usb 电力输送 2.0电源适配器的终结？ -凯发app官网登录

近期发布的新 usb 规格标志着重点转移：从功率有限的接口到向数据接口和配电系统组合供电。

传统上，usb 端口的可用功率有限——usb 2.0 提供了单一 5v 电源线，最大电流强度为 500 ma。这足以应对很多小型设备，但不足以应对笔记本电脑或硬盘驱动器 (hdd)。

事实上，usb 已经成为很多手机、固态驱动器和 mp3 播放器唯一的电源插座。今天，这样的设备一般通过包含在其他设备（如笔记本电脑、汽车、飞机，甚至是墙壁插座）的 usb 端口充电。此外还有仅在 usb 电源上运行的非智能设备，如 led 灯。

最新的 usb 3.1 规格在采用传统的 a 型连接器时，电流能力提高到 900 ma。在与新的 c 型连接器配对时（通过其四个电源/接地对），usb 3.x 系统以提供高达 3 a 的电流强度，而电压仍只有 5 v。

这可能令人瞩目，但它对挂壁式电源适配器的无处不在并不构成威胁。要做到更多，就需要更高层次的功能——usb 电力输送规格因此应运而生。

usb 电力输送规格

usb 电力输送规格 (usb pd) 让 usb 可以超越其有限电流的功率输出能力，成为双向电源，接收或输出能力高达 100 w (5 a @ 20 v)。usb pd 独立于 usb 3.1 和 usb-c；系统可以在不符合 usb pd 或 usb-c 规格的情况下与 usb 3.1 兼容。

在 usb 电力传输中，usb 端口对可协调 usb 电缆中的功率流的电压、电流和方向。功率方向不再是固定的，让拥有功率的产品（主机或外设）能够提供功率；如果条件变化，系统可以响应。

图 1：usb-c 和 usb 电力传输规格：一套规则规范一切。（来源：nxp）

更高的电力容量让磁盘驱动器、打印机等设备可以通过 usb 供电，这样就无需为每台设备都单独配备电源适配器，同时也减少了浪费；有人估计，每年美国和欧洲丢弃的电池充电器高达 15 万吨。当电源管理跨越多台外围设备时，每台设备只能取用完成手头工作所需的电力，并只在需要时获得更多电力。这提升了在整个多设备系统中分配电力的灵活性；例如，一台电池供电的设备（如笔记本电脑）可以在充电期间从集线器获取电力，而在笔记本电脑的硬盘驱动器运转时反过来供电。

usb-c 连接器的设计是完全可逆的，并且具有专门用于此目的的引脚；在与有 usb-c 电子标记的电缆组件 (emca) 相结合时，它为新的电源分配体系结构奠定了基础，而新的电源分配体系结构已经可以在新产品中看到。

它是如何做到这一点的？usb pd 将电源或主机与功率消耗者或设备区分开来。在 usb pd 术语中，这些功能分别被称为 dfp（下行端口）和 udp（上行端口）。

在最简单的配置中（例如，一个诸如闪存驱动器的 ufp 插入诸如笔记本电脑的 dfp），5 v 功率只向一个方向流动，即从 dfp 流向 ufp，dfp 插座中 ufp c 型连接器的方向必须加以确定。在这种情况下，只有 dfp 需要配置通道控制器；vbus 引脚打开，ufp 包括 cc 引脚上的下拉电阻 rd（如图 2 所示）。

图 2：简单的 dfp 至 ufp 连接。（来源：cypress semiconductor）

dfp 在两个 cc 引脚（cc1 和 cc2）上都有上拉电阻 rp。rp 的值表示电流限制 dfp 电源的值（如表 1 所示）。ufp 插入后，dfp 可以通过监视 cc1 或 cc2 是否被拉低确定连接器的方向。图 2 显示了这种情况。

表 1：电阻器的值与 dfp 电流限制比较。（来源：cypress semiconductor）

这个简单的配置只允许 5 v 操作；如需超过 3 a 或 5 v，那么链路两端必须要有配置控制器。

下一个复杂级别的形式是双角色端口 (drp)；根据需要，它可以是功率提供者 (dfp) 或功率消耗者 (ufp)。drp 现在包含一个带有传输/接收块的配置控制器，并包括可根据需要连接到 cc 引脚的 rp 和 rd 电阻。

电子标记电缆组件 (emca)

大多数 usb 系统包括将一台设备连接到另一台设备的电缆。在 5 v/3 a usb pd 系统中（如图 2 所示），这种需要仅是 dfp 和 ufp 之间简单的电连接。带有一个或多个处理超过 3 a 或 5 v 的 drp 的复杂系统需要一个或多个嵌入配置控制器的 emca，以提供电子标记。

图 3 显示了带有一个 emca 的 usb 连接；配置控制器被标为“ccg1”。由于 dfp 和 ufp 现在都充当插座，它们都包含 cc1 和 cc2 引脚，而不是 cc 和 vconn；emca 有两个 cc/vconn 对。

每个插头中的电阻器 ra 表示 dfp 和 ufp 都有 emca；在电缆内，dfp 和 ufp 的 vconn 供应在电气上相互隔离。因为它们都必须适应电缆翻转，dfp 和 ufp 在其各自的 cc1 和 cc2 线路上包含 ccg。

图 3：带有 emca 的 dfp 至 ufp 连接。（来源：cypress semiconductor）

下一代配电

一旦完整的 usb 3.1/c 型/usb pd 三剑客推出，重新构想直流配电的可能性将呼之欲出。在这一愿景中，极少设备会依赖于电源插座；取而代之的是，直流电源从集成电源集线器传输到大多数设备（如图 4 所示）。

在这里，一个显示器连接到一个标准的墙壁插座，并包括一个功率集线器，该功率集线器向多台设备（取决于具体设备，每台设备都有各自的 drp 或 ufp）提供直流电。与配置和功率数据并行，普通的 usb 串行数据通信也正在发生。

图 4：采用 usb pd 的潜在未来配电体系结构。（来源：busb.org）

将这一概念进一步扩展，未来学家预测，通过 usb 的低电压直流线路将可能成为家庭和办公室的标准线路，向所有连接的设备同时提供数据和电源。其中一个好处是，这样的网络将与由本地太阳能阵列产生的电力良好配合。目前，由本地太阳能阵列产生的电力通常是通过复杂的逆变器网络回馈到电网。

然而，在后震网 (stuxnet) 时代，还有一些明显的安全隐患尚未得到圆满解决。作为物联网生态系统的一部分，在分布式网络上的这种加密和认证问题正获得大量关注，因此稳健、低成本的凯发app官网登录的解决方案预计将很快面市。

爱迪生的复仇？时机还没有到。

普遍存在的低压直流电是否意味着交流电的终结？并非如此。虽然 usb 电源可满足大多数娱乐和计算设备的需求，但即便是小型家电的功率也会使用高出很多：咖啡壶 ~ 200瓦；搅拌机 ~ 300瓦；爆米花机 ~ 250 w。空调、洗衣机、烘干机等许多其他设备功率达数千瓦，或需要多相电源。

很大的可能是直流电和交流电并联系统：直流电用于娱乐、计算、电话和物联网设备，还可能用于照明和警报系统，而交流电用于其他一切设备。

arrow electronics 和新的 usb 标准

usb 电力输送规格、usb 3.1 和 usb-c 连接器代表了串行通信在多个市场的新标准和未来，以及半导体、连接器、电缆等产品供应商的巨大商机。它将影响到几乎所有消费市场，所以 arrow 和我们的供应当然领先一步。

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