电力通路
VBUS 提供电源,GND 是返回通路。USB PD 达成协议后,可以改变 VBUS 的电压。
从零开始认识 USB PD
“USB 充电器不就是正负两根线连起来吗?”
它们不仅传输电力,还会协商“使用什么电压、最多允许多少电流”。这是理解现代 USB-C 充电的起点。
供电需要送出电力的通路与返回通路,但 USB 不仅负责供电。这里以两端都是 USB-C 的充电连接为例,把功能分为三种。[2][3]
VBUS 提供电源,GND 是返回通路。USB PD 达成协议后,可以改变 VBUS 的电压。
CC 可检测设备连接与插头方向。USB-C 的 PD 消息也通过 CC 通道交换。这里的“对话”是短小的电信号消息,并不是声音。
协商充电与传输 USB 数据是不同功能。接口外形相同,不代表充电能力与数据传输速度也相同。
看到 USB-C,不代表一定支持 PD、快充或视频输出。把接口形状与产品功能分开考虑,会更容易理解。[4]
先理解它们的区别,不用死记硬背。
推动电流的“力量”
可以粗略类比水压。5V、9V、20V 等,是协商时选择的条件。
实际流动的电荷量
准确说是每秒流过的电荷量。它会随设备的工作情况变化,并非一直达到允许上限。
当下使用能量的速度
USB 使用直流,功率为电压 V × 电流 A。9V 时实际流过 2A,就是 18W。
水压只是帮助理解的类比,并不是说电与水的行为完全相同。
9 V × 2 A
这里只演示乘法,不发送电压请求,不测量设备,也不判定设备是否支持这些条件。
以下是从 5V 成功切换到 9V 的一个例子。充电器提供可选条件,手机选择自己支持的一项,并不会未经协商就升高电压。[2]
此为说明用演示,未连接真实设备、通信或测量。省略了拒绝、重试与详细接收确认等过程。
连接检测
发现设备连接,先从 5V 开始。
这里描述 CC 连接检测,并不是说这句话会作为一条 PD 消息发送。
Attach / 5V充电器 → 手机
我可以提供 5V、9V、15V 或 20V,每种最多 3A。
充电器声明可供选择的电压与电流条件。PDO 相当于菜单中的一项。这个示例菜单最高为 60W。
Source_Capabilities手机 → 充电器
请让我使用 9V、最多 2A 的条件。
设备请求自己支持的条件。这里的 2A 是请求的电流上限,并不是要求始终流过 2A。
Request充电器 → 手机
同意,现在切换到 9V。
Accept 表示接受条件,仅凭这一条响应,还不能确认已经开始以 9V 充电。
Accept充电器 → 手机
9V 已准备好,可以使用了!
PS_RDY 是电源准备就绪通知。手机在协商范围内使用电力,实际电流与功率仍须另外测量。
PS_RDY餐厅递给你一份大菜单,并不会要求你一次吃完所有菜。充电器声明的是可提供的条件;设备实际使用多少,会随电池电量、温度、屏幕工作情况与内部充电控制等变化。[1]
不会。手机内部的电源与充电电路会调整输入电源,用于设备运行与电池充电。USB 连接处看到的电压,并不是电池自身的电压。
即使充电器与手机都支持,线缆也必须支持相应的条件。充电速度和大功率输出,并非由充电器单独决定。
能提供哪些条件?
支持这样的电压与电流吗?
能接收哪些条件,现在又需要多少?
e-marker 是一颗可报告线缆能力等信息的小芯片。并非每条线缆都有。例如,使用超过 3A 的电流或 EPR,需要支持相应条件、带电子标记的线缆。[2]
读取名牌不等于测试了线材质量或实际带载输出。充电能力与数据传输速度,也要分别确认。
符合规范的组合不会这样工作。240W 表示充电器在适当条件下的最大能力。设备会协商自己支持的条件,并使用所需电力。达到 240W 也需要设备与线缆同时支持。
管理电池的设备可能随着充电进度降低电流,温度和运行情况也会影响充电。仅凭显示功率较小,不能断定充电器故障。
不是。USB-C 也可不交换 PD 消息,直接在 5V 条件下供电。CC 连接检测与电流能力通知,和 PD 消息的交换是不同机制。
本页介绍的是现代 USB-C 对 USB-C 的 PD 充电。USB-A 也可能使用 D+/D− 等进行其他充电协商,机制不一定相同。以前的 USB 连接也不是一律只有两根线。
先知道名称即可。PPS 可在声明范围内细调电压;EPR 支持更高电压,将功率范围扩展到最高 240W。EPR 也有自己的进入流程,并不是直接接上 48V 就行。
供电方称为 Source,受电方称为 Sink。Source 不一定是插在插座上的充电器,有些设备可承担两种角色,在支持时也能交换角色。
本页简化介绍常见的 USB-C 对 USB-C PD 连接,不涵盖全部消息、充电方式与规范细节。图示与对话均为本页原创的说明材料。