更强大的USB PD3.1快充协议

目前我们大多数Type-C接口仍然采用的是PD3.0快充协议，按当前用户的使用场景来看功率也完全够用，那么PD3.1快充协议是什么？USB PD3.1到底有没有必要？

不妨我们先了解一下PD3.1:

5月25日，USB-IF协会推出了USB Type-C线缆和接口标准v2.1版本，其中更新了有关供电能力的章节。USB PD3.1规范将原来的USB PD3.0内容归到标准功率范围（Standard Power Range，简称SPR）里面，最大功率保持100W不变；同时增加了扩展功率范围（Extended Power Range，简称EPR），最大功率由100W扩展到240W。

根据USB-IF协会公布的资料显示，在扩展功率范围EPR中，新增了28V、36V和48V三种固定电压档和三种可调电压档（Adjustable Voltage Supply，简称AVS）。

其中最大电流等级维持最大5A不变；100-140W功率是28V AVS，电压范围是15V-28V；大于140W到180W功率是36V AVS，电压范围是15V-36V；大于180W到240W是48V AVS，电压范围是15V-48V。

在USB PD3.1标准下，USB Type-C线缆分20V等级的普通线缆和50V等级的EPR线缆两种规格。超过100W的功率输出，不仅需要使用EPR（扩展功率）的5A线缆，而且还必须在Source，Sink和Cable之间通过EPR特定信息握手才能由SPR进入到EPR；如果线缆是固定在充电器上的Captive cable，则只需要Source和Sink之间握手即可。

由于电压等级大幅度调高，所以安全问题非常重要，EPR对连接器和线缆等的安规提出更高的要求。需要重点关注IEC 62368关于限功率电源（Limited Power Supply，简称LPS）的规定。

值得注意的是，本次USB PD3.1规范的制订中，华为、小米、立讯精密、慧能泰等多家国内公司都积极参与其中，为新标准做出了重要贡献，被写入标准起草企业目录。

USB-IF全称为USB Implementers Forum，成立于1995年，总部位于美国，由Apple苹果、HP惠普、Intel英特尔、Microsoft微软、Renesas瑞萨、ST意法半导体、TI德州仪器等公司共同开创。2020年12月会员总数累计已经突破12000家。

USB-IF是一个致力于发展Universal Serial Bus技术并推广其应用的非营利性组织，USB通过提供标准并统一化的传输接口规格，让计算机与外围配备间的连接传输变得轻松容易，省去使用外接卡或交换器的不便。一般应用USB规格的信息产品包罗万象，诸如计算机、相机、打印机、键盘、鼠标、屏幕、网络装置、手机及各种新式消费电子产品。

接下来我们看看USB充电标准发展历程：

2010年，USB-IF协会下属的BC（Battery Charging）小组制定BC1.2（Battery Charging V1.2）协议，主要用于规范电池充电的需求，该协议最早基于USB2.0协议来实现。后来的QC、AFC、SCP、FCP等几乎所有的私有快充标准（苹果除外）都是从BC1.2延申而来。

2012年7月，USB-IF发布了基于当时普遍存在的USB-A和USB-B接口的USB PD1.0标准，描绘了通过USB 3.0 和USB 2.0 接口最高可达100W供电能力的美好想象，但其使用24MHz频率，耦合到电源线载波，由于信号完整性及双向功率传输问题，很快被USB PD2.0所替代。

2014年8月，USB-IF协会发布了具有革命性意义的Type-C 1.0接口标准和USB PD2.0 标准，通过USB-C连接器和在线缆中增加CC通信线，实现了功率双向传输和最大100W供电的设想，解决了USB PD1.0实行中遇到的难点。

2015年底，USB-IF协会推出了USB PD3.0标准，并在2017年2月发布了USB PD3.0标准的重要更新，在USB PD3.0标准的基础上增加了可编程电源PPS。PPS是安卓阵营占有率非常高的快充形式，通过20mv的精细调节，配合手机内置电荷泵，可实现100W大功率快充。

PD3.1的行业意义：

USB PD3.1规范的推出，将会带领USB PD快充芯片进入一个更大的市场，不仅局限于手机充电、笔记本电脑充电的应用。

本次规范新增的28V、36V、48V电压，分别对应的是6节电池、8节电池和10节电池的应用。使得USB PD快充标准拓展了众多全新的应用领域，包括电脑、服务器、电机驱动和通信电源等。

由于端子和线缆的限制，USB-C传输电流限制为5A，USB PD3.0的电压为20V，100W的功率，限制了大功率使用场景。USB PD3.1通过扩展电压至48V，电流5A不变，使得承载的功率提高到240W。

对于电脑应用而言，目前的USB PD3.0标准的最大100W功率仅够维持部分轻薄型笔记本电脑的供电需求，更大功率的游戏本还是需要继续使用传统的大型DC适配器。

USB PD3.1标准可提供最大240W的充电功率，这几乎覆盖了所有高性能独显游戏本、移动工作站以及部分台式机供电，同时还将进一步提升USB PD快充标准在消费类电源领域的普及率，用先进的USB PD3.1适配器取代传统笨重的电源适配器。

USB PD3.1规范覆盖了24V母线电机驱动的电源供应，比如电动工具市场。目前内置电池的电动工具普及度越来越高，仅2020年电动工具的出货量达到了4.9亿台，而大部分电动工具都是采用多串的锂电池组供电，USB PD3.1标准的发布将推动电动工具从传统线性充电向USB PD快充的迭代，并可简化充电电路设计，降低总体成本并改善快充体验。

除此之外，USB PD3.1标准还可应用于安防领域POE供电、两轮电动车、IOT物联网设备等领域，优化设备成本。

总结：

USB PD3.1当然是有必要的，这次推出的PD3.1是非常有野心的标准升级，把USB PD的应用由传统的手机和笔记本电脑供电，扩充到便携式设备、物联网设备、智能家居、通信和安防设备、汽车和医疗等领域，让USB PD将成为真正大一统的供电标准，对地球环保、减少电子垃圾，万物互联起到重要的推动作用。

　　审核编辑：汤梓红