Power Delivery: Giải pháp truyền tải điện năng công suất lên tới 100 Watt

Sạc nhanh là một giải pháp tuyệt vời và thuận tiện giúp cho chúng ta luôn có nhiều thời gian hơn để sử dụng các thiết bị di động xung quanh. Sạc nhanh hiện nay có rất nhiều chuẩn như Quick Charge của Qualcomm, VOOC của OPPO hay Pump Expres của MediaTek và nhiều nữa. Nhưng trong bài này có một chuẩn mà mình muốn đề cập và phân tích cho anh em đó là USB Power Delivery. Đây là một chuẩn sạc được thiết kế để sạc cho hầu hết các phân khúc thiết bị chứ không chỉ là điện thoại hay tablet.

Ở thời điểm mới ra mắt của Pixel 2 và Pixel 2 XL, đây là hai thiết bị mới nhất hỗ trợ USB Power Delivery. Hai flagship này có thể làm việc với phụ kiện sạc lên tới 27 Watt nhưng thông thường là ở mức 18 Watt. Bộ đôi Pixel này trang bị cổng USB Type-C, và trước khi tìm hiểu về USB Power Delivery, có một vấn đề mà chúng ta cần làm rõ, đó là...

USB Power Delivery (PD) và USB Type-C
Đa số mọi người không rành và thường nhầm lẫn rằng PD và USB Type-C chính là một vì nhiều thiết bị Type-C có hỗ trợ PD và ngược lại. Tuy nhiên, sự thật là hai khái niệm này là khác nhau rõ ràng. Type-C là tên của một loại cổng USB mới nhất được giới thiệu, có hình dáng đối xứng, còn PD là tên của một chuẩn sạc được tích hợp vào cổng đó. Tuy nhiên, để sử dụng USB PD thì chúng ta cần phải dùng cổng USB Type-C vì nó phụ thuộc vào thiết kế các chân giao tiếp.

Bắt đầu tìm hiểu nào! Đầu tiên chúng ta cần biết công suất được tính bằng đơn vị Watt. Trong các thiết bị điện tử, chúng ta có công thức đơn giản "Công suất = Điện áp x Dòng điện". Trước đây khi thế giới còn dùng nhiều chuẩn USB 2.0, những thiết bị sử dụng USB 2.0 sử dụng thông số dòng và áp tương ứng là 500 mA và 5V ( milliAmpere và Volt), đồng nghĩa chúng ta có 2.5 Watt điện năng. Sau đó, với USB 3.1 thì dòng điện được nâng lên con số khoảng 900 mA. Khi chúng ta chuyển qua USB Type-C, các hãng đã cấu hình để cổng này có thể truyền tải điện năng lên tới 1.5 hay 3.0A để có nhiều năng lượng hơn khi kết nối hoạt động với các thiết bị Type-C khác. USB PD là một đặc tả kỹ thuật độc lập, có thể hoạt động trên cả hai chuẩn USB 2.0 và 3.0, đặc biệt hơn nó có thể truyền tải điện năng lên tới 100 Watt

Thông số dòng và áp cho một vài chuẩn USB​

Để sử dụng được USB PD, thiết bị của chúng ta còn cần phải phụ thuộc vào liệu có được nhà sản xuất trang bị cho nó hay không. Tương tự như Quick Charge của Qualcomm hay VOOC, cả thiết bị và củ sạc đều phải được trang bị tính năng này thì mới sử dụng được.

Cái nhìn kỹ hơn về Power Delivery
Một trong cái hay và cũng chính là động lực của các hãng để phát triển Power Delivery đó chính là tạo ra một chuẩn sạc chung cho tất cả: điện thoại, tablet, laptop, vân vân và mây mây. Với việc sử dụng chung này thì trong tương lai chúng ta sẽ giảm được đáng kể lượng rác điện tử thải ra môi trường (ở đây chính là các củ sạc với đầy đủ các loại và các chuẩn khác nhau). Để một chuẩn mà có thể dùng được cho nhiều thiết bị thì các nhà phát triển đã nghĩ ra một cách...

Dải thiết bị được sử dụng của chuẩn USB PD rất rộng, từ 2.5W cho tới tận 100W​

USB Power Delivery có 5 cấu hình sạc với các thông số được biểu diễn ở hình bên dưới. Như kiến thức cơ bản chúng ta từng biết rằng công suất phụ thuộc vào dòng và áp. Các cấu hình của PD phân phối các dòng và điện áp ra các độ lớn khác nhau, dẫn đến công suất sạc khác nhau, tối đa có thể lên tới 100 Watt. Thường thì các thiết bị di động chỉ cần 10 tới 18 Watt là đủ, còn với laptop thì khoản 80-90 Watt. Để so sánh thì Quick Charge của Qualcomm hỗ trợ tối đa lên tới 36 Watt, VOOC thì 20 Watt. Một lưu ý rằng để sử dụng công suất cao, chúng ta cũng cần một sợi cáp USB đặc biệt có tên gọi Full Featured USB Cable, vì cáp tiêu chuẩn đa số chỉ hỗ trợ tới 7.5 Watt mà thôi.

Thông số 5 cấu hình của USB PD 1.0, khá đơn giản cho mỗi cấu hình


Cấu hình điện năng của bản 3.0
​

USB PD hiện nay chúng ta sử dụng là chuẩn PD 3.0. Ở chuẩn này, PD có một khái niệm là Power Rule. Đây là một tập các quy tác phân phối điện áp và dòng điện cho thiết bị. Chúng ta có các mốc công suất để, và Power Rule sẽ phân chia ra mỗi mốc công suất có những mức điện áp để cung cấp

• Với công suất lớn hơn 15W, PD 3.0 sẽ có mức điện áp 5 và 9 Volt
• Với lớn hơn 27W, PD 3.0 sẽ có mức 5, 9 và 15 Volt
• Tương tự, khi lớn hơn 45W thì chúng ta có 5, 9, 15 và 20 Volt

Ngoài việc dùng cho sạc nhanh, cái hay của USB PD là bạn có thể sử dụng cả thiết bị lưu trữ điện năng hoặc cả thiết bị ngoại vi để cung cấp năng lượng cho phần cứng khác, lấy ví dụ anh em có thể dùng điện thoại để cấp điện cho một ổ đĩa cứng chẳng hạn. Trong quá trình sạc, cả thiết bị sạc và được sạc sẽ giao tiếp với nhau bằng cách gửi qua lại những gói dữ liệu nhỏ mang trong đó thông tin để cung cấp điện năng (dòng và áp) phù hợp cho thiết bị để đảm bảo an toàn. Theo lý thuyết thì điều này khác phức tạp vì cổng giao tiếp cần phải sử dụng cho cả hai mục đích là truyền tải dữ liệu và truyền tải điện năng.

Chúng ta sẽ có một cổng gọi là Dual-Role-Data. Cổng này sẽ đóng vai trò Downstream Facing Port (DFP). DFP sẽ báo cho nguồn điện mức công suất được hỗ trợ của thiết bị để nguồn điện biết và cung cấp. Quá trình sạc sẽ bắt đầu bằng cấu hình sạc có công suất cao nhất, nhưng nó sẽ điều chỉnh thấp dần xuống cho tới khi nó phù hợp với nguồn điện đầu vào mà thiết bị chịu được. Tương tự khi thiết bị cung cấp điện cho thiết bị khác thì cổng DRD sẽ đóng vai trò là Upstream Facing Port (UFP) để "lắng nghe nhu cầu" của thiết bị cần nạp điện từ đó cung cấp đúng lượng điện. Vì có nhiều cấu hình công suất để sạc nên danh sách các thiết bị sử dụng được USB PD trải rất dài từ điện thoại, laptop, máy tính bảng.

Kết
Như vậy dễ thấy rõ ràng USB Power Delivery có thể sẽ trở thành một chuẩn sạc tiêu chuẩn cho tương lai vì những lợi ích mà nó mang lại. Mặc dù hiện tại trên các thiết bị di động nhỏ như điện thoại, chúng ta chưa thấy được nhiều về lợi ích của nó, nhưng với các pin sạc dự phòng và laptop thì đây lại là một lợi ít rất lớn và rất tiện cho người dùng.