USB Type-C, Power Delivery và Programmable Power Supply là gì ?

Source: USB Type-C, Power Delivery và Programmable Power Supply là gì ?

Thiết kế của USB (Universal Serial Bus) đã được sử dụng làm tiêu chuẩn cho các đầu nối và tín hiệu liên quan cũng như phân phối điện từ năm 1996. Trong thời gian này, nhiều thay đổi đã được thực hiện đối với các thông số kỹ thuật. các kỹ thuật để cải thiện hiệu suất của các hệ thống sử dụng các tiêu chuẩn này. Những phát triển mới nhất trong thiết kế bộ nguồn bao gồm đầu nối USB Type-C, thông số kỹ thuật cấp nguồn USB và thông số kỹ thuật bộ cấp nguồn có thể lập trình USB.

Những cải tiến này làm cho USB trở thành một lựa chọn tuyệt vời để cung cấp năng lượng, trong khi trước đây USB chủ yếu là vật mang dữ liệu và tín hiệu với khả năng cấp nguồn hạn chế. Trong bài đăng này, chúng ta sẽ thảo luận về mối quan hệ giữa USB Type-C, USB Power Delivery, và USB Programmable Power Supply, và chúng liên quan như thế nào đến nguồn điện.

• USB Loại C: Là một đầu nối USB được tiêu chuẩn hóa, các lợi ích bao gồm thiết kế nhỏ gọn, kiểu dáng đẹp và có thể đảo ngược.
• Phân phối nguồn qua USB (USB Power Delivery): là thông số kỹ thuật cho phép thỏa thuận tải và công suất với nhiều mức phân phối công suất tiêu chuẩn. USB Power Delivery tăng nguồn điện của USB lên 100 W và đặc biệt hữu ích khi cấp nguồn cho nhiều thiết bị.
• Bộ cấp nguồn có thể lập trình USB (Bộ cấp nguồn có thể lập trình USB): là một thông số kỹ thuật bổ sung cho phân phối điện qua USB mô tả cách tải và nguồn điện giao tiếp cho các mức phân phối điện tăng dần. Tính năng này có thể đặc biệt hữu ích để sạc pin.

Đầu nối USB Type-C

Thiết kế đầu nối USB Type-C (còn được gọi là USB-C) đối xứng nên có thể cắm theo cả hai cách, nghĩa là không có bên phải hoặc bên lộn ngược. Điều này cho phép cắm nhanh hơn và dễ dàng hơn so với các thiết kế đầu nối USB trước đây. Với các thiết kế đầu nối trước đây, người dùng bắt buộc phải kiểm tra trực quan đầu nối để xác định hướng chính xác hoặc trải qua quá trình thử và sai khi lắp đầu nối, tạo ra một chút bất tiện nhưng quá quen thuộc. Một tính năng khác của phích cắm USB Type-C là nó có các cạnh tròn và điều này mang lại lợi ích của tính năng tự căn chỉnh khi cắm phích cắm.

Phích cắm USB Type-C được thiết kế để cung cấp mức công suất vừa phải (dưới 100 W) và các thông số kỹ thuật đi kèm với một phích cắm nhỏ cho phép cấp nguồn cho nhiều loại sản phẩm điện tử nhỏ gọn. Một ưu điểm của việc sử dụng đầu nối USB để chuyển nguồn và tín hiệu là nó được thiết kế tinh vi với chi phí phát triển tương đối thấp. Điều này phần lớn là do tính kinh tế theo quy mô đạt được nhờ việc áp dụng rộng rãi các trình kết nối ở cấp độ toàn cầu.

Một ưu điểm khác là hệ thống đã được xác nhận bởi một số lượng lớn người dùng và nhà thiết kế sản phẩm, có nghĩa là thiết kế đã được chứng minh độ tin cậy của nó và để lại một xác suất rất nhỏ của bất kỳ vấn đề nào. Các vấn đề vận hành không xác định sẽ phát sinh. Điều quan trọng cần lưu ý là USB Type-C thường sẽ đắt hơn thế hệ đầu nối USB cũ hơn do độ phức tạp và tốc độ mà USB Type-C mang lại. Tuy nhiên, khi đầu nối USB Type-C trở nên phổ biến hơn, chi phí dự kiến ​​sẽ điều chỉnh cho phù hợp.

Ứng dụng USB Type-C không phù hợp

Một nhà thiết kế có thể chọn sử dụng đầu nối USB Type-C do kiểu dáng đẹp, kích thước nhỏ và chi phí thấp, nhưng quyết định không tuân thủ các tiêu chuẩn USB Power Delivery. Xác suất hư hỏng đối với thiết bị có thiết kế không phù hợp là thấp miễn là điện áp của nguồn điện không phù hợp là 5 V và định mức dòng tải tối đa nhỏ hơn định mức 5 A của đầu nối. Nguy cơ hư hỏng đáng kể đối với tải tồn tại nếu nguồn điện không phù hợp cung cấp điện áp đầu ra lớn hơn điện áp USB kế thừa là 5 V.

Mối quan hệ giữa USB Type-C, Power Delivery và 3.1 Gen 2

Đầu nối USB Type-C được kết hợp chặt chẽ với USB 3.1 Gen 2 và USB Power Delivery. Điều này thường tạo ra sự nhầm lẫn về mối quan hệ giữa các khái niệm Type-C, 3.1 Gen 2 và USB Power Delivery. Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các khái niệm này có liên quan và bổ sung cho nhau, nhưng chúng độc lập. Thiết bị hoặc nguồn điện có thể sử dụng đầu nối USB và không triển khai USB 3.1 Thế hệ 2 hoặc Phân phối nguồn qua USB.

Điều quan trọng cần lưu ý là các giao thức USB có thể được thực hiện với các đầu nối khác với đầu nối USB được chỉ định. Khách hàng có thể chọn sử dụng dữ liệu USB và các giao thức nguồn để tận dụng những nỗ lực phát triển và xác minh to lớn được thực hiện bởi USB, nhưng không sử dụng các đầu nối chuẩn hóa USB để tạo ra một hệ thống độc quyền.

Cung cấp điện qua USB

Một trong những mục tiêu của USB là duy trì khả năng tương tác giữa các triển khai tuân thủ các phiên bản đặc điểm kỹ thuật cũ hơn và mới hơn. Trong các phiên bản trước của tiêu chuẩn USB, điện áp được phân phối được chỉ định là 5 V. Tiêu chuẩn USB Power Delivery cho phép phân phối điện áp là 5 V, 9 V, 15 V hoặc 20 V và ở mức công suất. công suất lên đến 100 W.

Phiên bản	Công suất tối đa	Vôn	Dòng điện tối đa
USB 2.0	2,5 W	5 VÁY	500 mA
USB 3.1	4,5 W	5 VÁY	900 mA
USB BC 1.2	7,5 W	5 VÁY	1,5 A
USB Type-C 1.2	15 W	5 VÁY	3 A
USB PD	100 W	5/9/15/20 ÁO	5 A

USB Power Delivery thiết lập các giao thức hoạt động để đảm bảo rằng điện áp cao hơn có sẵn trong các phiên bản USB gần đây không làm hỏng thiết bị cũ được thiết kế cho hoạt động 5 V. Để ngăn ngừa những hư hỏng như vậy, USB Power Delivery yêu cầu thiết bị phù hợp để cung cấp ban đầu 5 V ở tối đa 900 mA cho tải. Khi đó, giao tiếp giữa tải và nguồn điện có thể thiết lập dòng tải tối đa cao hơn và điện áp hoạt động lớn hơn. Nếu không xảy ra giao tiếp sau khi kết nối tải và nguồn, cấu hình nguồn vẫn ở mức 5 V và công suất dòng tải tối đa 900 mA. Nếu giao tiếp giữa tải và nguồn điện bị mất sau khi đã được thiết lập, nguồn điện sẽ hoàn nguyên về cấu hình 5 V và 900 mA một cách an toàn.

Các mức năng lượng được chỉ định bởi USB Power Delivery

Ứng dụng cấp nguồn USB

Ưu điểm của USB Power Delivery là tạo ra một nguồn điện duy nhất có thể được sử dụng để cấp nguồn cho nhiều sản phẩm, điều này sẽ mang lại lợi ích lớn nhất khi các sản phẩm đó tinh vi và đắt tiền. Một ví dụ về ứng dụng cho USB Power Delivery là nguồn điện dùng để sạc điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng, đồng hồ thông minh. Tất cả các sản phẩm này đủ tinh vi để chấp nhận chi phí tăng thêm và sự phức tạp của việc giao tiếp với nguồn điện. Ngoài ra, người dùng có thể đang ở trong ô tô, trong phòng, trong văn phòng hoặc đi đến những nơi mà họ muốn cung cấp điện cho các thiết bị đó, nhưng việc kết hợp các tải điện khác nhau sẽ rất khó khăn. đoán xem: V.

Mặc dù tuyên bố rằng USB Power Delivery sẽ cho phép sạc pin nhanh hơn không phải là sai, nhưng chúng có thể bị hiểu nhầm. Thời gian cần thiết để sạc pin bị giới hạn bởi cấu tạo của pin và khả năng cung cấp năng lượng của bộ nguồn. Việc triển khai USB Power Delivery sẽ rút ngắn thời gian sạc pin nếu việc sạc bị giới hạn bởi khả năng cung cấp năng lượng của bộ sạc chứ không phải do cấu tạo của pin. USB Power Delivery sẽ không làm giảm thời gian sạc khi so sánh với nguồn điện đầu ra cố định khi công suất đầu ra của cả hai nguồn là như nhau.

Các sản phẩm có thể không phải là ứng cử viên sáng giá cho việc cung cấp điện qua USB là các sản phẩm ít phức tạp hơn và ít tốn kém hơn với yêu cầu điện năng tương đối thấp. Các sản phẩm rẻ tiền có thể không hấp thụ chi phí thiết kế và sản xuất do bộ cấp nguồn USB được tích hợp trong thiết bị để giao tiếp với nguồn điện. Trong hầu hết các ứng dụng mà nguồn điện được chọn để cấp nguồn cho tải, công suất nguồn cấp sẽ chỉ được chọn khi tải yêu cầu. Nếu quy định nguồn điện có công suất lớn hơn thì việc dư công suất trong nguồn sẽ dẫn đến kích thước và giá thành của nguồn lớn hơn so với yêu cầu. Khả năng cấp nguồn của bộ cấp nguồn USB phải được thiết kế để cung cấp công suất danh định tối đa của nguồn có thể định cấu hình.

Nguồn điện có thể lập trình USB

Giao thức cấp nguồn có thể lập trình USB cung cấp khả năng kiểm soát phân phối điện tốt hơn so với cả giao thức phân phối điện kế thừa và USB. Trong khi giao thức vận hành USB Power Delivery quy định cách bộ cấp nguồn USB phân phối các mức điện áp riêng biệt, thì giao thức vận hành bộ cấp nguồn có thể lập trình USB thiết lập khả năng điều khiển của điện áp đầu ra và đặc tính dòng điện của bộ cấp nguồn USB. nguồn cung cấp điện dạng hạt.

Các ứng dụng cung cấp điện có thể lập trình USB

Một ứng dụng phổ biến yêu cầu kiểm soát chi tiết điện áp và dòng điện, được cung cấp bởi bộ nguồn có thể lập trình USB, là sạc pin. Trong cấu trúc liên kết bộ sạc pin thông thường, một nguồn điện áp được cấp cho mạch điều khiển sạc pin và đầu ra của hệ thống cung cấp điện áp và dòng điện thích hợp để sạc pin. Điều này hoạt động tốt khi đặc tính dòng điện và điện áp sạc pin được tiêu chuẩn hóa và do đó mạch sạc pin có thể là một thiết kế tiêu chuẩn.

Đối với các ứng dụng yêu cầu cấu hình sạc hiện tại và điện áp tùy chỉnh cho pin, nguồn điện có thể lập trình USB có thể là giải pháp tốt hơn. Với nguồn điện có thể lập trình USB, tải giám sát trạng thái của pin và cung cấp các lệnh cho nguồn điện để pin được sạc với cấu hình điện áp và dòng điện chính xác. Cần lưu ý rằng khi định cấu hình nguồn điện lập trình USB được sử dụng để sạc pin, nhóm phát triển sẽ được yêu cầu thiết kế, triển khai và kiểm tra mạch và thuật toán sạc pin trong khi chọn mạch sạc pin tiêu chuẩn. tiêu chuẩn, nhà cung cấp pin có thể sạc lại đã hoàn thành hầu hết hoặc tất cả các nhiệm vụ đó.

Sự kết luận

Các thông số kỹ thuật của đầu nối USB Type-C và USB Power Delivery cung cấp những cải tiến đáng kể cho các tiêu chuẩn USB. Mặc dù việc triển khai tiêu chuẩn hoàn chỉnh sẽ cho phép các hệ thống được nâng cao rất nhiều, nhưng cũng có thể nhận ra những lợi ích đáng kể bằng cách chỉ triển khai các phần của tiêu chuẩn và giao thức mới. Dự kiến, đầu nối USB Type-C sẽ được sử dụng trong nhiều ứng dụng phân phối điện 5 V truyền thống với yêu cầu dòng tải từ 5 A trở xuống do đầu nối có kích thước nhỏ, thiết kế cải tiến và giá thành rẻ. .

Via: ihedieuhanh.com

from ihedieuhanh.com https://ift.tt/DfXQCbxce
via Ihedieuhanh.com