Что такое повер деливери
Разбираемся в стандартах быстрой зарядки: USB Power Delivery и Qualcomm Quick Charge
Перенесемся мысленно на десять лет назад: на рынке продаются первые iPhone, различные коммуникаторы на Windows Mobile и первые смартфоны на Android. Все они имеют аккумуляторы емкостью в 1200-1500 мАч и зарядки на
1 А и 5 В, которые позволяли полностью зарядить аккумулятор за полтора-два часа. С учетом того, что устройства того времени в массе своей как минимум спокойно доживали до вечера, а то и вообще жили больше суток — редко кто жаловался на долгое время зарядки.
Но время шло, емкости аккумуляторов стали расти, время автономной работы — падать, а зарядки оставились такими же: все это в итоге привело к тому, что часто приходилось проводить часы рядом с розеткой, только чтобы смартфон дожил до вечера. И, разумеется, производители стали проблему решать: раз еще больше увеличить емкость аккумуляторов не получается, то нужно их быстрее заряжать — так и появились стандарты быстрой зарядки, о которых мы сегодня и поговорим.
USB Battery Charging Revision 1.2
Стандарт был принят консорциумом USB еще в 2011 году — то есть, его мог абсолютно бесплатно использовать любой производитель, оснащавший свое устройство USB-портом. При этом если стандартный USB 3.0 выдавал не более 900 мА при 5 В, то тут ток возрастает уже до 1.5 А — больше чем в полтора раза, что позволяет существенно сократить время зарядки.
На деле же особо большого распространения он не получил: зачастую такой мощный USB-порт был лишь в топовых материнских платах и ноутбуках, и помечался он обычно красным цветом или значком молнии:
Увы — производители смартфонов все также продолжали класть в комплект зарядные устройства на 1 А и 5 В, то есть зарядки с Battery Charging 1.2 приходилось покупать отдельно. Но, в любом случае, это позволяло заряжать устройства ощутимо быстрее без вреда для них.
Qualcomm Quick Charge 1.0-2.0
Пожалуй, самый известный стандарт быстрой зарядки, анонсированный Qualcomm в 2013 году. Версия 1.0 поддерживала только чипсет Snapdragon 600. Напряжение все также оставалось стандартным для USB — 5 вольт, а вот ток был поднят до 2 А — то есть, еще на треть больше, чем у BC 1.2. Особого распространения первая версия этого стандарта не получила, так что нет смысла на ней долго останавливаться.
QC 2.0 стал первым действительно популярным стандартном быстрой зарядки. Работал он с устройствами на Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, 410, 412, 415, 425, 610, 615, 616, 800, 801, 805, 808 и 810. Основное отличие от предыдущих стандартов — перестал расти ток, который теперь ограничен 2 А, а вот напряжение может повышаться аж до 12 В. Причина этому банальна: подавляющее большинство существующих на тот момент кабелей USB-microUSB поддерживали ток не более 2.4 А, в противном случае они могли начать перегреваться, что уже было опасно (как мы знаем, тепловые потери пропорциональны силе тока и квадрату сопротивления). Поэтому Qualcomm пошли другим путем — банально стали поднимать напряжение, и в итоге максимальная мощность теперь составляет 18 Вт (12 В и 1.67 А) против 10 Вт (5 В и 2 А) у первой версии QC. 
Разумеется, для регулирования напряжения теперь использовались специальные контроллеры, которые должны были быть и в зарядке, и в самом смартфоне. «Общались» же они между собой с помощью контактов D+/D- в порте USB, и смартфон выбирал необходимое напряжение и силу тока. Если зарядное устройство не поддерживало QC (то есть не реагировало на специальное напряжение на контактах D+/D-), то зарядка шла стандартным током в 1 А при напряжении в 5 В.
Увы — с выходом QC 2.0 стали возникать первые проблемы: из-за достаточно высокой мощности в 18 Вт аккумуляторы начинали перегреваться, что негативно сказывалось на их сроке работы. Конечно, в стандарте был заложен безопасный диапазон температур, при выходе из которого быстрая зарядка отключалась, но производители зачастую закрывали на это глаза, дабы маркетологи могли радовать пользователей слоганами типа «80% за час».
Все стало еще хуже с выходом горячего Snapdragon 810: с учетом того, что при подключении к зарядке Android зачастую увеличивает фоновую активность (например, обновляются программы), что разогревает CPU, плюс еще и греется аккумулятор от быстрой зарядки — в итоге пользователи массово сталкивались с быстрой деградацией аккумуляторов и умиранием материнских плат от перегрева. Особенно часто это происходило с владельцами LG G4, Nexus 5x и Flex. Компания в ответ на жалобы порекомендовала использовать быструю зарядку только тогда, когда она нужна, а на ночь заряжать обычной медленной — очевидно, что пользователи такой ответ не оценили и подали на LG коллективный иск в суд.
Сама компания Qualcomm не называет время зарядки — она всего лишь говорит, что теперь она идет на 75% быстрее, чем с QC 1.0. Независимые же тесты показывают, что смартфон с аккумулятором на
3000 мАч можно зарядить с помощью QC 2.0 на 50% примерно за 40 минут.
USB Power Delivery 
В 2015 году стали массово появляться устройства с USB-C. Так как этот протокол может содержать в себе множество различных других, зачастую производители стали останавливаться на USB 2.0 или 3.0 — соответственно, никаких проблем с поддержкой QC 2.0 не было.
Но дальше стало интереснее — консорциум USB создает стандарт Type-C 1.2, который поддерживает ток в 3 А при напряжении 5 В: например, именно такую быструю зарядку имели смартфоны Lumia 950 и 950XL. Казалось бы — все здорово, никаких проблем с QC быть не должно: ан нет, такие кабели внутри имеют специальную управляющую микросхему, которая может работать только при 5 В, а QC 2.0, как мы помним, может поднимать напряжение аж до 12 В. И так как в стандарте QC нет никакой проверки на наличии такой микросхемы в кабеле, все это может печально кончиться и для кабеля, и для смартфона.
Разумеется, Google не могла остаться в стороне, и официально порекомендовала отказаться производителям смартфонов использовать USB-C вместе с QC 2.0. Однако, что было ожидаемо, многие производители (например, OnePlus) заверили пользователей, что с их кабелями проблем не будет, ну а если у вас сгорел смартфон от использования стороннего кабеля — это, как говорится, уже ваши проблемы.
Дальше — еще «веселее»: дабы разграничить кабели, которые могут пропускать 3 А, 1.5 А и 1 А, консорциум USB решил встраивать в них резисторы на 10, 22 и 56 кОм соответственно. Но китайцы как обычно решили ставить в дешевые кабели резисторы только на 10 кОм — это привело к тому, что устройства с поддержкой USB-C 1.2 «понимает», что можно брать 3 А, и запрашивает их у зарядного устройства. Итог тут может быть абсолютно любой — в лучшем случае зарядка отдаст тот ток, который сможет (и вряд ли это будет 3 А), а худшем — просто сгорит, возможно повредив еще и подключенный смартфон.
Ближе к концу 2015 года консорциум USB выпускает спецификации стандарта Power Delivery 3.0, который в будущем, скорее всего, будут использовать все: так, он позволяет задать напряжение от 5 до 20 В и ток от 1.8 до 5 А, так что в итоге максимальная мощность может достигать целых 100 ватт — этого уже хватит для зарядки ноутбука, и многие современные решения типа Xiaomi Notebook или Apple MacBook уже его используют. При этом тип коннектора может быть любым: USB-C, microUSB, даже USB-A, а передача идти в обе стороны: то есть, можно от смартфона зарядить смартфон. При этом есть обратная совместимость с USB-C 1.2, то есть заряжать от зарядки с поддержкой PD ту же Lumia 950 можно. Все возможные комбинации зарядок доступны ниже: 
Qualcomm Quick Charge 3.0-4.0
Разумеется, в компании понимали, что проблемы с перегревом нужно решать, и в 2016 году, с выходом Snapdragon 820/821, была представлена технология QC 3.0. Qualcomm перестала гнаться за мощностью — она все также осталась в пределах 18 Вт, зато теперь была гибкая настройка напряжения: если в версии 2.0 были жестко заданы 5, 9 или 12 В, то тут можно было изменять напряжение с шагом в 0.2 В в диапазоне 3.6-20 В. К тому же сами производители смартфонов теперь могли ограничить максимальное напряжение, например, на уровне 12 В. Плюсуя сюда то, что новые Snapdragon (поддерживаются 821, 820, 620, 618, 617 и 430) были все же холоднее провального 810-ого, в итоге можно считать, что проблема с перегревом была решена.
Увы — другая проблема, с USB-C, все еще осталась, так что использовать сторонние кабели для быстрой зарядки через этот порт все еще было рискованно. Что касается скорости зарядки, то компания обещает, что большая часть смартфонов с QC 3.0 зарядится до 70% за полчаса:
Стандарт QC 4.0 был представлен в конце 2016 года и решал множество проблем: во-первых, теперь его можно было использовать с любыми USB-C кабелями — разумеется, от них будет зависеть скорость зарядки, но все еще в любом случае она будет идти быстрее, чем со стандартными 1 А и 5 В. Вторая его особенность — полная совместимость с Power Delivery, так что сначала зарядка опрашивает подключенное устройство, поддерживает ли оно PD, и если нет — переключается на режим QC.
Спецификации стандарта QC 4.0 те же, что и у 3.0 — до 18 Вт при токе до 2 А и напряжении до 12 В, и до 27 Вт через стандарт PD. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 630, 636, 835. По словам Qualcomm, новая технология позволит всего за 5 минут подзарядить устройство с аккумулятором емкостью 2750 мАч для 5 часов использования, а за 15 минут зарядить батарею с нуля на 50 %.
Технология QC 4+, представленная в 2017 году, сильно от 4.0 не отличается: так, технология Dual Charge позволяет разделить ток на два потока, что снижает температуру на 3 градуса и увеличивает скорость зарядки на 15%. Поддерживаемые чипсеты — Snapdragon 660, 670, 710, и 845.
Общая таблица всех версий QC выглядит так: 
Обратная совместимость
Все версии QC, начиная с 2.0, являются обратно совместимыми: так, если телефон имеет более новую версию QC, чем зарядка, то будет использоваться протокол, который поддерживает зарядка, но с энергоэффективностью версии, которая используется в телефоне. Если же подключить смартфон с более старой версией QC к зарядке с более новой, то эффект будет полностью аналогичен использованию зарядки с той же версией QC, что и поддерживает устройство.
Совместимость Power Delivery с Quick Charge 2.0 и 3.0
Как я писал выше, официально ее нет, но на практике возможны различные варианты: так, есть смартфоны, типа того же Nexus 5x или 6p, которые поддерживают и PD, и QC — они в обоих случаях будут заряжаться быстро. Второй вариант — зарядное устройство и гаджет «не поймут» друг друга, и будет идти стандартная медленная зарядка с 1 А и 5 В, или же зарядка вовсе идти не будет. Но может быть и самый худший вариант: на устройство без поддержки PD подастся 3 А и 5 В (стандарт USB-C 1.2) из-за «неправильного» кабеля с резистором на 10 кОм, и тут уже ситуация будет непредсказуемой: стандарт QC с такими токами не работает, то есть смартфон может банально сгореть, а может просто откажется заряжаться. Поэтому если ваше устройство поддерживает QC 2.0 или 3.0 — очень тщательно выбирайте и кабель, и зарядное устройство.
В заключительной части статьи мы поговорим про быстрые зарядки от других производителей типа Apple, Huawei, Mediatek и прочих.
Ликбез по Power Delivery: что стыдно не знать о стандарте быстрой зарядки
Когда энергия в аккумуляторе мобильного устройства стремительно заканчивается, быстрая зарядка становится настоящим подарком. Впрочем, разнообразие как проприетарных, так и лицензированных стандартов затрудняет определение того, какую именно скорость выйдет получить при использовании конкретных блока питания и кабеля. Конечно, можно ориентироваться только на комплектные аксессуары от производителя гаджета, но обойтись одной зарядкой сегодня — не самая простая задача. Выходом становится Power Delivery — актуальная официальная спецификация быстрой зарядки USB Promoters Group.
Power Delivery (PD) — универсальная спецификация, разработанная как общий стандарт быстрой зарядки, который можно использовать с любыми гаджетами с поддержкой USB-интерфейса. PD существует с 2012 года — примерно с того же момента, когда представили порт USB-C. Новый стандарт зарядки стал заменой для спецификации USB Battery Charging (USB BC), которая дополняла базовые параметры питания USB-порта. На данный момент пользователям и производителям доступна уже третья редакция Power Delivery, которая заточена для эффективной быстрой зарядки.
Что нужно знать про зарядку гаджетов через порты USB
Современные порты USB-С поддерживают несколько стандартных спецификаций зарядки. Более того, производители могут комплектовать их дополнительными проприетарными возможностями.
Для начала важно отметить, что абсолютно все USB-порты поддерживают базовый уровень зарядки от 5 В и 500 мА до 5 В и 900 мА. Да, скорость наполнения энергией в данном случае будет крайне медленной, но это нужно для работы с устаревшими девайсами, а также маломощными гаджетами. Порты USB-С базово можно «разогнать» до 5 В и 1,5 А и даже 15 В и 3 А. Это намного быстрее, но всё ещё достаточно медленно, если говорить про стандарты быстрой зарядки в целом.
Стандарт Power Delivery отличается куда большей скоростью — он может работать даже с мощностью 100 Вт, чего уже будет более чем достаточно и для самых требовательных гаджетов вроде ноутбуков. Важным нюансом работы с PD является безопасность — когда гаджеты используют данный стандарт, они согласовывают необходимую мощность через USB-кабель. Спецификация поддерживает варианты зарядки с напряжением 5 В, 9 В, 15 В и 20 В, чтобы обеспечить мощность от 0,5 до 100 Вт. Новый стандарт программируемого источника питания USB Power Supply (USB PD PPS) также поддерживает определение напряжения, что нужно для более оптимальной зарядки. Если блок питания и гаджет не могут согласовать необходимую скорость зарядки, используется базовая.
💡 Мощность равна произведению напряжения и силы тока.
Сегодня Power Delivery используется для быстрой зарядки смартфонов, ноутбуков и других гаджетов. Google взял стандарт на вооружение для линейки Pixel, Samsung использует его для серии Galaxy S, а Apple — в iPhone и MacBook. Внушительное число других производителей добавляют работу с PD к своим проприетарным технологиям быстрой зарядки.
На данный момент есть три поколения стандарта Power Delivery
На данный момент стандарт Power Delivery находится уже в третьей редакции, которая характеризуется индивидуальным набором особенностей и возможностей. Впрочем, PD отличается обратной совместимостью, поэтому особенно переживать по поводу выбора не стоит.
Первая редакция Power Delivery была заметно более простой, чем современные. Она предлагала шесть фиксированных профилей питания для разных категорий гаджетов: 10 Вт (5 В, 2 А), 18 Вт (12 В, 1,5 А), 36 Вт (12 В, 3 А), 60 Вт (12 В, 5 А), 60 Вт (20 В, 3 А) и 100 Вт (20 В, 5 А). Такое разнообразие по мощности уже можно считать достаточным, но сегодня для огромного зоопарка из девайсов разных форматов требуется ещё большая гибкость.
Во второй и третьей редакциях Power Delivery от набора фиксированных профилей было решено отказаться. Конкретные значения по напряжению в них остаются, но сила тока может меняться в согласованном диапазоне. В итоге получается ещё более универсальный подход к зарядке абсолютно любых гаджетов. От второй третья редакция PD отличается контролем состояния аккумулятора, повышенной безопасностью и возможностью изменения напряжения по мере зарядки.
Подавляющее большинство современных устройств использует вторую и третью редакцию Power Delivery. Для смартфонов типичная мощность зарядки — 18 Вт, для ноутбуков — около 60 Вт. Впрочем, некоторые мобильные устройства всё же настроены на работу с большей скоростью — к примеру, VOOC Flash Charge уже поддерживает мощность свыше 100 Вт.
Как работает программируемый источник питания USB PD PPS
Вторая и третья редакции Power Delivery весьма технологичны, но всё ещё не в полной мере соответствуют требованиям гибкости для действительно быстрой зарядки. Её скорость крайне чувствительна к определённому напряжению, которое должно меняться по мере наполнения аккумулятора энергией. Варианты напряжения 5 В, 9 В, 15 В и 20 В из стандартной спецификации PD далеки от идеала для оптимальной быстрой зарядки.
Одной из особенностей третьей редакции Power Delivery, которую представили в 2018 году, стал программируемый источник питания USB PD PPS. Он отличается заметно большей гибкостью и предлагает шаг напряжения на уровне 20 мВ (0,02 В). Более того, в данном случае необходимое напряжение может быть не только согласовано, но и изменено прямо во время зарядки. Для быстрого наполнения устройства энергией это очень важно.
В первой половине 2021 года USB PD PPS — всё ещё диковинка. Его поддержка реализована всего в нескольких гаджетах и аксессуарах, и это создаёт трудности для потребителей. К примеру, для быстрой зарядки Samsung Galaxy S21 нужен блок питания именно с поддержкой USB PD PPS — только с ним смартфон сможет принимать 25 Вт. При использовании же традиционного стандарта Power Delivery гаджет сможет получить только 18 Вт.
Как быстро гаджеты заряжаются с помощью Power Delivery
Стандарт Power Delivery характеризуется внушительным спектром вариантов итоговой мощности. Более того, его поддерживает масса устройств, которые отличаются, в том числе, и по ёмкости аккумулятора. Поэтому дать чёткий ответ на вопрос подзаголовка достаточно сложно. Впрочем, обычно смартфоны используют мощность 18 Вт и полностью заряжаются примерно за час с лишним. Ноутбуки же с блоками питания на 60 Вт могут получить необходимый объём энергии приблизительно за час или два.
В отличие от ноутбуков, смартфоны, как правило, предпочитают более низкое напряжение (5 или 9 В) и высокую силу тока. К примеру, технология OnePlus даёт возможность разогнаться до 65 Вт при 10 В и 6,5 А, а 40 Вт от Huawei базируются на 10 В и 4 А. Это — проприетарные варианты. Тем не менее они показательны.
Ближайший вариант напряжения в PD — 9 В. При его использовании в рамках стандарта скорость зарядки теоретически может составлять 27 Вт. Но для работы со смартфонами Power Delivery обычно использует более низкую силу тока, которая не дотягивает до 3 А. Поэтому на выходе получается 18–20 Вт — это заметно меньше, чем у протоколов быстрой зарядки, разработанных отдельными производителями гаджетов.
Впрочем, у PD всё же есть перспективы в мире универсальных стандартов быстрой зарядки. При использовании PPS Samsung Galaxy S21 может заряжаться на скорости 25 Вт при напряжении 9,5 В. А в Galaxy Note 10 Plus компании удалось добиться быстрой зарядки с мощностью 45 Вт. Тем не менее нужно понимать, что реализацию настолько большой мощности в Samsung сочли слишком сложной с точки зрения работы аккумуляторов, поэтому кроме перспектив у Power Delivery также хватает и вопросов.
Power Delivery вряд ли будет конкурировать с проприетарными стандартами быстрой зарядки. В своих смартфонах OPPO тизерит поддержку 100 Вт, а Xiaomi уже реализовала 120 Вт. Без существенной переработки у PD нет шансов даже вместе с PPS. Впрочем, если объективно, сегодня даже 40 Вт уже более чем достаточно для действительно быстрой зарядки того же смартфона.
Кроме удобства Power Delivery играет на пользу и экологии
Конечно, высокая скорость зарядки является важной особенностью Power Delivery в целом и PPS в частности. Тем не менее куда важнее универсальность. PD был создан как единый стандарт для питания по USB широкого спектра гаджетов. Он нивелирует необходимость в проприетарных портах и особенных блоках питания.
Прежде всего, это крайне положительно сказывается на простоте подключения и зарядки. Но есть и вторая сторона медали — отсутствие необходимости оснащать каждое новое мобильное устройство отдельным блоком питания. Обилие старых кабелей и других аксессуаров для зарядки, которые остаются на свалках и не так просты в переработке, становится всё большей проблемой. Она также усугубляется ограниченностью драгоценных металлов и других элементов, которые используются на производстве. Power Delivery — это серьёзный ответ на сложный экологический вопрос.
Конечно, производители, которые убирают блоки питания из коробок своих устройств сегодня, пока не особенно радуют пользователей. Последние могут не обладать подходящими аксессуарами, поэтому должны приобретать их отдельно. Но в долгосрочной перспективе ситуация придёт в норму. Каждый из нас не будет заморачиваться, чем именно заряжать свои гаджеты, — по крайней мере, если Power Delivery станет единым решением, которое возьмут на вооружение абсолютно все.
Статья написана на основе материала Android Authority.
Когда используется Power Delivery, и что происходит при установлении соединения между блоком питания и устройством
В прошлый раз я рассказывал про минимальный набор компонентов, который может быть включён в устройство для поддержки базовых функций USB-C. Но бывают ситуации, когда этих базовых возможностей недостаточно – например, нужно использовать несколько профилей напряжения, чтобы блок питания от одного устройства подходил к другому. Или же есть необходимость подстроить сами профили. Или просто нужна бОльшая мощность питания (в случае с USB-C доступный максимум – 15 Вт). Во всех этих ситуациях на помощь придёт стандарт Power Delivery. Он, например, используется в линейке зарядных устройств Apple – профили с бОльшим напряжением доставляют бОльшую мощность к устройству и позволяют его быстро заряжать. В нашем смарт-экране SberPortal есть узлы, которые требуют значительной мощности питания – прежде всего это высокопроизводительная система на кристалле (SoС) и акустика. Один только звук требует около 30 Вт. Поэтому при разработке устройства пришлось усложнить систему питания и реализовать Power Delivery. Об этом стандарте и пойдёт ниже речь.
Также разберёмся в его особенностях и посмотрим, как со временем изменился способ передачи данных в стандарте. А ещё я расскажу и покажу с помощью анализатора протокола, что происходит при установлении подключения в устройствах, на примере ноутбука с Power Delivery. Затем посмотрим, как мы реализовали PD в нашем смарт-экране SberPortal.
Особенности Power Delivery
Power Delivery расширяет возможности USB-C, позволяет использовать повышенное, по сравнению с привычным USB, напряжение на контактах VBUS – 20 В (и, как мы увидим, даже выше). При использования стандартного кабеля USB-C возможна доставка потребителю до 60 Вт, а при использовании ECMA кабеля – до 100 Вт.
Эти функции достигаются за счёт информационного обмена по линии СС. Кроме поддержки СС-логики, которая определяет роль устройства при установлении соединения, по этой линии происходит обмен сообщениями типа “запрос-ответ” между источником и потребителем.
Важная особенность стандарта – наличие PDO (Power Delivery Objects). PDO представляет собой профиль питания с заданным напряжением и током. Таких профилей в PD-источнике должно быть больше, либо равно 2. Другими словами, в одном адаптере находится несколько источников питания, выбор нужного при этом делается потребителем. Обязательный профиль – 5V/3А. Благодаря этому допустимо подключение устройства-источника, в котором реализован полноценный PD, к потребителю, где выполнена только базовая функциональность USB-C (СС-логика). В таком случае источник установит на своем выходе 5V.
Физический уровень
В первых ревизиях стандарта USB Power Delivery линия питания VBUS использовалась не только по прямому назначению, но и в качестве канала для обмена сообщениями между потребителем и источником энергии.
Пример двоичной частотной манипуляции (BFSK)
Такой вид передачи довольно помехоустойчив, так как помеха искажает в основном амплитуду сигнала, а не частоту. В последней редакции стандарта USB PD 3.0 BFSK больше не используется, и описание этого механизма передачи исключено из спецификации.
В последней на текущий момент ревизии 3.0 USB Power Delivery поддерживается только Biphase Mark Code (BMC). Передача данных происходит по одному из СС-контактов. Информационный обмен идёт в режиме полудуплекс с предотвращением коллизий и с 4b5b-кодированием для баланса постоянного тока.
BMC представляет собой версию манчестерского кодирования. Логический 0 соответствует отсутствию переключения в середине битового интервала, логическая 1 – наличию переключения. На границе интервалов переключение происходит всегда. Частота сигнала составляет 300 kHz ± 10 %.
Пример Biphase Mark Coding (BMC)
Уровень протокола
Уровень протокола формирует сообщения, используемые для передачи информации. Он отвечает за создание запросов, подтверждений, сообщений о возможностях.
Сообщения в зависимости от содержимого можно выделить следующие: