USB Power Delivery

Первоначально питание USB обслуживало периферийные устройства рядом с компьютером. Энергию получали мыши, небольшие накопители и другая техника с ограниченным потреблением. Когда USB стал применяться для зарядки мобильных устройств, питание превратилось в самостоятельную задачу. Требовалось сообщать доступные возможности источника и учитывать потребности устройства, сохраняя общий способ подключения.

Battery Charging расширил правила зарядных портов, а Power Delivery добавил протокол согласования питания. Источник больше не описывается единственным допустимым током для всех подключений. Он может предложить несколько режимов, из которых устройство запрашивает нужный. Первая спецификация PD появилась в 2012 году. С распространением USB-C обмен получил служебную линию CC (Configuration Channel, канал конфигурации) и более гибкое сочетание ролей.

PD позволяет согласовывать повышенное напряжение и большую мощность, сохраняя установленный порядок подключения. Для ноутбука или монитора это создаёт путь к общему источнику энергии через USB-C. Направление питания определяется возможностями сторон: устройство, которое принимает данные от компьютера, может питать этот компьютер. Так устроено совместимое соединение ноутбука с питающим монитором.

Фиксированные режимы стандартного диапазона питания SPR, Standard Power Range, используют напряжения 5, 9, 15 и 20 В с током в пределах допустимого для соединения. Развитие PD добавило программируемое питание PPS, Programmable Power Supply: потребитель запрашивает напряжение в поддерживаемом диапазоне, а источник регулирует его. Это отдельная возможность; наличие PD без указания PPS не доказывает её поддержку.

В 2021 году USB PD Revision 3.1 добавил расширенный диапазон питания EPR, Extended Power Range. Фиксированные уровни 28, 36 и 48 В расширили возможный предел до 240 Вт при 48 В и 5 А. EPR требует подходящего оборудования и кабеля. Более поздние редакции уточняют протокол, сохраняя различие между стандартным и расширенным диапазонами.

При обычном подключении USB-C источник и потребитель сначала обнаруживают друг друга по CC, служебному каналу конфигурации. Повышенное напряжение не выбирается по внешнему виду штекера. Источник передаёт сообщение Source_Capabilities со списком объектов питания PDO, Power Data Object. В них описаны его варианты напряжения и тока либо параметры регулируемого режима.

Потребитель оценивает предложенные варианты с учётом собственной схемы питания и отправляет Request, запрос выбранного режима. Источник проверяет запрос и отвечает Accept, если его принимает. После подготовки питания сообщение PS_RDY сообщает, что новый режим готов. При отказе или истечении времени ожидания стороны действуют по отдельным правилам восстановления соединения.

Эта договорённость, power contract, относится к текущему соединению. Кабель участвует через сведения о допустимых режимах. Для повышенного тока источник должен знать, что кабель его допускает; для EPR требуется подтверждение пригодности кабеля и обеих сторон. Электронная маркировка сообщает характеристики кабеля, а решение о питании принимают контроллеры устройств.

Управляющие сообщения идут по CC, энергия по VBUS. Поток файлов USB 2.0, USB 3.x или USB4 передаётся по другим линиям и обслуживается своим протоколом. Поэтому зарядка через PD может работать с кабелем USB 2.0 Type-C, если он соответствует нужным требованиям питания. Высокая мощность кабеля и скорость данных остаются разными характеристиками.

Для EPR предусмотрен отдельный переход в расширенный диапазон и контроль его поддержания. Уровень до 240 Вт относится к пределу совместимой конфигурации. Источник с меньшей мощностью, потребитель без EPR или неподходящий кабель оставляют доступными более низкие общие режимы. Согласованный режим зависит от всех участников, а не от самой большой цифры на одном из них.

USB PD применяется в зарядных устройствах, компьютерах, мониторах и доках с поддержкой соответствующего протокола. Для монитора Dell U2724DE заявлено питание через Thunderbolt до 90 Вт. Монитор получает энергию от сети и может передавать её совместимому ноутбуку, одновременно работая с его изображением и периферией. Указанные 90 Вт относятся к этой модели, а не ко всем мониторам USB-C.

Источник питания в доке обеспечивает несколько потребителей, и его общая мощность распределяется между задачами. Мощность, доступная ноутбуку на восходящем порту, может отличаться от характеристики внешнего блока. Поэтому в документации различаются возможности источника и выход конкретного порта. Протокол PD позволяет сообщить потребителю доступный в данном соединении режим.

В устройстве с аккумулятором питание от USB поступает во внутреннюю схему, которая обслуживает само устройство и заряд батареи. Согласованная мощность на входе и мощность зарядки аккумулятора относятся к разным участкам. Power Delivery описывает соединение источника с потребителем; алгоритм заряда и внутреннее распределение энергии задаёт производитель устройства.

В характеристиках встречаются USB PD, Power Delivery, SPR, EPR и PPS. Они описывают разные уровни сведений: протокол, диапазон питания или регулируемый режим. Надпись «PD» без уточнений не позволяет восстановить полный список напряжений и токов. Паспорт источника перечисляет выходные режимы, документация потребителя допустимые входные, а маркировка кабеля его предел.

В программе маркировки кабелей USB-IF мощность обозначается отдельно от класса данных. Кабель с пределом 240 Вт соответствует классу EPR; кабель с другим пределом следует рассматривать по его документации. Электронная маркировка требуется всем EPR-кабелям и кабелям на 5 А. Она также обязательна для полнофункциональных кабелей, даже когда они рассчитаны на меньший ток.

Выражение «быстрая зарядка» может относиться к PD, PPS или дополнительному протоколу производителя. USB PD определяет проверяемый обмен и режимы питания; общая надпись о скорости зарядки не устанавливает, какие из этих возможностей реализованы.

Совместимые источник и потребитель выбирают общий режим. Более мощный источник не заставляет устройство принимать весь свой предел: потребитель запрашивает поддерживаемое питание. Если подходящий режим доступен, соединение работает в нём. Когда нужного напряжения или мощности нет, поведение определяется допустимыми входными режимами устройства; некоторые задачи могут требовать другого источника.

Потребитель EPR поддерживает и SPR, но набор принимаемых режимов указывается отдельно. Кабель EPR позволяет работать с более низким совместимым питанием и сам не вызывает переход к повышенному напряжению. Сохранение старых режимов помогает использовать разные поколения оборудования, однако максимальный результат нового поколения требует поддержки всей цепочкой.

Смена роли питания предусмотрена протоколом для оборудования, которое её поддерживает. Например, ноутбук способен получать энергию от зарядного устройства и передавать энергию аксессуару в другом соединении. Возможность смены роли данных рассматривается отдельно. Наличие одного такого механизма не устанавливает все остальные функции порта.

USB PD не гарантирует максимальную мощность спецификации в каждом устройстве. Нужны общий режим сторон и кабель подходящего класса.

Поддержка PD не гарантирует PPS, EPR, видеовыход или высокую скорость данных. Каждая дополнительная возможность требует отдельного подтверждения.

Режим на входе устройства не равен скорости зарядки аккумулятора. Внутренняя электроника распределяет принятую энергию.

Диаграмма переговоров показывает успешную последовательность и не заменяет полное описание протокола. При отказе, переподключении или изменении возможностей источник и потребитель следуют правилам восстановления.