USB Power Delivery

USB Power Delivery (PD) on kiirlaadimistehnoloogia, millega saab laadida erinevaid seadmeid alates telefonidest lõpetades monitoridega. PD suudab varustada seadmeid suurema võimsusega, kui tavalised seina adapterid. PD kõige uuem versioon (3.2) toetab kuni 240 W laadimist 20 V ja 5 A juures. Esimene USB protokoll (0.8) idee käidi välja aastal 1994 IBM-i, Inteli, Microsofti ja ka mõne teise suurema firma poolt. USB idee oli välja vahetada paralleel ja järjestikpordid arvutisüsteemides, mis vajavad erinevaid laienduskaarte. Lisaks oli USB eesmärk olla kiirem ja ka olla lihtsamalt ühendatav teiste seadmetega. Algul plaaniti USB spetsifikatsiooni kasutada ainult andmete edastamiseks, kuid USB 1.0 välja laskmise ajaks hakati ka edastama voolu tänu paari juhtme lisamisele. Esialgselt oli voolutugevus 0,1A ja seda pingel 5V, mistõttu kasutati seda peamiselt välisseadmete jaoks, mitte kohe asjade massiliseks laadimiseks. USB 1.0 maksimaalne andmeedastuskiirus oli 12 megabitti sekundis ning anti hüüdnimi "full speed" ehk täiskiirus. Andmeedastuskiiruse nõudluse suurenedes lasti aastal 2000 välja USB 2.0, mille andmeedastuse kiirus oli 40 korda suurem ehk 480 megabitti sekundis. Lisaks andmeedastuskiirusele tõsteti ka voolutugevust, mida USB saab edastada, milleks on nüüd 0,5A. Avastati, et nüüd 2,5W laadimisvõimsusega on võimalik laadida ka mobiiltelefone. Kui saadi aru, et USB spetsifikatsiooni kasutati väga laialdaselt ainult seadmete laadimiseks, siis lasi USB-IF välja aastal 2008 USB 3.0 versiooni, millega tõsteti USB-pesade voolutugevust 0,5A pealt 0,9A peale. Lisaks muutus ka kiiremaks andmeedastus vastavalt 480 Mbit/s pealt 5000 Mbit/s peale. USB 3.0 pesadele lisati ka uus režiim CDP (Charging Downstream Port). Aasta enne USB 3.0 välja tulekut lasti välja PD eelkäija-Battery Charging (BC), mis võimaldas voolutugevust 1,5A 5V juures, mis oli tolle aja kõige võimsam laadimise protokoll. Kuna üks USB iseärasus oli, et sai andmeid vahetada andmeid mõlemat pidi: nii allikalt neelule, kui ka neelult allikale, kuid siiamaani sai laadida ainult ühte pidi. Kuna pidevalt oli 5V pinge peal ehk ühendus oli "kuum", siis ei saadud laadimist ka mõlemapoolseks teha, kuna kui mõlemad pooled tahavad laadida üksteist, siis see kahjustab kindlalt ühte kahest seadmest. See oligi üks peamistest põhjustest, miks hakati mõtlema välja USB Power Deliveryt. Üks paralleelne probleem, miks hakati seda veel välja mõtlema oli see, et väga paljud seadmed kasutasid siis veel otse seinast voolu, mis tähendab, et ei olnud mingeid standardeid veel juhtmete osas niiet oli palju erinevaid juhtmeid, rohkem kui vaja elektroonikajäätmeid, mis omakorda kahjustab keskkonda. Ei aidanud ka see kaasa, et igal USB versioonil oli oma pesa ehk jällegi. rohkem erinevaid juhtmeid. Power Delivery esimene versioon (PD 1.0) lasti välja aastal 2012. Kui eelnevalt oldi piiratud kuniks 7,5 W laadimisega, siis nüüd sai laadida kuni 100 W. Power Delivery toetas ainult USB type-A ja type-B soklit. Power Delivery 1.0 versioonil oli 5 fikseeritud profiili: 10,18,36,60 ja 100 W profiilid. PD suhtleb seadmega aktiivselt, millist profiili kasutada soovitakse. Vestlus toimub läbi käepigistuse (Handshake), ning niiviisi saab siis neel küsida allikalt piisaval pingel piisavalt suurt voolutugevust. Näiteks kui telefon soovib saada 36W, et laadida, siis telefon saadab signaali adapterisse, et nüüd soovib saada vastavalt 12 V pingega 3 A voolutugevuse. Kuni 6 0W võimsuseni võis kasutada põhimõtteliselt ükskõik millist Power Delivery toega Type-A või Type-B juhet, siis 100W kasutamiseks oli vaja spetsiaalset juhet, millel on paksemad juhtmed, et lasta läbi suurem voolutugevus. Power Delivery 2.0 tuli välja kaks aastat hiljem ehk 2014. Peamised muutused võrreldes PD 1.0-iga oli see, et nüüd ei olnud enam fikseeritud viis kindlat võimsust, millega laeti, vaid nüüd on 4 profiili, kus pinge on sama, aga voolutugevus võib varieeruda juba. Enam ei oldud kinni fikseeritud voolutugevusel vaid nüüd võis ka seade võtta vastu 12V ja 3A asemel 15V ja 2,4A-ga, et saada 36W. Lisandus ka uus pesa nimega Type-C, mis toetab USB Power Delivery 2.0. Kusjuures Power Delivery 2.0 tuli välja samal päeval, kui tuli välja USB Type-C. Power Delivery 3.0 tuli välja aastal 2015. See läks nüüd siis üle ainult Type-C ühendusele, mis omakorda peab ka toetama PPS funktsiooni ehk Programmable Power Supplyd. Lisaks suudab Power Delivery nüüd kahepoolselt voolu edastada, kasutades kiiret rollivahetust (Fast Role Swap või lühidalt FRS). Power Delivery 3.0 eesmärk ei olnud suurendada laadimisvõimsust vaid oligi suurendada kommunikatsiooni seadmete vahel. See väljendus siis APDO kasutamises ehk Augmented Power Delivery Objecti kasutamsies, mis tähendab, et väljundpinge saab varieeruda kindlas vahemikus kasutades PPS režiimi. Power Delivery 3.1 tuli välja aastal 2021 ning see tõi uuenduse laadimisvõimsusega. Täpsemalt saab nüüd laadida seadmeid kuni 48V pingega 5A voolutugevusega ehk kokku 240W võimsusega. Tänu sellele on eelmine versioon üle nimetatud SPR (Standard Power Range) ning 3.1 kannab nüüd nime EPR(Extended Power Range). Lisaks on nüüd olemas serifitseeritud toodete logod. Kui tootel on sertifikaadi logo siis see on läbinud USB-IF (USB Implementers Forum) testid. Power Delivery 3.2 on välja kuulutatud 2023 aasta sügisel, kuid selle kohta informatsiooni väljas ei ole välja arvatud selle spetsifikatsioon. Power Deliveryt kasutatakse mitmesuguste asjade laadimiseks. Algselt kasutati seda peamiselt telefonde, kõrvaklappide ning hiirte jaoks, kuid on lisandunud ka monitorid ja ka sülearvutid sinna. Pärast PD 3.1 spetsifikatsiooni väljastamist hakati ka kasutama seda mänguriläpakates, mis nõuavad rohkem võimsust. Enamus seadmetest, mis võtavad voolu läbi Type-C ühenduse toetavad mingit versiooni Power Deliveryst. Power Delivery on annab kasutajale võimaluse kasutada ainult ühte standardit. Näiteks Samsunigil on enda kiirlaadimistehnolooiga, siis probleem on selles, et kui tehnoloogia on tooja põhine, siis ei ole enam kasusid, et on üks port kõigi jaoks. Power Delivery lahendabki seda probleemi, et standardiseerib ühte kiirlaadimistehnoloogiat ja juhet. Lisaks vähendab see elektroonikajäätmete tekkimist. Power Delivery kasuks räägib ka see, et sellel on kahepoolne laadimine ning Euroopa Liit läheb üle USB Type-C pesa kasutamisele. Aastaks 2024 lähevad kõik väiksemad seadmed Type-C tootmisele üle, näiteks telefonid ja kõrvaklapid ning aastaks 2026 viiakse üle suuremad seadmed näiteks sülearvutid ja monitorid. Liigne võimsus, mis tähendab, et tekib suur temperatuur ja suur temperatuur võib tekitada elektroonika kahjustusi nii toiteadapteris, telefonis endas, kui ka juhtmes. Lisaks on väga suur praegune probleem tootja "sabotaaž" ehk suuremad firmad teevad iseenda lahenduse, mida nad eelistavad, mitte ei kasuta ühist standardit. Lisaks on ka olnud probleeme sellega, et power delivery laadimine on ebastabiilne. Peamine põhjus, miks alternatiive proovitakse on see, et tahetakse saavutada Power Deliveryt ületav võimsus, millega laiendaks selle funktsionaalsust. Lisaks on ka see põhjus, et kui tahta Power Deliveryt kasutada, siis peab maksma USB-IF-ile tasu 5000-6000 eurot. Alternatiivid: Qualcomm Quick Charge – 100 W MediaTek Pump Express – 30 W Huawei SuperCharge – 66 W Oppo Super VOOC – 240 W ASUS HyperCharge – 65 W Xiaomi HyperCharge – 120 W https://www.renesas.com/us/en/document/whp/usb-power-delivery-changes-game https://www.cablematters.com/Blog/USB-C/what-is-usb-c-power-delivery https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/usb-power-delivery-2-end-of-the-line-for-the-power-brick https://resources.altium.com/p/usb-power-delivery-your-next-project https://plugable.com/blogs/news/what-is-240w-usb-extended-power-range-epr https://www.coolgear.com/news/what-is-usb-c-pd-2-1-epr.html https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/SSZTAQ4 https://www.graniteriverlabs.com/en-us/technical-blog/quick-charge-usb-power-delivery-overview https://www.belkin.com/my/support-article?articleNum=318878 https://blog.techdesign.com/types-of-usb-power-delivery/ https://manhattanproducts.us/pages/power-delivery-technology