使某些 USB-C 端口能够通过单根线缆，使用 DisplayPort 协议将视频信号发送到外部显示器。 Aptiv 自 2012 年以来一直活跃于标准委员会，部分原因是汽车行业有着严格的要求。这种核心成员身份——以及对探索可能性的热情——使我们在理解新的 USB 标准、设想其所能实现的功能以及率先将这些创新推向市场方面具有优势。