USB Power Delivery és Quick Charge technológiák: Kommunikáció, teljesítmény és kompatibilitás

Az USB alapú töltési technológiák rohamos fejlődésével együtt a különféle szabványok közötti eligazodás is egyre nagyobb figyelmet igényel.
Szerző: HESTORE Hungary Kft. / Tóth-Péter Ágoston

Ebben a cikkben bemutatásra kerül az USB Power Delivery (PD) technológia, annak főbb verziói, működési elve, valamint összevetésre kerül a Qualcomm által fejlesztett Quick Charge (QC) szabvány is. Külön hangsúlyt fektetünk arra, milyen kommunikáció zajlik a töltő és a fogyasztó között, mik a különböző feszültség- és teljesítményszintek, illetve miért került előtérbe az USB-C (Type-C) csatlakozó. Kitérünk továbbá arra is, mi történik, ha egy nem PD-képes eszközt csatlakoztatunk egy PD töltőhöz.

Mi az USB Power Delivery (PD)?

Az USB PD egy tápellátási szabvány, amelyet az USB-IF (USB Implementers Forum) dolgozott ki, hogy egységes, intelligens és nagy teljesítményű tápátvitelt biztosítson USB-n keresztül. Az USB PD lehetővé teszi, hogy egy USB-C (Type-C) kábelen keresztül akár 240 wattos teljesítmény is továbbítható legyen – szemben a hagyományos USB 2.0 maximum 2.5 wattjával.

PD szabványverziók és képességek:

Verzió	Max. feszültség	Max. áramerősség	Max. teljesítmény
1.0	5–20 V	2 A	10–20 W
2.0	5–20 V	3–5 A	15–100 W
3.0	5–20 V	3–5 A	15–100 W
3.1 (EPR)	5–48 V	5 A	15–240 W

A PD 3.1 bevezetésével megjelent az Extended Power Range (EPR), ami akár 48 V és 240 W átvitelére is képes – ez már lehetővé teszi laptopok, monitorok és akár kisebb elektromos szerszámok töltését is.

Mire képes a Quick Charge (QC)?

A Quick Charge egy Qualcomm által fejlesztett technológia, amely szintén a gyorstöltést célozza, de nem része az USB szabványcsaládnak. Több változata is létezik (QC 2.0, QC 3.0, QC 4.0, QC 5), ezek elsősorban okostelefonokhoz és egyéb Qualcomm chipkészletű eszközökhöz optimalizáltak.

QC főbb paraméterek:

Verzió	Max. feszültség	Max. áramerősség	Max. teljesítmény
QC 2.0	5–12 V	2 A	~18 W
QC 3.0	3.6–20 V (dinamikus)	2.6 A	~18 W
QC 4.0	USB PD kompatibilis		max. 27 W
QC 5.0	USB PD-alapú		max. 100 W

A QC 4.0-tól kezdve a Quick Charge kompatibilis az USB PD szabvánnyal, azaz közös nevezőre kerültek. A QC 5 pedig már szinte teljesen az USB PD 3.0 alapjaira épül.

PD és QC összehasonlítása

Szempont	USB PD	Quick Charge
Szabványosítás	Nyílt, USB-IF szabvány	Zárt, Qualcomm technológia
Csatlakozó típus	USB-C (Type-C)	USB-A / USB-C (Type-C)
Max. teljesítmény	240 W (PD 3.1)	100 W (QC 5)
Kommunikáció típusa	Digitális, USB PD protokoll	Feszültségpásztás/QC handshake
Eszköz-függőség	Platformfüggetlen	Qualcomm chipkészlethez optimalizált

A töltő és az eszköz kommunikációja

Az USB PD működésének kulcsa az, hogy a fogyasztó (Sink) és a töltő (Source) kommunikálnak egymással. Ez a kommunikáció egy Configuration Channel (CC) vezetéken keresztül történik a Type-C kábelben. A töltő felajánlja a rendelkezésre álló feszültség-szinteket (Power Data Objects – PDO-k), az eszköz pedig kiválasztja a számára megfelelőt.

A PD-támogatás nem automatikus – az eszköznek kérnie kell a kívánt teljesítményt. Az alábbiakat szükséges egyeztetni:

Mekkora feszültségre van szükség (pl. 9V, 15V, 20V)
Mekkora áramfelvétel szükséges (pl. 3 A)
A kábel típusa (E-marked vagy sem), mely befolyásolhatja a maximális áramerősséget

Fontos, hogy csak megfelelő minőségű és E-marker chip-pel ellátott USB-C (Type-C) kábelek képesek 100 W vagy annál nagyobb teljesítmény átvitelére.

Miért nem USB-A? Miért csak USB-C (Type-C)?

Az USB-A csatlakozó fizikai és logikai korlátokba ütközik:

Nincs CC vonal, így nem lehetséges a PD-specifikus kommunikáció
Nem szimmetrikus, fix tápirányt feltételez
Jellemzően max. 5V@2.4A (~12W) teljesítményre korlátozott

Ezzel szemben az USB-C (Type-C):

Szimmetrikus, megfordítható csatlakozó
Támogatja a kétirányú energia- és adatátvitelt
Beépített kommunikációs vonalai révén támogatja a PD protokollt

Mi történik, ha nem PD-képes eszközt csatlakoztatunk PD töltőre?

Ebben az esetben az USB PD töltő automatikusan visszaesik az alapértelmezett 5V-os módba, amelyet a régebbi USB eszközök is biztonságosan kezelni tudnak. Így nincs veszély túlfeszültségre – a töltés ugyan lassabb lehet, de biztonságosan megtörténik.

Pár jól bevált, ajánlott termék

Típus	Irány	Jellemzők	Ajánlás
PD65W-M	Source	65W, max. 30V	PD65W-M 100.475.65 1+: € 1.631
DC-QC3.0-USBA	Source	24W, max. 24V	DC-QC3.0-USBA 100.405.06 1+: € 3.300
QC4-SINGLE	Source	max. 60W, 32V	QC4-SINGLE 100.434.66 1+: € 6.424
55047BK	Source	Hálózati adapter, 20W	55047BK 100.472.04 1+: € 6.430
55047WH	Source	Hálózati adapter, 20W	55047WH 100.459.31 1+: € 6.430
PD-5-20	Sink	Eszközök, áramkörök táplálására	PD-5-20 100.467.80 1+: € 1.317
IP2721M-12V	Sink	Eszközök, áramkörök táplálására	IP2721M-12V 100.458.81 1+: € 1.319

Emlékeztető: Source = tápellátást ad, Sink = tápellátást vár, tápellátást fogad

Összefoglalás: Intelligens töltés az új generáció számára

Az USB PD és QC technológiák forradalmasították a hordozható eszközök töltését, különösen akkor, ha nagyobb teljesítményre vagy gyors töltésre van szükség. A PD szabvány rugalmasságával, digitális kommunikációjával és a HESTORE-ban is elérhető széles eszköztámogatásával hosszú távon biztosítja a kompatibilitást és a hatékonyságot.

Bármilyen új eszköz vagy projekt tervezésénél – legyen szó ESP32 alapú szenzorról vagy nagyobb teljesítményt igénylő laptop töltéséről – érdemes a Power Delivery-t és az USB-C (Type-C) csatlakozót választani, és a HESTORE kínálatából származó PD töltőmodulokkal, kábelekkel kiegészíteni a rendszert.