Was ist USB Power Delivery (PD)-Technologie? Eine Erklärung von USB-PD und seinen Typen.

USB Power Delivery (PD) ist eine Technologie, die es einem Gerät ermöglicht, mit dem Ladegerät und dem Kabel zu kommunizieren, um seinen Strombedarf zu ermitteln und so ein sicheres, schnelles und effizientes Laden zu gewährleisten. Der entscheidende Unterschied liegt in der höheren Übertragungsleistung im Vergleich zu herkömmlichen USB-Lademethoden. Darüber hinaus kann USB-PD technisch in jeden USB-C- Anschluss integriert werden , sofern der Hersteller dies wünscht.

Selbst proprietäre Ladestandards von Unternehmen wie OnePlus , Xiaomi und Apple können mit der Vielseitigkeit von USB-PD nicht mithalten. Allerdings gibt es verschiedene USB-PD-Stufen, und nicht jedes kompatible Gerät unterstützt dieselbe Art der Stromversorgung. Schauen wir uns das Ganze also genauer an und sehen wir uns an, wie USB-PD funktioniert.

Wie funktioniert USB PD?

Wenn Sie ein neueres Smartphone besitzen, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass es deutlich schneller lädt als ältere Modelle. Dies liegt vermutlich an USB-PD und dessen Fähigkeit, die Ausgangsspannung im Gegensatz zu älteren Protokollen selbst zu konfigurieren.

USB , das gängigste Kommunikationsprotokoll, ist Ihnen wahrscheinlich bereits bekannt. Doch beim Thema Stromversorgung hinkte USB Battery Charging , der Vorgänger von USB-PD, anderen Standards hinterher. Mit der Zeit benötigten wir außerdem eine Möglichkeit, unsere Geräte schneller, sicherer und effizienter zu laden. Hier kommt USB Power Delivery ins Spiel.

Um dieses Konzept zu verstehen, muss man zunächst wissen, was Energie ist.

Vereinfacht ausgedrückt ist die Leistung das Produkt aus Stromstärke und Versorgungsspannung (P=IV) . Bei der Leistungsanpassung (PD) werden Stromstärke und Spannung so eingestellt, dass die benötigte Leistung bereitgestellt wird. Diese benötigte Leistung wird durch die Abstimmung der Leistungsabgabe zwischen Ladegerät und Gerät ermittelt.

Das Ladegerät sendet zunächst ein Signal mit geringer Leistung an das Gerät. Dieses reagiert darauf, indem es die maximale Leistung aufnimmt. Anschließend passt das Ladegerät Ausgangsspannung und -strom an die Anforderungen des Geräts an.

Dies geschieht, um einen sicheren Ablauf des Versandprozesses zu gewährleisten und etwaige Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden.

Als grobe Schätzung gilt: Ihr Smartphone lädt wahrscheinlich mit mindestens 15 W, sofern es Schnellladen unterstützt. USB-Akkuladung hingegen unterstützt eine maximale Ausgangsleistung von 5 V und 0.9 A , was ungefähr 4.5 W entspricht.

Aus diesem Grund ist USB Typ-C auch verbreiteter als Typ-A oder Micro-USB, da es bei 5 Volt 3 Ampere liefern kann oder alternativ 1.5 Ampere bei derselben Spannung. Und mit PD kann Ihr Gerät (sofern unterstützt) bis zu 240 Watt Leistung erreichen!

Die Rolle von USB Typ-C in USB PD

USB PD und USB Typ-C werden oft verwechselt oder synonym verwendet, sind aber tatsächlich zwei unterschiedliche Technologien. USB PD ist ein Protokoll, das es Geräten ermöglicht, ihren Strombedarf auszuhandeln, während USB Typ-C lediglich ein Anschlussstandard ist, der USB PD ermöglicht.

Daher nutzen zwar alle USB-Typ-C-Anschlüsse einen USB-PD-Anschluss, aber nicht alle USB-Typ-C-Anschlüsse unterstützen USB PD . Um die schnellen Ladezeiten von USB PD nutzen zu können, müssen daher sowohl Ihr Gerät als auch Ihr Ladegerät USB PD unterstützen.

USB Typ-C hingegen bietet Reverse Charging , d. h. es kann Signale in beide Richtungen senden. Das macht es praktischer, da Sie damit beispielsweise Ihre tragbare SSD über Ihr Smartphone mit Strom versorgen oder sogar Ihr Smartphone aufladen können, indem Sie es mit einem anderen Smartphone verbinden. Allerdings gibt es hierbei Einschränkungen, da manche Hersteller bestimmte USB-PD-Funktionen beschränken. Ihre Erfahrungen können daher variieren.

USB PD-Typen

Als Standard hat sich USB-PD rasant weiterentwickelt und ermöglicht schnelles und effizientes Laden von Geräten. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle Geräte PD auf dieselbe Weise implementieren, was die zahlreichen Überarbeitungen im Laufe der Jahre erklärt.

USB PD 1.0 war ein Meilenstein und ermöglichte eine Leistung von bis zu 100 W (20 V bei 5 A) – ein bedeutender Fortschritt gegenüber den herkömmlichen USB-Leistungsspezifikationen. Die Leistungsstärke wurde nun durch einen Aushandlungsprozess zwischen Gerät und Ladegerät ermittelt und war nicht mehr wie zuvor an feste Spannungs- und Stromwerte gebunden.

Die Weiterentwicklungen von USB PD 2.0 und 3.0 konzentrierten sich primär auf Funktionen des Energiemanagements. Sie lieferten detailliertere Informationen über das geladene Gerät, beispielsweise Meldungen über zu hohe Batterietemperaturen oder Überschreitungen der erwarteten Spannungs- oder Stromwerte. Diese Verbesserungen erhöhten die Ladesicherheit und -effizienz deutlich.

Die Wirksamkeit dieser Verbesserungen hängt jedoch von der Kompatibilität Ihres Geräts und Ladegeräts ab. Zwar lassen sich die Vorteile einer bestimmten PD-Version nur dann voll ausschöpfen, wenn sowohl Gerät als auch Ladegerät diese Version unterstützen, doch ist USB PD auf Abwärtskompatibilität ausgelegt.

Das bedeutet, dass ein Gerät, das beispielsweise PD 3.0 unterstützt, weiterhin mit einem PD 2.0- oder 1.0-Ladegerät geladen werden kann, allerdings ohne die zusätzlichen Energiemanagementfunktionen, die in späteren Versionen eingeführt wurden.

Programmierbares USB-Netzteil (USB PPS)

Erinnern Sie sich noch daran, dass wir besprochen haben, dass USB PD mit definierten Spannungspegeln arbeitet? Traditionell liegen diese Pegel bei 5 V , 9 V , 15 V und 20 V , was zu den üblichen Laderaten von Geräten wie 18 W oder 30 W beiträgt . Was aber, wenn die optimale Ladegeschwindigkeit für Ihr Gerät zwischen diesen Werten liegt, beispielsweise bei 44 W?

Früher, mit USB PD 2.0, waren die Ladespannungen fest vorgegeben, sodass ein 44-W-Gerät nur mit geringerer Leistung geladen werden konnte. Mit der Einführung des programmierbaren Netzteils (PPS) in USB PD 3.0 hat sich dies grundlegend geändert. PPS ermöglicht die präzise Steuerung von Spannung und Stromstärke in Schritten von 20 mV bzw. 50 mA . Dank dieser präzisen Steuerung kann das Ladegerät praktisch jede Laderate innerhalb der vom Gerät unterstützten Kapazitäten exakt unterstützen.

Die zunehmende Verbreitung von USB PD mit PPS kann unsere Ladelösungen erheblich vereinfachen. Hauptziel von USB PD ist die Steigerung der Ladeeffizienz bei gleichzeitiger Reduzierung von Elektroschrott. Durch die Nutzung von PPS kann ein einziges Ladegerät idealerweise eine Vielzahl von Geräten vollständig mit Strom versorgen, wodurch der Bedarf an mehreren gerätespezifischen Ladegeräten minimiert wird.

Vorteile von USB PD

Was macht USB PD also zu einer so weit überlegenen Option gegenüber allen anderen Standards?

1. Höheres Energieniveau: USB-PD kann bis zu 240 Watt Aus Energie, die das effiziente Laden von Geräten mit hohem Stromverbrauch ermöglicht, wie z. B. Laptops und Spielkonsolen.
2. Flexible Leistungsanpassung mit PPS: Die programmierbare Stromversorgung (PPS) ermöglicht die Stromversorgung des Geräts. Anforderung einer Zwischenspannung im Bereich von 15 Volt bis zur maximal verfügbaren Konstantspannung Vom Ladegerät. Diese Flexibilität gewährleistet, dass das Gerät die für ein effizientes Laden erforderliche Spannung erhält, während gleichzeitig die Ladegeschwindigkeit erhöht und die Wärmeentwicklung reduziert wird.
3. Einführung neuer elektrischer Spannungen in USB PD 3.0: USB PD 3.0 fügt neue stabile Spannungen hinzu, wie zum Beispiel 28 Volt، 36 Volt, و48 VoltWas bis zu 140 Watt، 180 Watt, و240 Watt Der jeweilige Energieverbrauch ist entsprechend. Obwohl diese Werte nicht für mobile Geräte gelten, erfüllen sie die Anforderungen von Geräten mit hohem Energiebedarf.
4. Bidirektionaler Energiefluss: USB PD unterstützt bidirektionalen Stromfluss, sodass Geräte sowohl Strom empfangen als auch abgeben können. Diese Funktion ermöglicht es beispielsweise einem Laptop, ein Smartphone über ein USB-Typ-C-Kabel am selben Anschluss aufzuladen, an dem er selbst geladen wird.
5. Intelligentes Energiemanagement: USB PD ermöglicht es jedem Gerät, nur so viel Strom zu beziehen, wie es benötigt. Dadurch wird die Energieausnutzung verbessert und potenziellen Geräteschäden vorgebeugt.
6. Breites Anwendungsspektrum: USB PD ist nicht auf Geräte mit hohem Stromverbrauch beschränkt. Es eignet sich auch für Geräte mit niedrigem Stromverbrauch wie Kopfhörer. Der entscheidende Vorteil liegt in der universellen Anwendbarkeit, wodurch separate Ladegeräte für jedes Gerät überflüssig werden, sofern dieses USB PD unterstützt. Dies wirkt sich positiv aus auf Die Umgebung Es reduziert Ihren CO2-Fußabdruck.

Warum haben Unternehmen die Entwicklung ultraschneller Ladetechnologien eingestellt?

Die Handyhersteller versuchen ständig, die Ladegeschwindigkeit ihrer Geräte zu verbessern. Scheinbar alle zwei Wochen kommt ein neues Handy auf den Markt, das verspricht, in nur wenigen Minuten von null auf hundert Prozent geladen zu werden.

Xiaomi ist in diesem Trend führend und wirbt mit Ladeleistungen von 67 W und 120 W für seine Geräte. Oppo hingegen geht mit Ladeleistungen von über 200 W noch einen Schritt weiter . Obwohl diese hohen Geschwindigkeiten im Hinblick auf die Zeitersparnis zunächst vorteilhaft erscheinen, besteht ein subtiler Zielkonflikt zwischen Akkulaufzeit und Ladegeschwindigkeit.

Forschung und praktische Erfahrung haben gezeigt, dass extrem schnelles Laden die Batterie mit der Zeit schneller altern lässt. Daher haben viele Hersteller einen Kompromiss bei etwa 50 Watt gefunden . Diese Ladeleistung ist schnell genug, um ein Gerät einen ganzen Tag lang mit Strom zu versorgen, aber gleichzeitig langsam genug, um langfristige Schäden an der Batterie zu minimieren.

Das neue Nothing Phone (2) beispielsweise unterstützt 45-Watt -Schnellladen , ebenso wie das Samsung Galaxy S23 Ultra . Die neueste iPhone 14 Pro-Serie erreicht hingegen 35 Watt , doch Apple war in diesem Bereich noch nie dafür bekannt, neue Maßstäbe zu setzen.

Ähnliche Ladegeschwindigkeiten

Haben Sie sich, wie bereits erwähnt, jemals gefragt, warum die Ladegeschwindigkeiten der meisten Smartphones bestimmten Schritten folgen, beispielsweise 15 W , 18 W , 30 W oder 45 W , anstatt zufällig variierenden Werten wie 17 W oder 19 W ? Dieses Muster ist hauptsächlich auf das USB Power Delivery (USB PD)-Protokoll zurückzuführen, das mit bestimmten Leistungsstufen arbeitet und für seine festen Spannungen und Ströme bekannt ist.

Bedenken Sie jedoch, dass die tatsächlich erreichbare Ladegeschwindigkeit durch die spezifischen Leistungsstufen begrenzt ist, die sowohl Ihr Gerät als auch Ihr Ladegerät unterstützen.

Umweltbelastung

Aktuell sind Dutzende verschiedener USB-Ladestandards im Einsatz, jeder mit eigenem Anschluss und eigenem Stromversorgungsprotokoll. Diese Fragmentierung erschwert es Verbrauchern, die Ladegeräte mit unterschiedlichen Geräten zu verwenden (beispielsweise funktioniert Ihr Samsung-Schnellladegerät nicht mit einem Smartphone, das Oppos Super VOOC unterstützt ) und führt außerdem zu einer großen Menge Elektroschrott. Sehen Sie sich die Unterschiede unten an:

Stellen Sie sich nun vor, Sie könnten all dies mit einem einzigen PD-Ladegerät erledigen . Schließlich ist es in der Lage, alle in der Tabelle aufgeführten Leistungssteigerungen bereitzustellen.

USB PD ist zudem abwärtskompatibel mit älteren USB-Versionen , sodass Sie es auch mit Geräten verwenden können, die es nicht explizit unterstützen. Stellen Sie sich vor, wie viele Ressourcen, wie viel Elektroschrott und wie viel Geld Sie sparen könnten, wenn Sie nur ein einziges Ladegerät für alles bräuchten.

Leider sind Unternehmen nicht bereit, so leicht auf Gewinne zu verzichten . Selbst Apple, der größte Konzern der Welt, hat vor Jahren das Ladegerät aus der iPhone-Verpackung entfernt und behauptet, damit die ökologische Nachhaltigkeit zu unterstützen.

Gerüchten zufolge soll das iPhone 15 mit USB-C- Anschluss jedoch nur mit Apple-zertifizierten MFi-Ladegeräten (Made for iPhone) funktionieren. Dies würde einen Überschuss an Elektroschrott verursachen und die Schattenseiten solcher cleveren Marketingstrategien verdeutlichen.

USB PD wird langsam, aber stetig von immer mehr Herstellern eingesetzt. Wir hoffen, dass sich dieser Trend fortsetzt und USB PD in den kommenden Jahren zum Industriestandard wird.

Häufig gestellte Fragen zu USB PD

Ist USB Power Delivery sicher?

Ja, USB Power Delivery ist sicher. Der USB-PD-Standard beinhaltet mehrere Sicherheitsfunktionen, um Geräte und Benutzer vor Schäden zu schützen. Ladegerät und Gerät verhandeln die zu liefernde Strommenge, sodass das Gerät nicht mit zu viel Strom versorgt wird.

Wie kann ich überprüfen, ob mein Ladegerät USB PD unterstützt?

Achten Sie auf das „PD“-Symbol auf Ihrem Ladegerät. Wenn es mit Ihrem Gerät wie erwartet funktioniert, unterstützen sowohl Ihr Gerät als auch Ihr Ladegerät diese Funktion.

Ist USB PD PPS besser als USB PD 2.0?

Ja, PPS ermöglicht eine präzisere Spannungsregelung. Das bedeutet, dass das Ladegerät die exakt benötigte Spannung liefert, was potenziell zu schnellerem Laden und geringerer Wärmeentwicklung führt. Zusätzlich ist es mit USB PD 3.0 ausgestattet und liefert somit mehr Informationen über das geladene Gerät.