Hãy tưởng tượng một thế giới mà máy tính xách tay, máy tính bảng và thậm chí cả dụng cụ điện của bạn đều sử dụng cùng một bộ sạc với tốc độ sạc cực nhanh. Điều này không còn là khoa học viễn tưởng mà là hiện thực đang được hỗ trợ bởi công nghệ USB Type-C và USB Power Delivery (PD). USB Type-C, với hướng cắm có thể đảo ngược và khả năng truyền dữ liệu mạnh mẽ, đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp. USB PD mở rộng hơn nữa chức năng của USB-C bằng cách cho phép cung cấp năng lượng cao hơn để sạc nhanh hơn trên nhiều thiết bị hơn.
Thông số kỹ thuật USB PD 3.0 đã cho phép cung cấp năng lượng lên đến 100W (20V, 5A) theo cả hai hướng, được gọi là Phạm vi Năng lượng Tiêu chuẩn (SPR). Thông số kỹ thuật USB PD 3.1 mới nhất mở rộng đáng kể khả năng này, tăng giới hạn cung cấp năng lượng lên 240W (48V, 5A) thông qua cáp USB-C, được chỉ định là Phạm vi Năng lượng Mở rộng (EPR).
| Phạm vi Năng lượng | Dòng điện/Điện áp Khả dụng | Phạm vi Hồ sơ Cung cấp Năng lượng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| SPR |
3A: 5V, 9V, 15V, 20V
5A: 20V |
15W-60W
>60W-100W |
Yêu cầu cáp 5A |
| EPR | 5A: 28V, 36V, 48V | >100W-240W |
Yêu cầu chế độ EPR
Yêu cầu cáp EPR |
Chế độ EPR cho phép cung cấp năng lượng lên đến 240W (48V, 5A). Giống như các thỏa thuận giao thức USB PD tiêu chuẩn, chế độ EPR yêu cầu các thiết bị nhận đánh giá và phản hồi các thông báo về khả năng năng lượng mới. Việc chọn 48V làm điện áp tối đa chủ yếu xem xét các lề an toàn thiết kế.
Ngoài các mức điện áp cố định trong chế độ EPR, các nguồn năng lượng cũng phải tuân thủ các thông số kỹ thuật Cung cấp Điện áp Điều chỉnh (AVS). Ở chế độ EPR, AVS cho phép các thiết bị nhận tinh chỉnh điện áp từ 15V đến 48V với gia số 100mV, cải thiện hiệu suất và hiệu quả nhiệt. AVS cũng cho phép các thiết bị nhận điện áp từ bất kỳ bộ sạc nào, loại bỏ nhu cầu về bộ điều hợp tùy chỉnh và tạo ra trải nghiệm người dùng nhất quán trên các hệ sinh thái điện tử.
Trong khi cả Nguồn Cung cấp Năng lượng Lập trình (PPS) và AVS đều có các bước điện áp có thể lập trình, chúng phục vụ các mục đích khác nhau. AVS hoạt động như một nguồn điện áp không đổi, cung cấp điện áp DC ổn định cho các hệ thống để cải thiện hiệu quả. PPS cung cấp các gia số bước nhỏ hơn (20mV) để sạc trực tiếp pin, bỏ qua bộ sạc pin của thiết bị. Điểm khác biệt chính là điện áp PPS thay đổi động trong khi sạc, trong khi AVS duy trì các mức điện áp không đổi.
Các thiết bị chạy bằng pin di động như loa Bluetooth và dụng cụ điện sẽ được hưởng lợi đáng kể từ việc áp dụng USB-C. Việc triển khai USB-C cho phép các thiết bị này vừa sạc qua cổng USB-C vừa cấp nguồn cho các thiết bị được kết nối thông qua cùng một giao diện. Các sản phẩm sử dụng bộ sạc pin đơn hoặc đa ô giờ đây có thể kết hợp với bộ điều khiển USB-C hoặc USB PD để nhận và cung cấp năng lượng thông qua cổng USB-C.
Để đơn giản hóa thiết kế cổng USB PD cho các sản phẩm chạy bằng pin, các bộ điều khiển USB PD tiên tiến hiện kết hợp hỗ trợ máy chủ I2C để điều khiển bộ sạc pin trực tiếp. Cách tiếp cận tích hợp này cho phép các giải pháp hai chip mà không cần bộ vi điều khiển bên ngoài. Bộ điều khiển USB PD tự động cập nhật các thông số của bộ sạc pin dựa trên các thỏa thuận năng lượng thông qua cổng USB PD, loại bỏ nhu cầu phát triển phần mềm tùy chỉnh.
Để hỗ trợ Phạm vi Năng lượng Mở rộng 240W đầy đủ, các thiết kế tham chiếu kết hợp bộ điều khiển USB PD với bộ điều khiển sạc buck-boost hai chiều trên các bảng mạch in đơn. Các giải pháp hoàn chỉnh này không yêu cầu bộ vi điều khiển bên ngoài hoặc phần mềm tùy chỉnh, cho phép cung cấp năng lượng hai chiều 240W thực sự cắm và chạy.
Các thiết kế tham chiếu như vậy đóng vai trò là các giải pháp sạc và USB PD tích hợp cho các sản phẩm có pin 7-14 ô, bao gồm dụng cụ điện, máy hút bụi, trạm cấp điện di động và xe đạp điện. Mức độ tích hợp cao làm giảm chi phí vật liệu, giảm thiểu diện tích vật lý và rút ngắn đáng kể thời gian đưa sản phẩm mới ra thị trường.
Với khả năng năng lượng mở rộng, USB-C đang tự khẳng định mình là đầu nối phổ quát của tương lai. Mặc dù việc triển khai công nghệ USB-C đặt ra những thách thức, nhưng các giải pháp tích hợp hiện có giúp đơn giản hóa cả khía cạnh phần cứng và phần mềm của thiết kế. Các bộ điều khiển USB PD và bộ sạc pin được ghép nối, được hỗ trợ bởi các thiết kế tham chiếu toàn diện, cho phép kích thước giải pháp nhỏ hơn và chu kỳ phát triển sản phẩm nhanh hơn trên nhiều ngành.