2. USB Charging and Power Delivery
USB 充电和供电
USB最初设计为仅具有有限供电能力的数据接口，通用串行总线 (USB) 已成为为移动设备供电和充电的主要方法。在本文中，我们将介绍当前 USB 充电器的功能。
1. USB 充电术语
主机- USB 系统有一个控制设备之间通信的主机。在 USB 2.0 和更早的规范下，角色是固定的。USB On-the-Go (OTG)、USB 3.0 和未来版本允许节点将角色从主机更改为设备。主机角色有时被称为“源”，指的是它的权力角色。
设备- 连接到 USB 主机的外围设备，例如拇指驱动器、键盘和外部硬盘驱动器。设备也可以通过其电源角色“接收器”来引用。
集线器- 有时称为端口扩展器，集线器将单个 USB 端口扩展为多个端口。集线器有一个连接到主机的上游端口，以及连接设备的多个下游端口。
在 USB-C 规范中，主机称为下行端口 (DFP)，而设备称为上行端口 (UFP)。这些数据角色决定了数据流的方向。
2. 在启用 USB 的主机和设备之间分配电源的方法有四种。
2.1 默认功率
USB 2.0 规范允许主机以 500 mA 提供 5V，总功率输出为 2.5 瓦。USB 3.0 和 3.1 在 900 mA (4.5W) 时允许 5V。经认证的主机和设备必须将其功率传输和消耗限制在这些“默认”功率水平。
| 规格 | 最大限度。电压 | 最大限度。当前的 | 最大限度。力量 |
|---|---|---|---|
| USB 2.0 | 5V | 500毫安 | 2.5W |
| USB 3.0 / USB3.1 | 5V | 900毫安 | 4.5W |
| USB 电池充电 (BC) 1.2 | 5V | 1.5A | 7.5W |
| USB-C 电流模式（非 PD） | 5V | 3A | 15W |
| USB-C / 供电 (PD) | 20V | 5A | 100W |
2.2 USB 电池充电规范
USB 电池充电规范允许设备消耗超过默认功率限制的电流。该规范的第一个版本（BC 1.0）于 2007 年发布，随后是 2009 年的 1.1 版，以及 2010 年的当前版本 BC 1.2。
BC 1.2 引入了三种类型的下行端口：
- 标准下行端口 (SDP) - 功率限制为适用 USB 规范（USB 2.0 或 USB 3.x）的默认功率
- 专用充电端口 (DCP) - 仅提供高达 1.5A 的功率（无数据）
- 充电下行端口 (CDP) - 能够提供高达 1.5A 的数据和功率。
2.3 USB-C电流模式
没有 Power Delivery 的 USB-C 端口能够以 3A 提供 5V 电压，总功率为 15 瓦。这足以在大约 30 分钟内为智能手机充电，在 2.5 小时内为平板电脑充电。
2.4 供电协议
USB Power Delivery (USB-PD) 是指允许“电力供应商”、电缆和“电力消费者”就电流和电压水平达成一致的协议。因为权力可以双向流动，所以提供者和消费者的角色可以随时改变。这种智能充电协议使设备能够通过 USB 电缆协商电压、电流和电源和数据流的方向。协商受电源规则的约束，并提供一系列电压和电流配置。例如，需要 18W 的电话可能会从电源协商 9V 和 3A。USB-PD 用于 Apple® iPhone®、iPad®、MacBook Pro®、Google Pixel™ 和其他智能手机和便携式设备。
3. 所有 USB-C 数据线都支持 PD 吗？
是的。所有 USB-C 到 USB-C 电缆都应该具有支持 PD 通信所需的配置通道 (CC)，但不一定支持 USB-PD 指定的全部电压/电流级别。无源 USB-C 电缆上的电流限制为 3A，因此它可以支持的最大电流为 3A x 20V = 60W。无源电缆的长度也限制为 4 米（13 英尺）。支持大于 3A 供电的电缆带有电子标记，额定功率高达 100W (5A x 20V)。
4. 所有 USB-C 端口都具有相同的功能吗？
不可以。尽管所有 USB-C 端口看起来都一样，但它们支持的功能可能会有很大差异。例如，壁式充电器上的 USB-C 端口只能为设备充电。笔记本电脑上的端口可能在它们提供的功率级别和数据传输速度方面有所不同。一些笔记本电脑 USB-C 端口仅支持数据、仅电源或两者的组合，因此在购买外围设备之前请检查您的机器规格。
5. 什么是快速角色交换？
USB Power Delivery 2.0 规范包括快速角色交换 (FRS)，该功能可确保连接的设备在电源中断时能够继续运行。顾名思义，快速角色交换允许电力提供者（源）快速自动地成为电力消费者（汇）。例如，假设集线器作为电源正在为笔记本电脑和外部硬盘驱动器 (HDD) 供电，但意外断开了交流电源插座的连接。集线器向其他设备发出信号，表明它需要交换角色并成为接收器。笔记本电脑检测到来自集线器的快速交换信号，将其角色从 Sink 切换到 Source，并开始从其电池向集线器和（间接）HHD 供电。
6. 其他快速充电标准
为了使设备充电更快，大多数制造商会使用一种快速充电标准（例如 USB-PD、Qualcomm Quick Charge™）或三星® Adaptive Fast 等专有快速充电协议来增加电流（安培）或电压充电或 Motorola™ 快速充电。
高通快速充电™ (QC)
支持 Qualcomm Quick Charge 标准的充电器可以为一系列设备快速充电。当前版本 Quick Charge 5 可与 USB-A、USB-C 和 Micro USB 电缆配合使用，但需要 USB-C 电缆才能进行更高功率的 100W 充电。QC5 能够在 2 小时内为 USB-C 笔记本电脑充电。
在许多方面，QC 标准与 USB-PD 相似，特别是在其使用电源协商协议和可变电压选择方面。但是，虽然快速充电仅限于使用高通片上系统 (SoC) 的手机和平板电脑，但 USB-PD 更像是被包括笔记本电脑在内的广泛市场采用的行业标准。
8. USB 充电的下一步是什么？
随着越来越多的设备集成 USB Type-C® 端口进行数据传输，预计制造商也会利用其电源和 Alt 模式功能。例如，Apple 的 MacBook Air® 随附 30W USB-C 电源适配器。Google 的 Pixelbook 两侧都有一个 USB-C 端口，因此您可以同时充电并连接到外接显示器。
目前，USB 在规格、数据传输速率、功率和视频分辨率方面仍然令人困惑。但随着 USB-C、PD 3.0 和 USB4 于 2021 年初在新一批笔记本电脑和外围设备中融合，单一端口的世界可能指日可待。
