继PD3.0之后,2021年5月USB-IF在Power Delivery加入了新的规格,并发表PD 3.1规范 (USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.0),以下内容皆以PD 3.1 Spec简称。新的规范中加入EPR (Extend Power Rang) 功能,扩展PD 3.0供电最大瓦数100W的限制,增加到240W (48V 5A) ,并在文件中对其供电要求与行为加以定义,以下章节将由PD 3.1供电规格开始、并介绍EPR这个新功能。

继PD3.0之后,2021年5月USB-IF在Power Delivery加入了新的规格,并发表PD 3.1规范 USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.0,以下内容皆以PD 3.1 Spec简称。

新的规范中加入EPR (Extend Power Rang) 功能,扩展PD 3.0供电最大瓦数100W的限制,增加到240W (48V 5A) ,并在文件中对其供电要求与行为加以定义,以下章节将由PD 3.1供电规格开始、并介绍EPR这个新功能。

PD 3.1供电规格

PD 3.1 Spec中,将原先PD 3.0定义的供电规格纳入SPR (Standard Power Range) ,SPR规格可参考先前我们推出的技术文章:Power Delivery 的源起与规格中的表3,在PD 3.1 Spec中改以SPR PDO 与SPR APDO称之,其供电规格要求与上限100W规则皆不变。另外新增了EPR选配功能,指最大供电瓦数达100W~240W的产品,其设定须满足表1之规范。

EPR PDO在目前规范中包含:

  1. Fixed PDO:定电压输出,在EPR模式中,Fixed PDO指电压 >20V的规格,包含28V、36V以及48V三个选项。
  2. AVS (Adjustable Voltage Supply) APDO:在EPR模式中,电压可以在一定范围区间内调整输出,范围由最低15V到最高有28V、36V和48V三种视瓦数而定 (表2) 。AVS类似PPS功能,差异是AVS不支持Current Limit操作,且以100 mV为单位步阶调整输出电压 (PPS则是 20mV) 。

表 1:支持EPR产品供电规格规范(数据源参考自 PD 3.1 Spec)

表2 : AVS电压范围 (取自 PD 3.1 Spec)

以下举两个例子说明,协助大家理解表格

  1. 输出最大140W,须满足以下条件:
  • SPR Fixed PDO: 5V@3A~5A 、9V@3A~5A、15@3A~5A 、20V@5A
  • EPR Fixed PDO: 28V@5A
  • AVS APDO  15V~28V@140W

      2.而144W须满足条件如下(表1中第二列瓦数区间):

  • SPR Fixed PDO: 5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A
  • EPR Fixed PDO: 28V@5A、36V@4A
  • AVS APDO: 15V~36V@144W 

看到这里可能各位会疑惑,为什么只有AVS APDO的表示法和其他不一样,参考下表3会发现字段中没有描述最大电流的地方,反而是以瓦数表示。这是因为AVS操作电流会受限于瓦数,随当下操作电压而改变,所以电流并非定值,因此应参考瓦数而非电流。

表3 : AVS APDO格式 (取自 PD 3.1 Spec)

其中144W例子中AVS  APDO对于28.8V~36V操作电压下的电流条件,可以参考下图1会较容易理解,图中蓝色区域表示AVS可操作范围,其中又可分为两区加以说明:

  1. 黄色标示的A区是在不超过最大瓦数前提下,可以操作在5A的电压范围,即表1中第一个叙述– 15V~28.8V@5A。
  2. 绿色标示区间B,则是受限于瓦数限制,操作电流要视当下电压而定,因此以公式描述–28.8V~36V@(144/AVS Voltage)A。

图1:AVS供电模式示意图(取自 PD 3.1 Spec并于图上另加批注协助说明)

值得注意的是,表1中N/A的部分严格规定为不可支持,即140W以下产品不可支持36V与48V、180W以下产品不可支持48V。

另外有一类型产品设计为Shared Capacity Charger,指其产品上的可供电瓦数是共享的。当部分资源已被使用,剩下埠可使用瓦数为总瓦数扣掉已被使用的部分,再做分配,此时实际可用瓦数称为Equivalent PDP Rating,设定条件参考整理如下表(表4)。

表 4:支持EPR产品在Shared Capacity Power供电模式条件(数据源参考自 PD 3.1 Spec)

举一产品设计为例,输出总瓦数最大为250W,2埠单独使用时分别可以支持到160W:

  • 单独使用规格应为 (5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A、28V@5A、36V@4.44A、15V~36V@160W)。
  • 当其中一埠已使用100W,则另一埠Equivalent PDP Rating为150W,此时供电条件如下: 5V@3A~5A、9V@3A~5A、15@3A~5A、20V@5A、28V@5A、36V@4.16A、15V~36V@150W。

EPR_Source_Capabilities

先前文章有提到,供电能力会宣告在Source_Capabilities中,同样的概念导入EPR模式,因此在PD 3.1 Spec中新增了EPR_Source_Capabilities,支持EPR供电产品将其规格表示在此信息中。

如下取自PD 3.1 Spec的示意图,Data Object前7组填入的是SPR PDO内容,且内容需要与Source_Capabilities一样,若SPR PDO不足7组,则写入0补满。

第8组开始写入EPR PDO内容,最多可以填到第13组,写入顺序需由Fixed PDO电压由低到高,而后接着一组AVS APDO。

图2:EPR_Source_Capabilities格式(取自 PD 3.1 Spec)

EPR模式流程

进入EPR模式供电之前,Source/Sink需要先建立Explicit PD Contract,在这个过程中,双方分别在Source Capabilities与 Request 信息中宣告自己是否有支持EPR模式,作为后面若要进EPR模式前检查双方能力的参考依据。进入EPR模式需要透过一沟通与检视的过程,步骤条列式整理如下:

Enter EPR Mode

  1. Sink 发送EPR_Mode信息,其中Data Object中设定为Enter,表示要进EPR模式的沟通 (EPR_Mode信息依其中内容设定,表示不一样的用途,可参考图3)
  2. Source检查双方都有支持EPR模式,并且当下状态有能力支持EPR模式供电。传送设定为Enter Acknowledged的EPR_Mode信息,表示Source目前状态允许进EPR模式
  3. 除了带线的产品外,Source必须要确认使用的线材规格可以承受EPR模式,藉由发送Discover ID Request,确认线材规格有支持EPR模式,且可承受最大电压为50V、电流为5A。
  4. 若以上确认都没问题,接着Source 会传送Data Object中设定为Enter Succeeded的EPR_Mode信息给Sink,此时成功进入EPR模式并进入下一阶段步骤

图3:EPR_Mode讯息(取自 PD 3.1 Spec)

PD Negotiate in EPR Mode

  1. Source发送EPR_Source_Capabilities宣告EPR模式中供电能力
  2. Sink依照需求选择PDO,填入EPR_Request中并传送给Source
  3. 当Source确认可满足要求后回传Accpet,并在调整好供电状态后,再传送PS_RDY完成这一次的沟通

在EPR模式中Source会侦测CC状态,闲置过久Source会发起Hard Reset,导致EPR模式中断,因此Sink每隔一段时间要传送EPR_KeepAlive 信息以维持在EPR模式中,当Source收到此信息会响应GoodCRC与EPR_KeepAlive_Ack,且重置计时。

Exit EPR Mode

Source / Sink可能因为各种因素,使的任何一方想要回到SPR模式,但在此之前,必须先将电压下降到至少定电压20V,方法有如下两种:

  1. Source 发送EPR_Source_Capabilities重新沟通,但其中宣告不包含EPR PDO
  2. Sink发送EPR_Requst,并在内容中设定只要求SPR PDO ,亦即不包含EPR PDO

上述两个动作任一完成后,电压应下降到20V或者更低,此时Source/Sink任一方都可发起EPR_Mode并将信息中Data Object中设定为Exit,表示要离开EPR模式,当任何一方发出这个信息后,Source需在tFirstSourceCap参数时间内送Source Capabilities,以重新建立PD Contract ,并回到SPR模式。

图4 : EPR模式范例流程示意图  (中间省略GoodCRC )

Type-C cable and Connector更新

目前"Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification"更新到2.1的版本,更新的重点也是把EPR的功能加进这次的规格里,根据Spec的说明各种速度都可以支持EPR的功能。

表5 : Cable类别 (取自 Type-C Cable and Connector Spec)

EPR Cable

  1. EPR的线缆是必须含有E-Marker来宣告产品的能力。
  2. E-Marker必须把EPR Mode Capable bit做设定并且须宣告支持50 V和5 A。
  3. EPR的线缆最小的工作电压必须达到53.65 V。

经由一些实验得知,在以下的情况下Vbus的脚位上会有比较明显的毁损:

Source 电流附载突然移除时,电压会急速变化。

Sink 接收端的Vbus脚位在长时间处于高电压的状态下。

Cable 

a.    Vbus在微秒内持续震荡。

b.    0.1~1 微秒内,发生电流附载突然移除会导致IR的电压突然下降。

结论

USB-IF近年来持续的研拟并推出新方案,使PD功能更加完善。这一次透过EPR模式扩展规格,使这项技术可以更广泛的被应用在各类型的产品上,但也因为提供更高瓦数的充电方式,使规范对于EPR模式相较于以往PD3.0有较多的限制,包含EPR模式允许使用的电压选择与以往不同,少了选择性支持的弹性空间,并且产品必须导入EPR模式的运作方式等等,为的是在扩充功能的同时,更严谨的审视安全性并且提升产品间的兼容性,因此未来将要导入的产品,也需要更谨慎评估与应用这项功能。

参考文献

USB Type-C® Cable and Connector Specification Revision 2.0

USB Power Delivery Specification Revision 1.0 Version 1.2

USB Power Delivery Specification Revision 2.0 Version 1.3

USB Power Delivery Specification Revision 3.0 Version 2.0

作者

GRL台湾测试工程师 张文馨 Cindy Chang

毕业于国立成功大学材料所。具三年多的Power Delivery相关测试经验,熟悉Thunderbolt PD、USB-IF PD Compliance、QC (Qualcomm Quick Charge) 等测试规范。目前在GRL台湾负责PD测试,乐于协助客户PD方面的问题,以顺利取得认证。

责编:Luffy Liu

  • 123
    1
阅读全文,请先
您可能感兴趣
泰克公司电源市场部门负责人Jonathan Tucker讨论了更适合宽禁带功率器件的测试方法,以及这些方法如何帮助提高器件的性能。
近日,国家市场监督管理总局正式批准上海机动车检测认证技术研究中心有限公司(简称“上海汽检”)筹建国家汽车芯片质量检验检测中心,这标志着汽车芯片产品领域首个国家级检测中心正式落户上海嘉定安亭。
在电气设计过程中,需要做出某些设计选择。其中一个例子是使用跨接式连接器的USB C型连接器设计。在这种情况下,使用跨接式连接器时,PCB的整体厚度受到限制,因为跨接式连接器的厚度决定了整体厚度。
随着对复杂IC的需求不断增长,供应商面临着越来越大的压力,需要在尽可能短的时间内交付最高质量的IC。本文阐述了测试工程在交付定制IC以满足这一需求方面的重要性。
从1970年至今,半导体和集成电路技术经历了显著的发展,这些技术的进步与各种电子设备,如电脑、手机和智能终端的发展紧密相关。“工欲善其事,必先利其器”,半导体设备作为现代科技发展的核心工具,它不仅是推动数字经济的基石,更是实现创新突破的关键。
作为AI革命的核心,高性能芯片的复杂性、精度要求及先进技术的集成度持续提升。这种迅猛变化对支撑数字技术和半导体制造的自动测试系统提出了新挑战。
目前,智能终端NFC功能的使用频率越来越高,面对新场景新需求,ITMA多家成员单位一起联合推动iTAP(智能无感接近式协议)标准化项目,预计25年上半年发布1.0标准,通过功能测试、兼容性测试,确保新技术产业应用。
中科院微电子所集成电路制造技术重点实验室刘明院士团队提出了一种基于记忆交叉阵列的符号知识表示解决方案,首次实验演示并验证了忆阻神经-模糊硬件系统在无监督、有监督和迁移学习任务中的应用……
C&K Switches EITS系列直角照明轻触开关提供表面贴装 PIP 端子和标准通孔配置,为电信、数据中心和专业音频/视频设备等广泛应用提供创新的多功能解决方案。
投身国产浪潮向上而行,英韧科技再获“中国芯”认可
近期,多个储能电站项目上新。■ 乐山电力:募资2亿建200MWh储能电站12月17日晚,乐山电力(600644.SH)公告,以简易程序向特定对象发行A股股票申请已获上交所受理,募集资金总额为2亿元。发
投资界传奇人物沃伦·巴菲特,一位94岁的亿万富翁,最近公开了他的遗嘱。其中透露了一个惊人的决定:他计划将自己99.5%的巨额财富捐赠给慈善机构,而只将0.5%留给自己的子女。这引起了大众对于巴菲特家庭
来源:观察者网12月18日消息,自12月2日美国发布新一轮对华芯片出口禁令以来,不断有知情人士向外媒透露拜登政府在卸任前将采取的下一步动作。美国《纽约时报》12月16日报道称,根据知情人士以及该报查阅
万物互联的时代浪潮中,以OLED为代表的新型显示技术,已成为人机交互、智能联结的重要端口。维信诺作为中国OLED赛道的先行者和引领者,凭借自主创新,实现了我国OLED技术的自立自强,成为中国新型显示产
来源:IT之家12 月 18 日消息,LG Display 韩国当地时间今日宣布,已将自行开发的“AI 生产系统”投入到 OLED 生产线的日常运行之中,该系统可提升 LG Display 的 OLE
对于华为来说,今年的重磅机型都已经发完了,而明年的机型已经在研发中,Pura 80就是期待很高的一款。有博主爆料称,华为Pura 80将会用上了豪威OV50K传感器,同时电池容量达到5600毫安时。至
12月18 日,据报道,JNTC与印度Welspun BAPL就车载盖板玻璃的开发及量产签订了投资引进业务合作备忘录(MOU)。资料显示,JNTC是韩国的一家盖板玻璃厂商。Welspun的总部位于印度
“ 洞悉AI,未来触手可及。”整理 | 美股研究社在这个快速变化的时代,人工智能技术正以前所未有的速度发展,带来了广泛的机会。《AI日报》致力于挖掘和分析最新的AI概念股公司和市场趋势,为您提供深度的
万物互联的时代浪潮中,以OLED为代表的新型显示技术,已成为人机交互、智能联结的重要端口。维信诺作为中国OLED赛道的先行者和引领者,凭借自主创新,实现了我国OLED技术的自立自强,成为中国新型显示产
 “ AWS 的收入增长应该会继续加速。 ”作者 | RichardSaintvilus编译 | 华尔街大事件亚马逊公司( NASDAQ:AMZN ) 在当前水平上还有 38% 的上涨空间。这主要得益