電力通路
VBUS 提供電源,GND 是返回通路。USB PD 達成協定后,可以改變 VBUS 的電壓。
從零開始認識 USB PD
“USB 充電器不就是正負兩根線連起來嗎?”
它們不僅傳輸電力,還會協商“使用什么電壓、最多允許多少電流”。這是理解現代 USB-C 充電的起點。
供電需要送出電力的通路與返回通路,但 USB 不僅負責供電。這裡以兩端都是 USB-C 的充電連接為例,把功能分為三種。[2][3]
VBUS 提供電源,GND 是返回通路。USB PD 達成協定后,可以改變 VBUS 的電壓。
CC 可檢測設備連接與插頭方向。USB-C 的 PD 訊息也通過 CC 通道交換。這裡的“對話”是短小的電信號訊息,並不是聲音。
協商充電與傳輸 USB 資料是不同功能。連接埠外形相同,不代表充電能力與資料傳輸速度也相同。
看到 USB-C,不代表一定支援 PD、快充或影片輸出。把連接埠形狀與產品功能分開考慮,會更容易理解。[4]
先理解它們的區別,不用死記硬背。
推動電流的“力量”
可以粗略類比水壓。5V、9V、20V 等,是協商時選擇的條件。
實際流動的電荷量
準確說是每秒流過的電荷量。它會隨設備的工作情況變化,並非一直達到允許上限。
當下使用能量的速度
USB 使用直流,功率為電壓 V × 電流 A。9V 時實際流過 2A,就是 18W。
水壓只是幫助理解的類比,並不是說電與水的行為完全相同。
9 V × 2 A
這裡只演示乘法,不發送電壓請求,不測量設備,也不判定設備是否支援這些條件。
以下是從 5V 成功切換到 9V 的一個例子。充電器提供可選條件,手機選擇自己支援的一項,並不會未經協商就升高電壓。[2]
此為說明用演示,未連接真實設備、通信或測量。省略了拒絕、重試與詳細接收確認等過程。
連接檢測
發現設備連接,先從 5V 開始。
這裡描述 CC 連接檢測,並不是說這句話會作為一條 PD 訊息發送。
Attach / 5V充電器 → 手機
我可以提供 5V、9V、15V 或 20V,每種最多 3A。
充電器聲明可供選擇的電壓與電流條件。PDO 相當于菜單中的一項。這個範例菜單最高為 60W。
Source_Capabilities手機 → 充電器
請讓我使用 9V、最多 2A 的條件。
設備請求自己支援的條件。這裡的 2A 是請求的電流上限,並不是要求始終流過 2A。
Request充電器 → 手機
同意,現在切換到 9V。
Accept 表示接受條件,僅憑這一條回應,還不能確認已經開始以 9V 充電。
Accept充電器 → 手機
9V 已準備好,可以使用了!
PS_RDY 是電源準備就緒通知。手機在協商范圍內使用電力,實際電流與功率仍須另外測量。
PS_RDY餐廳遞給你一份大菜單,並不會要求你一次吃完所有菜。充電器聲明的是可提供的條件;設備實際使用多少,會隨電池電量、溫度、螢幕工作情況與內部充電控制等變化。[1]
不會。手機內部的電源與充電電路會調整輸入電源,用于設備運行與電池充電。USB 連接處看到的電壓,並不是電池自身的電壓。
即使充電器與手機都支援,線材也必須支援相應的條件。充電速度和大功率輸出,並非由充電器單獨決定。
能提供哪些條件?
支援這樣的電壓與電流嗎?
能接收哪些條件,現在又需要多少?
e-marker 是一顆可報告線材能力等資訊的小芯片。並非每條線材都有。例如,使用超過 3A 的電流或 EPR,需要支援相應條件、帶電子標記的線材。[2]
讀取名牌不等于測試了線材質量或實際帶載輸出。充電能力與資料傳輸速度,也要分別確認。
符合規范的組合不會這樣工作。240W 表示充電器在適當條件下的最大能力。設備會協商自己支援的條件,並使用所需電力。達到 240W 也需要設備與線材同時支援。
管理電池的設備可能隨著充電進度降低電流,溫度和運行情況也會影響充電。僅憑顯示功率較小,不能斷定充電器故障。
不是。USB-C 也可不交換 PD 訊息,直接在 5V 條件下供電。CC 連接檢測與電流能力通知,和 PD 訊息的交換是不同機制。
本頁介紹的是現代 USB-C 對 USB-C 的 PD 充電。USB-A 也可能使用 D+/D− 等進行其他充電協商,機制不一定相同。以前的 USB 連接也不是一律只有兩根線。
先知道名稱即可。PPS 可在聲明范圍內細調電壓;EPR 支援更高電壓,將功率范圍擴展到最高 240W。EPR 也有自己的進入流程,並不是直接接上 48V 就行。
供電方稱為 Source,受電方稱為 Sink。Source 不一定是插在插座上的充電器,有些設備可承擔兩種角色,在支援時也能交換角色。
本頁簡化介紹常見的 USB-C 對 USB-C PD 連接,不涵蓋全部訊息、充電方式與規范細節。圖示與對話均為本頁原創的說明材料。