تخيل عالمًا يستخدم فيه الكمبيوتر المحمول والكمبيوتر اللوحي وحتى الأدوات الكهربائية نفس الشاحن بسرعات شحن سريعة بشكل لا يصدق. هذا لم يعد خيالًا علميًا بل حقيقة يتم تمكينها بواسطة تقنيات USB Type-C و USB Power Delivery (PD). أصبح USB Type-C، بتوجه قابسه القابل للعكس وقدرات نقل البيانات القوية، هو المعيار الصناعي. يعمل USB PD على توسيع وظائف USB-C بشكل أكبر من خلال تمكين توصيل طاقة أعلى للشحن السريع عبر المزيد من الأجهزة.
سمحت مواصفات USB PD 3.0 بالفعل بما يصل إلى 100 واط من الطاقة (20 فولت، 5 أمبير) في كلا الاتجاهين، والمعروفة باسم النطاق القياسي للطاقة (SPR). تعمل أحدث مواصفات USB PD 3.1 على توسيع هذه القدرة بشكل كبير، مما يزيد من حد توصيل الطاقة إلى 240 واط (48 فولت، 5 أمبير) من خلال كابلات USB-C، والمُصممة باسم النطاق الموسع للطاقة (EPR).
| نطاق الطاقة | التيار/الجهد المتاح | نطاق ملف تعريف توصيل الطاقة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| SPR |
3 أمبير: 5 فولت، 9 فولت، 15 فولت، 20 فولت
5 أمبير: 20 فولت |
15 واط-60 واط
>60 واط-100 واط |
يتطلب كابل 5 أمبير |
| EPR | 5 أمبير: 28 فولت، 36 فولت، 48 فولت | >100 واط-240 واط |
يتطلب وضع EPR
يتطلب كابل EPR |
يمكّن وضع EPR توصيل الطاقة حتى 240 واط (48 فولت، 5 أمبير). مثل مفاوضات بروتوكول USB PD القياسية، يتطلب وضع EPR من الأجهزة المتلقية تقييم رسائل قدرة الطاقة الجديدة والاستجابة لها. يراعي اختيار 48 فولت كحد أقصى للجهد في المقام الأول هوامش السلامة في التصميم.
بالإضافة إلى مستويات الجهد الثابتة في وضع EPR، يجب على مصادر الطاقة أيضًا الامتثال لمواصفات إمداد الجهد القابل للتعديل (AVS). في وضع EPR، يسمح AVS للأجهزة المتلقية بضبط الفولتية بين 15 فولت و 48 فولت بزيادات 100 مللي فولت، مما يحسن الأداء والكفاءة الحرارية. يمكّن AVS أيضًا الأجهزة من تلقي الجهد من أي شاحن، مما يلغي الحاجة إلى محولات مخصصة وإنشاء تجارب مستخدم متسقة عبر الأنظمة البيئية الإلكترونية.
في حين أن كل من إمداد الطاقة القابل للبرمجة (PPS) و AVS يتميزان بخطوات جهد قابلة للبرمجة، إلا أنهما يخدمان أغراضًا مختلفة. يعمل AVS كمصدر جهد ثابت، مما يوفر جهد تيار مستمر ثابتًا للأنظمة لتحسين الكفاءة. يوفر PPS زيادات خطوات أصغر (20 مللي فولت) للشحن المباشر للبطارية، متجاوزًا شاحن بطارية الجهاز. الفرق الرئيسي هو أن الفولتية PPS تتغير ديناميكيًا أثناء الشحن، بينما يحافظ AVS على مستويات جهد ثابتة.
من المتوقع أن تستفيد الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية مثل مكبرات صوت Bluetooth والأدوات الكهربائية بشكل كبير من اعتماد USB-C. يتيح تنفيذ USB-C لهذه الأجهزة الشحن من خلال منفذ USB-C وتشغيل الأجهزة المتصلة من خلال نفس الواجهة. يمكن للمنتجات التي تستخدم شواحن بطاريات أحادية أو متعددة الخلايا الآن الاقتران بوحدات تحكم USB-C أو USB PD لتلقي الطاقة وتوفيرها من خلال منافذ USB-C.
لتبسيط تصميم منفذ USB PD للمنتجات التي تعمل بالبطارية، تشتمل وحدات تحكم USB PD المتقدمة الآن على دعم مضيف I2C للتحكم المباشر في شاحن البطارية. يتيح هذا النهج المتكامل حلولًا ثنائية الرقائق دون الحاجة إلى وحدات تحكم دقيقة خارجية. تقوم وحدة تحكم USB PD تلقائيًا بتحديث معلمات شاحن البطارية بناءً على مفاوضات الطاقة من خلال منفذ USB PD، مما يلغي الحاجة إلى تطوير البرامج الثابتة المخصصة.
لدعم النطاق الموسع للطاقة الكامل 240 واط، تقترن التصميمات المرجعية بوحدات تحكم USB PD مع وحدات تحكم شحن معززة ثنائية الاتجاه على لوحات دوائر مطبوعة واحدة. لا تتطلب هذه الحلول الكاملة وحدات تحكم دقيقة خارجية أو برامج ثابتة مخصصة، مما يتيح توصيل طاقة ثنائي الاتجاه حقيقيًا بقوة 240 واط.
تعمل هذه التصميمات المرجعية كحلول شحن و USB PD متكاملة للمنتجات التي تحتوي على بطاريات من 7 إلى 14 خلية، بما في ذلك الأدوات الكهربائية والمكانس الكهربائية ومحطات الطاقة المحمولة والدراجات الإلكترونية. يقلل المستوى العالي من التكامل من تكاليف قائمة المواد، ويقلل من الحجم الفعلي، ويقصر بشكل كبير الوقت اللازم لطرح المنتجات الجديدة في السوق.
بفضل قدرات الطاقة الموسعة، يثبت USB-C نفسه كالموصل العالمي للمستقبل. في حين أن تنفيذ تقنية USB-C يمثل تحديات، إلا أن الحلول المتكاملة موجودة الآن والتي تبسط كلاً من الجوانب المادية والبرمجية للتصميم. تمكّن وحدات تحكم USB PD وشواحن البطاريات المقترنة، المدعومة بتصميمات مرجعية شاملة، أحجام حلول أصغر ودورات تطوير منتجات أسرع عبر صناعات متعددة.