결론을 말하자면 USB PD (USB Power Delivery) 기술은 특정 기업이 만들어 독점하는 기술이 아니라 USB - IF(USB Implementers Forum)에서 개발한 공개 표준이며 기기에 내장된 칩의 프로토콜을 통해 높은 전력과 빠른 충전 속도를 효율적으로 제공할 수 있는 기술입니다.
USB-IF는 USB 기술의 개발과 보급을 위해 1995년에 설립된 산업 표준화 단체입니다. 주요 회원사로는 Apple, Google, Microsoft, Intel, Samsung, Sony 등 다양한 전자기기 및 반도체 기업들이 참여하고 있습니다.
1. USB PD의 주요 기술
1) PDO
PDO는 Power Data Object의 약자로 USB PD 프로토콜이 충전기와 기기 간의 통신을 통해 전력 요구 사항을 협상하고, PDO는 이 협상 과정에서 사용되는 데이터 객체입니다. 각 PDO는 특정한 전압과 전류를 지원하며, 이를 통해 기기가 필요한 전력을 효율적으로 공급받을 수 있습니다. 1세대와 2세대인 USB PD 1.0과 2.0에 적용된 기술입니다.
2) PPS
PPS는 Programmable Power Supply의 약자로 USB PD 프로토콜이 기기의 충전 상태에 따라 전압과 전류를 동적으로 조절합니다. 이를 통해 기기가 최적의 전압과 전류로 충전되어 충전 속도를 향상시키고 배터리 수명을 연장하는 데 도움을 줍니다. 3세대인 USB PD 3.0에서 도입된 기술로, 특히 고속 충전 기술에서 중요한 역할을 하며, 다양한 기기에서 효율적이고 안전한 충전을 가능하게 합니다
2. USB PD 규격 발전 과정
1) USB PD 1.0 ( 1세대, 2012년에 규격 발표 )
기본적인 PDO 기능을 통해 5V, 12V, 20V의 고정된 3가지 타입의 전압으로 3A와 5A의 전류를 지원하므로 최대 100W(=20V × 5A)의 전력을 공급할 수 있었습니다. 최대 전력인 10W인 기존의 ‘USB 충전기’보다 ‘USB PD 충전기’는 최대 10배 빠른 충전이 가능해졌습니다.
2) USB PD 2.0 ( 2세대, 2014년에 규격 발표 )
PDO 기능이 확장되어 5V, 9V, 15V, 20V의 고정된 4가지 타입의 전압에 5A의 전류를 지원하므로 최대 100W 전력을 공급할 수 있었습니다.
3) USB PD 3.0 ( 3세대 2018년에 규격 발표 )
USB PD 3.0에서는 PPS 기능이 추가되어 충전 중에 보다 정확한 전압과 전류를 동적으로 조절로할 수 있어 더욱 효율적 충전이 가능하게 되었습니다. 5V, 9V, 15V, 20V 전압에 최대 5A의 전류를 지원하므로 최대 100W 전력을 공급할 수 있습니다. C타입 USB 커넥터를 사용합니다.
4) USB PD 3.1 ( 4세대 2021년에 규격 발표 )
USB PD 기술의 최신 버전입니다. 더 높은 전력 효율성과 다양한 기기에서의 호환성을 제공하여, 28V의 초고압 출력으로 고성능 노트북과 같은 고전력 장치에서도 사용될 수 있습니다. 5V, 9V, 15V, 20V 28V 전압에 최대 5A의 전류를 지원합니다. 이 버전은 최대 240W의 전력을 제공할 수 있으며, 이를 위해 전압을 최대 48V까지 올릴 수 있습니다.
이처럼 USB-IF에 참여하는 다양한 기업들이 협력하여 USB PD 기술을 개발하고 발전시키고 있습니다. 이를 통해 USB 충전의 표준화와 호환성 확보가 더욱 향상될 것으로 봅니다.
3. 양방향 C타입 USB 채택
C타입 USB 커넥터는 2014년에 개발되었으며, USB PD 2.0 기술에 적용하기 시작하여 이후의 USB PD 기술 발전에 호환성을 계속 유지했습니다.
1) 양방향 C타입 USB를 사용하는 이유
C타입 USB 커넥터가 USB PD 프로토콜을 지원하기 때문입니다. USB PD 프로토콜은 전력 공급 장치와 전력 소비 장치 간에 상호 작용하여 최적의 전력을 양방향으로 전송할 수 있게 해줍니다. 따라서 USB PD 2.0 이상의 충전기술을 지원하는 장치를 사용하고 있다면, 충전기에 C타입 USB 포트가 있는지 확인하고, 양방향 C타입 USB 커넥터를 사용하여야 그 충전기술을 활용할 수 있습니다.
2) 양방향 C타입 USB 전송 방법
C타입 USB는 24개의 핀을 가지고 있어서 데이터 전송과 동시에 전력을 양방향으로 전송할 수 있습니다. 이 중에서 양방향 전력 전송을 가능하게 만드는 핀은 VBUS(전원), GND(접지), CC(채널 구성) 핀입니다.
- VBUS (전원) : 전력을 공급하는 핀으로, 전원을 제공합니다.
- GND (접지) : 전력을 흡수하는 핀으로, 접지를 제공합니다.
- CC (Channel Configuration) : 전력 전송을 관리하고 제어하기 위한 핀으로, 전력 전송 모드를 설정하고 상태를 감지합니다.
이 핀들은 USB PD 프로토콜을 통해 전력 전송을 관리하고 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다.
4. 주요 특징 정리
1) 고용량 전력 지원
최대 100W혹은 240W를 지원할 수 있어 고전력 기기에도 사용이 가능합니다.
2) 동적으로 전압과 전류 조절
전력 공급 장치와 수신 기기 간에 실시간으로 전압과 전류를 협상하고 조절할 수 있습니다.
3) 양방향 전력 전송
오늘날 표준으로 자리 잡고 있는 C타입 USB 커넥터를 사용하여 충전기에서 기기로 전력을 보내는 것 뿐만 아니라, 기기에서 충전기로 전력을 보내는 것도 가능합니다.
4) 개방형 표준
USB Implementers Forum(USB-IF)에서 관리하는 공개 표준이며, 다양한 업체가 호환성을 보장합니다.
5) C타입 USB 사용
양방향 충전과 고속 데이터 전송을 지원합니다.
6) 안전 및 보호 기능
과전압, 과전류, 과열 등으로부터 기기를 보호하는 기능들을 제공합니다.
이와 같이 USB PD 기술은 전압, 전류, 전력 등 다양한 사양을 지원하여 효율적이고 안전한 고속 충전을 가능케 합니다. 특히 PPS 기능은 배터리 수명과 충전 효율을 높이는데 도움이 됩니다.
지금까지 초고속 충전 기술인 'USB PD' 기술에 대하여 알아 보았습니다. 끝까지 읽어 주셔서 감사합니다.
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