USB 충전

1. USB PD(Universal Serial Bus Power Delivery)

• 노트북 등에 주로 사용되는 충전 규격으로, USB Type-C 단자를 갖는 기기에 전력을 공급하는 고속 충전 규격
  • 칩의 Protocol을 통해 더 높은 출력과 더 빠른 충전 속도 제공
  • 최대 15W의 전력 공급이 가능했던 기존 USB에 비해 최대 240W의 전력 공급 가능 (USB PD 4.0. 2025.02 기준)
• 여러 개의 급속 충전 기술 호환성을 위해 만들어진 규격
  • 5V, 9V, 15V, 20V 4가지 전압 사양에 따른 출력 제공 (0.5W ~ 240W)
• Type-C는 커넥터, PD는 고속 충전을 의미
• Type-C 단자를 사용하는 기기 간 CC pin을 통한 협상을 통해 작동
  • Type-C to Type-A 케이블도 USB PD를 사용할 순 있으나 충전 속도가 느려짐

 

USB Type-C 이미지. 출처 : https://www.rohm.co.kr/electronics-basics/usb-pd/usbpd_what1

• USB PD 통신은 위의 CC 단자에서 이뤄짐
  • USB Data 통신과 동시에 전력 공급 가능
• CC(Configuration Channel) : 케이블 연결 방향 및 장치 역할 확인(host / device & DFP / UFP), USB PD 통신
  • DFP(downstream facing port) : Host의 포트 혹은 Hub에서 디바이스로 연결되는 포트. VBUS 전력 전달
  • UFP(upstream facing port) : Data를 수신하는 포트
• D+ / D- : USB 2.0 Data Line
• SBU(Sideband Use) : 저속 보조 통신에 사용

 

장점

• Type-C Connector의 사양을 통일해 편리성 향상
• 기기 간 전력 공급 가능
• 데이터 통신과 동시에 전력 공급 가능

단점

• 정해진 전압으로만 충전 가능 (5V, 9V, 15V, 20V)

 

2. PPS (Programmable Power Supply)

• 유동적이고 세밀한 충전 전압/전류 조절을 가능하게 하는, USB PD 3.0에 추가된 기능
  
  • 단 모든 USB PD 3.0 기기에서 PPS를 지원하는 것은 아님
• USB PD의 경우 정해진 충전 전류/전압만 사용 가능함
  • 즉 PD는 FPDO, PPS는 APDO 사용 가능
  • PDO (Power Data Object) : Power Source(TA / Charger)의 Power Profile을 묘사하는 구조화된 Data Packet
  • FPDO (Fixed PDO) : 정해진 전압/전류 (Ex) 5V / 3A, 9V / 2A)
  • APDO (Augmented PDO) : 지원하는 범위 내의 어떤 전압 / 전류든 sink에서 요청 가능
• Sink에서는 Source에서 지원하는 범위 내의 전압(20mV 간격), 전류(50mA 간격)를 요청
  • Source : 급전. 충전하는 장치에 전력을 공급하는 장치
  • Sink : 수전. 충전 전력을 공급받는 장치
• Source에서는 Sink에서의 요청에 따라 출력을 실시간으로 조절함

 

3. QC(Quick Charge)

• 퀄컴 사에서 개발한 고속 충전 규격으로, 스마트폰 충전에 주로 사용
• USB Type-A, Micro-USB, Type-C Connector 호환
• PD Protocol 없이 USB VBUS에 더 높은 전압을 Negotiate 할 수 있게 함
  • PD Controller 필요 X
• USB PD와 마찬가지로 FPDO 사용

 

QC 2.0

• 스마트폰 충전 시 가장 보편적으로 사용되는 고속 충전 규격
• Sink단에서 아래와 같은 D+ / D- line 신호의 Switching을 통해 전압 요청

D+ Voltage	D- Voltage	Requested Voltage
0.6V	0.6V	5V (Default)
3.3V	0.6V	9V
0.6V	3.3V	12V
3.3V	3.3V	20V

• 5V, 9V, 12V, 20V / 1.67A, 2A 지원
• 최대 18W 충전 가능

 

QC 3.0

• QC 2.0과 최대 전력은 동일하나, 비교적 최적의 전압 조절을 통한 충전 효율 향상 가능
• Sink에서 D+/D- 전압을 잠시(100~200µs) 변경하여 VBUS에 아래와 같은 pulse command를 전달해 전압 조정

Pulse Type	Request Voltage
D+ Pulse : 0.6V -> 3.3V -> 0.6V	200mV 상승
D- Pulse : 3.3V -> 0.6V -> 3.3V	200mV 하강

 

• QC 2.0에 비해 30%정도 빠른 충전 속도
• 3.6V ~ 20V / 2.5A, 4.6A 지원

 

QC 4.0 / 5

• CC line을 통한 USB PD 사용

 

장점

• 다양한 Connector들과 호환 가능
• PD Protocol에 비해 간단한 통신 과정
  • D+ / D- line 사용

단점

• USB PD와 달리 표준 규격이 아니므로 QC 사용을 위해선 License 구매 필요
  • 또한 QC와 호환되는 
• USB PD에 비해 낮은 공급 전력 (QC5 : 100W / PD 3.1 : 240W)
• 각 QC 버전 간 호환이 되지 않음
• PPS에 비해 큰 전압 조절 간격으로
  • QC : 200mV, PPS : 20mV
• TA의 전압 / 전류를 실시간으로 완벽히 제어 불가능
• 따라서 QC는 단순한 급속 충전이 필요한 기기에는 적합하나, 효율적인 충전이 필요한 기기엔 부적합함

 

USB 규격 종류

USB Standard Downstream Port (SDP)

• 표준 USB Port 규격 : 데이터 전송과 동시에 충전 가능
  • USB 2.0 최대 500mA 공급
  • USB 3.0 최대 900mA 공급

Charging Downstream Port (CDP)

• 충전과 Data 전달이 가능한 USB Port
• SDP와 달리 최대 1.5A 공급 가능

USB Dedicated Charging Port (DCP)

• 충전만 가능한 USB Port (데이터 전송 불가능)
• 최대 5V, 1.5A 전력 제공
• D+, D- 라인을 통한 고속 충전 가능 여부 인식

 

 

 

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참고 자료 : 

https://www.lge.co.kr/support/solutions-20153025575912

스스로 해결 : [LG 모니터] 모니터에서 노트북을 충전하는 USB PD(Power Delivery) 기능이 궁금해요 | LG

 

https://m.blog.naver.com/jsrhim516/221854324554

E23. PD (Power Delivery) 충전이란? Type-C 와는 조금 다르므로 주의

 

https://www.rohm.co.kr/electronics-basics/usb-pd/usbpd_what1

USB Power Delivery란? | 로옴 주식회사 - ROHM Semiconductor

 

https://www.fsp-group.com/kr/knowledge-prd-61.html

USB PD 충전기란 무엇인가요? 어떤 장점이 있나요?

 

https://www.androidauthority.com/usb-power-delivery-806266/

USB Power Delivery explained: What you need to know about ubiquitous charging

 

https://velog.io/@zhemdrawer/USB-PD-%EC%9D%B4%ED%95%B4

USB PD 이해

 

https://blog.naver.com/kwshop89/221614804339

PD? QC? 고속 충전규격 구분하기!

 

https://www.graniteriverlabs.com/ko-kr/technical-blog/qualcomm-quickcharge-qc2-qc3

Quick Charge 2.0과 Quick Charge 3.0의 원리

 

https://m.blog.naver.com/kwshop89/220282009916

USB 충전 기능을 지원하는 포트와 규격에 관하여..(SDP / CDP / DCP)