USB PD

USB Power Delivery

USB PD는 USB 표준의 일환으로, 다양한 장치에 더 높은 전력을 효율적으로 공급할 수 있도록 설계된 전력 전달 프로토콜이다.

기존의 USB의 전력 공급은 5V로 전압이 고정되어있는 상태에서 전류량을 늘려 USB2.0(2.5W), USB3.0(4.5W), USB BC(7.5W), USB-C(15W)의 전력 공급을 했던 것에 비하여, USB PD 는 전압 자체도 다양하게(5V, 9V, 15V, 20V 등) 변화시켜 전력을 공급할 수 있어서 훨씬 더 높은 전력 공급이 가능하다는 것이 가장 큰 차이이다. USB PD는 USB 인터페이스를 통해 최대 240W까지 전력을 전달할 수 있으며, 이는 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 다양한 장치를 충전하는 데 사용된다. USB PD 단자는 출력, 입력으로 두가지로 모두 사용할 수 있다.

USB PD의 주요 특징

높은 전력 공급: USB PD는 기본 USB 규격보다 훨씬 높은 전력을 지원합니다. USB PD는 최대 240W(48V, 5A)까지 전력을 제공할 수 있습니다.
양방향 전력 공급: USB PD는 양방향 전력 전송이 가능합니다. 즉, 충전기에서 기기로 전력을 공급할 뿐만 아니라, 기기에서 충전기로 전력을 공급하는 것도 가능합니다. 이는 노트북과 같은 장치에서 다른 장치를 충전할 때 유용합니다.
전압과 전류의 유연한 조정: USB PD는 전압(5V, 9V, 15V, 20V 등)과 전류를 동적으로 조정하여, 연결된 장치에 맞는 최적의 전력을 제공합니다. 이를 통해 효율적인 충전이 가능합니다.
USB Type-C 커넥터: USB PD는 주로 USB Type-C 커넥터를 통해 구현됩니다. 이 커넥터는 양방향으로 전력과 데이터를 동시에 전송할 수 있는 설계를 가지고 있습니다. USB Type-C는 USB PD 외에도 USB 3.1, USB 3.2, USB 4 등의 데이터 전송 규격도 지원합니다.
멀티플렉싱(Multiplexing): USB PD를 사용하는 동안, 전력 공급을 위한 전선과 데이터 전송을 위한 전선이 동시에 사용됩니다. 즉, 충전 중에도 기기 간의 데이터 통신이 가능하며, 이를 통해 USB 포트 하나만으로 고속 충전과 데이터 전송을 모두 처리할 수 있습니다.

USB PD의 작동 방식

PD Negotiation 프로세스: USB PD는 충전기와 연결된 기기 사이에서 전력 프로파일을 협상하여, 가장 적합한 전력 공급을 결정합니다. 충전기는 기기가 요구하는 전압과 전류를 지원할 수 있는지 확인하고, 지원 가능할 경우 해당 전력 프로파일로 전환합니다.
전력 프로파일: USB PD는 고정된 전력 프로파일을 사용하여 다양한 전력 수준을 제공합니다. 예를 들어, USB PD 2.0에서는 5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/3A 등의 전력 프로파일이 존재합니다.

USB PD의 버전

USB PD 1.0

초기 버전으로 최대 100W(20V, 5A)까지 지원했습니다. 고정된 전압에 고정된 전류값으로 출력하게 됩니다.

프로필	5V	12V	20V
0	비-PD 연결
1	2.0A(10W)	미지원	미지원
2	2.0A(10W)	1.5A(18W)	미지원
3	2.0A(10W)	3.0A(36W)	미지원
4	2.0A(10W)	3.0A(36W)	3.0A(60W)
5	2.0A(10W)	5.0A(60W)	5.0A(100W)

USB PD 2.0

PDO(Power Delivery Object) 지원

PDO 방식을 사용하여 충전 프로파일의 유연성이 개선되고, 다양한 기기와의 호환성이 향상되었습니다. 기존 USB PD 1.0의 고정 전압/고정 전류 방식에서는 고정된 전압에 고정된 전류만이 출력 가능했으나, PDO 방식에서는 고정된 전압에 기기가 요구하는 전력량에 맞게 전류량을 변동하여 출력하게 된다. 60W 이상의 전력을 사용할 때는 E-marker 케이블을 사용해야 한다.

요구 출력(W)	5V일 때 전류(A)	9V일 때 전류(A)	15V일 때 전류(A)	20V일 때 전류(A)
0.5~15W	출력 ÷ 5	미지원	미지원	미지원
15~27W	3A(15W)	출력 ÷ 9	미지원	미지원
27~45W	3A(15W)	3A(27W)	출력 ÷ 15	미지원
45~60W	3A(15W)	3A(27W)	3A(45W)	출력 ÷ 20
60~100W	3A(15W)	3A(27W)	3A(45W)	출력 ÷ 20¹⁾

USB PD 3.0

전력 전송의 효율성을 높이고, 새로운 충전 프로파일과 더 높은 전력을 지원하는 버전입니다. 특히, PPS(Programmable Power Supply) 기능이 지원 가능하게 되어, 기기의 충전 요구에 맞게 전압과 전류를 더욱 세밀하게 조정할 수 있습니다. 기존 USB PD 1.0, USB PD 2.0에서는 전압 프로파일이 5V(2A), 12V(5A), 20V(3A) 등 으로 고정된 프로파일을 지원하는 것에 비하여, PPS 방식은 기기에서 요청하는 전압 및 전류 사양에 대한 데이터를 받아서 원하는 전력 요구 사항을 세밀하게 지원할 수 있습니다. 단, 모든 USB PD 3.0에 PPS 기능이 지원되진 않기 때문에 PPS 지원 여부를 체크하는 것이 좋다.

USB PD 3.1

최신 버전으로, 최대 240W(48V, 5A)까지 전력 공급이 가능하며, 더 많은 장치와의 호환성을 제공합니다.

신규 추가된 전압규격

28V - 100W 이상
36V - 140W 이상
48V - 180W 이상

E-marker 케이블

60W 이하의 전력량은 일반적인 USB-C 케이블로도 동작하지만, 그 이상의 전력을 사용하는 경우에는 E-marker 칩셋이 내장된 케이블을 사용해야 한다. 고전력 사용시 E-marker 칩셋에서 케이블이 지원하는 전력량 이상의 전력이 케이블을 통해 전달되지 않도록 제한한다.

USB PD 트리거

일단 DC 입력 단자를 가진 기기를 위해서 해당 단자의 전압에 맞는 전력 프로파일을 내장한 USB-C to DC 젠더 장치이다. 대표적으로 USB PD 단자를 지원하지 않는 노트북을 위한 충전 젠더 등이 있다. 다양한 DC 커넥터 사이즈와 다양한 전압을 지원하기 때문에, 지원 전압과 사이즈를 잘 보고 구분해서 사용해야 한다

¹⁾

100W 지원 가능한 E-marker 케이블 필요

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