L’USB-IF a récemment publié quelques nouvelles spécifications – R2.1 pour Type-C et R3.1 pour USB-PD. La mise à jour principale est l’aspect «  plage de puissance étendue  » qui permet de fournir jusqu’à 240 W sur des configurations de type C prenant en charge le profil USB-PD pertinent.

La première spécification USB Power Delivery (USB-PD) a été publiée en 2012 et a été régulièrement mise à jour au fil des ans. Initialement, l’objectif était de permettre des taux de charge plus rapides pour les smartphones et autres appareils similaires (qui utilisaient des schémas de charge propriétaires ou les spécifications de charge de la batterie USB-BC). Après la publication des spécifications Type-C en 2014, l’USB-PD est redevenu un sujet brûlant. En plus de la charge, l’attrait d’un port unique pour les E / S de données et d’alimentation – en particulier du point de vue des ordinateurs portables compacts et minces – a amené la nécessité de stabiliser la quantité d’énergie transférée entre une source et un puits. Avant la sortie de l’USB-PD R3.1, des certifications de l’USB-IF étaient en place pour les équipements capables de s’approvisionner / absorber jusqu’à 100 W (légèrement moins dans des circonstances pratiques). Les spécifications nouvellement publiées font référence aux modes de la R3.0 en tant que «plage de puissance standard» (SPR).

USB-PD R3.1 prend en charge trois modèles de charge:

  • Tension fixe
  • Alimentation électrique programmable (PPS), et
  • Alimentation en tension réglable (AVS).

Dans le schéma de tension fixe, le mode de plage de puissance standard (SPR) prend en charge 3A et 5A à 5V, 9V, 15V et 20V. La configuration 3A prend en charge entre 15 et 60 W. Le schéma 5A nécessite un type de câble spécifique et peut fournir jusqu’à 100W. Le nouveau mode EPR (Extended Power Range) prend en charge toutes les combinaisons de tension et de courant du SPR, et comprend également une alimentation de 5 A à 28 V, 36 V et 48 V, permettant une prise en charge jusqu’à 240 W.

Dans le schéma d’alimentation programmable (PPS) disponible en mode SPR, les courants sont limités par la source et les capacités annoncées du câble. Alors que les plages de tension programmées suivent celles du schéma de tension fixe, la tension réelle peut varier entre 3,3 V et 5,9 V (pour le réglage 5 V), 11 V (pour le réglage 9 V), 16 V (pour le réglage 15 V) et 21 V (pour le réglage 20V) par incréments de 20mV.

En mode EPR, le modèle AVS permet d’ajuster la tension entre 15 V et 28 V, 36 V ou 48 V par incréments de 100 mV en fonction du contrat EPR négocié. La source et le récepteur doivent entrer dans ce mode EPR spécifique et le câble entre eux doit également prendre en charge l’EPR pour que ces nouvelles tensions soient activées.

Les spécifications EPR gardent la sécurité à l’esprit en permettant aux sources de revenir à 5 V avec une réinitialisation matérielle en cas de puits en aval qui ne répondent pas. Le puits doit également maintenir une communication périodique avec des messages de «maintien en vie» avec la source dans ce mode.

Les câbles prenant en charge EPR nécessitent un marquage électronique obligatoire indiquant la compatibilité EPR en utilisant le jeu de bits «EPR Mode Capable». Les câbles de plage de puissance standard (SPR) ne prennent en charge que jusqu’à 100 W. Les prises et les câbles prenant en charge l’EPR nécessitent des considérations mécaniques supplémentaires pour éviter tout court-circuit / arc pendant le processus de connexion. Dans ce sens, les spécifications mécaniques des câbles ainsi que des prises sont mises à jour. L’arc est possible pendant les opérations de débranchement, et ceci est atténué par les différences de longueur entre les broches CC et VBUS (permettant la détection des événements de déconnexion suffisamment tôt pour que la source réduise le courant avant la déconnexion complète). Un condensateur d’amortissement à chaque extrémité du câble est recommandé pour aider avec cette fonction.

L’EPR permet une alimentation jusqu’à 5A à 48V, mais les câbles eux-mêmes doivent supporter jusqu’à 53,65V et les condensateurs utilisés doivent être évalués pour 63V. Le marquage électronique sur les câbles est censé spécifier 50V / 5A avec des icônes d’identification EPR visibles pour les utilisateurs finaux.

Les clés USB absorbant plus de 3 A ou prenant en charge les opérations USB4 sont désormais mandatées pour répondre aux requêtes «d’identité de câble» de l’hôte. Des contraintes supplémentaires / ajustements paramétriques ont été effectués pour que les câbles soient adaptés aux opérations USB4. Les exigences de certification pour les câbles actifs USB4 ont également été mises à jour. Ils sont désormais tenus de prendre pleinement en charge les capacités Thunderbolt 3 (y compris les modes alternatifs). Étant donné que ces exigences de certification sont nouvelles et ne spécifient pas de mises à jour pour les câbles passifs, il est possible que les câbles passifs USB4 qui prennent en charge toutes les capacités lorsqu’ils sont utilisés avec des hôtes USB4 modernes ne fonctionnent pas à pleine vitesse avec les plates-formes Thunderbolt 3 héritées.

L’USB-PD a permis l’utilisation d’un seul port de type C pour les données et les E / S d’alimentation. Dans son avatar précédent, cela fonctionnait bien pour les appareils mobiles tels que les smartphones et les tablettes – leur permettant même de doubler en tant que banques d’alimentation. En parallèle, les progrès des semi-conducteurs en nitrure de gallium (GaN) ont permis la création d’équipements électroniques de puissance très efficaces et compacts.

Un chargeur GaN compact de 100 W

Combinées avec les nouvelles spécifications USB-PD permettant jusqu’à 240 W de puissance, nous verrons bientôt des chargeurs / adaptateurs USB-C capables d’alimenter des PC de bureau (tels que les Intel NUC – même les modèles axés sur les jeux) et All-in -Ones. Actuellement, ces systèmes utilisent encore des verrues murales avec des prises de courant continu pour alimenter les composants internes. Avec des solutions en vue pour cet inconvénient, des systèmes aussi puissants ne manqueront pas de voir de nouvelles applications.