ما هي تقنية USB Power Delivery (PD)؟ شرح USB-PD وأنواعها

USB Power Delivery (PD) هي تقنية تسمح للجهاز بالتواصل مع الشاحن والكابل لتحديد متطلبات الطاقة الخاصة به، مما يضمن شحنًا آمنًا وسريعًا وفعالاً. الفارق الرئيسي هنا هو أنها توفر قدرات نقل طاقة أعلى مقارنة بطرق الشحن التقليدية عبر USB. علاوة على ذلك، يمكن دمج USB-PD تقنيًا في أي منفذ USB-C إذا رغب المصنع في ذلك.

حتى معايير الشحن الخاصة من شركات مثل OnePlus وXiaomi وApple لا يمكنها منافسة الشمولية المطلقة لـ USB-PD. ومع ذلك، هناك مستويات لـ USB-PD، وليس كل جهاز يدعمها يدعم نفس نوع توصيل الطاقة. لذا، دعنا نفصل كل ذلك ونرى كيف يعمل USB-PD.

كيف يعمل USB PD؟

إذا كان لديك هاتف ذكي أحدث، فربما لاحظت أنه يشحن أسرع بكثير من الطرازات القديمة. هذا على الأرجح يرجع إلى USB-PD، وقدرته على تهيئة خرج الجهد الكهربائي الخاص به، على عكس البروتوكولات القديمة.

قد تكون على دراية بالفعل بـ USB وهو النوع الأكثر شيوعًا لبروتوكولات الاتصال، ولكن فيما يتعلق بالطاقة، فإن تقنية USB Battery Charging، التي سبقت USB-PD، كانت متأخرة مقارنة بالمعايير الأخرى. ومع مرور الوقت، احتجنا أيضًا إلى طريقة لشحن أجهزتنا بشكل أسرع وأكثر أمانًا وكفاءة. وهنا جاء دور USB Power Delivery.

لفهم هذا المفهوم، تحتاج أولاً إلى معرفة ما هي الطاقة.

بأبسط العبارات، الطاقة هي التيار × الجهد المورد (P=IV)، وهكذا، مع PD، يتم تعديل قيم التيار والجهد لتوفير الكمية المطلوبة. يتم تحديد هذه ‘الكمية المطلوبة’ من خلال التفاوض على توصيل الطاقة بين الشاحن والجهاز.

يبدأ الشاحن بإرسال إشارة طاقة منخفضة إلى الجهاز. يستجيب الجهاز بقدرته القصوى على استلام الطاقة. ثم يقوم الشاحن بضبط جهد الخرج والتيار الخاص بهما ليتناسبا مع متطلبات الجهاز.

يتم ذلك لضمان استمرار عملية الشحن بأمان، ولتجنب أي مشاكل في التوافق.

لتقدير تقريبي، من المحتمل أن يشحن هاتفك بأكثر من 15 واط على الأقل إذا كان يدعم أي نوع من تقنيات الشحن السريع. أما USB Battery Charging، فإنه يدعم كحد أقصى توفير 5 فولت و 0.9 أمبير، وهو ما يعادل تقريبًا 4.5 واط من الطاقة.

هذا هو السبب أيضًا في الاستخدام الشائع لـ USB Type-C بدلاً من Type-A، أو Micro USB، حيث يمكنه الوصول إلى 3 أمبير، مع 5 فولت، أو بدلاً من ذلك يمكنه استخدام 1.5 أمبير بنفس الجهد. ومع PD، يمكن لجهازك (إذا كان مدعومًا) أن يصل إلى 240 واط!

دور USB Type-C في USB PD

غالبًا ما يتم الخلط بين USB PD و USB Type-C أو استخدامهما بالتبادل، لكنهما في الواقع تقنيتان مختلفتان. USB PD هو بروتوكول يسمح للأجهزة بالتفاوض على كمية الطاقة التي تحتاجها، بينما USB Type-C هو مجرد معيار موصل يستخدم لتسهيل USB-PD.

لذا، بينما يستخدم USB PD منفذ USB Type-C، فإن ليست جميع موصلات USB Type-C تدعم USB PD. هذا يعني أنه إذا كنت ترغب في الاستفادة من سرعات الشحن السريع التي يوفرها USB PD، فستحتاج إلى التأكد من أن جهازك وشاحنك يدعمان كلاهما USB PD.

من ناحية أخرى، يتمتع USB Type-C بـالقدرة على الشحن العكسي، مما يعني أنه يمكنه إرسال الإشارات في كلا الاتجاهين. هذا يجعله أكثر عملية، حيث يمكنك استخدامه لتشغيل قرص SSD المحمول الخاص بك عبر هاتفك، أو حتى شحن هاتفك عن طريق توصيله بهاتف آخر. ومع ذلك، هناك محاذير أخرى هنا، مثل قيام الشركة المصنعة بتقييد بعض قدرات USB-PD، لذا قد تختلف تجربتك.

أنواع USB PD

كمعيار، تطور USB-PD بسرعة لتمكين الشحن السريع والفعال للأجهزة. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن ليست جميع الأجهزة تطبق PD بنفس الطريقة، ومن هنا جاء تقديم العديد من المراجعات على مر السنين.

كان USB PD 1.0 نقطة تحول حيث كان بإمكانه توفير طاقة تصل إلى 100 واط (20 فولت عند 5 أمبير)، وهي قفزة كبيرة مقارنة بمواصفات طاقة USB التقليدية. تم تحديد مستوى الطاقة من خلال عملية تفاوض بين الجهاز والشاحن، ولم يكن مرتبطًا بقيم محددة للجهد والتيار كما كان يُفترض سابقًا.

كانت التطورات في USB PD 2.0 و 3.0 تدور بشكل أساسي حول ميزات إدارة الطاقة. فقد وفرت معلومات أكثر تفصيلاً حول الجهاز الذي يتم شحنه، مثل الإبلاغ عما إذا كانت درجة حرارة البطارية مرتفعة جدًا، أو إذا تجاوز الجهد أو التيار المستويات المتوقعة. وقد ساهمت هذه التحسينات بشكل كبير في كل من سلامة وكفاءة الشحن.

الميزة	USB PD 1.0	USB PD 2.0	USB PD 3.0	Legacy USB
الحد الأقصى لتوصيل الطاقة	100 W	100 W	100 W	2.5W (USB 2.0), 4.5W (USB 3.0)
الجهد الكهربائي	5 V, 12 V, 20 V	5 V, 9 V, 12 V, 15 V, 20 V	5 V, 9 V, 12 V, 15 V, 20 V	5 V
التيار الكهربائي	2 A, 3 A, 5 A	3 A, 5 A, 10 A	3 A, 5 A, 10 A	500 mA
مصدر الطاقة القابل للبرمجة (PPS)	لا	نعم	نعم	لا
بروتوكول شحن البطارية	BC 1.2	BC 1.2	BC 1.2	BC 1.2
تاريخ الإصدار	2012	2014	2017	1996
الموصلات	USB-A, USB-C	USB-A, USB-C	USB-C	USB-A, USB-B

على الرغم من ذلك، تعتمد فعالية هذه المراجعات على توافق جهازك وشاحنك. بينما صحيح أن المزايا الكاملة لمراجعة معينة من PD لا يمكن الاستفادة منها إلا إذا كان كل من الجهاز والشاحن يدعمان تلك المراجعة، فقد تم تصميم USB PD مع مراعاة التوافق مع الإصدارات الأقدم.

هذا يعني أن جهازًا يدعم PD 3.0، على سبيل المثال، لا يزال بإمكانه الشحن باستخدام شاحن PD 2.0 أو 1.0، وإن كان ذلك بدون ميزات إدارة الطاقة الإضافية التي تم تقديمها في المراجعات اللاحقة.

مصدر الطاقة القابل للبرمجة عبر USB (USB PPS)

هل تتذكر كيف ناقشنا أن USB PD يستخدم مجموعة من مستويات الجهد الكهربائي المحددة؟ تقليديًا، كانت هذه المستويات عند 5V و9V و15V و20V، مما يساهم في معدلات الشحن الشائعة التي تُرى في الأجهزة مثل 18W أو 30W. ولكن ماذا لو كانت سرعة الشحن المثلى لجهازك تقع بين هذه المستويات، على سبيل المثال 44W؟

في الماضي، ومع USB PD 2.0، كنت ستكون مقيدًا بمستويات الجهد الثابتة، مما يعني أن جهازك الذي يتطلب 44W قد يشحن بمعدل أقل فقط. ومع ذلك، مع ظهور مصدر الطاقة القابل للبرمجة (PPS) الذي تم تقديمه في USB PD 3.0، تغير هذا السيناريو بشكل جذري. يتيح PPS تحكمًا دقيقًا في توصيل الجهد والتيار، مما يسمح بإجراء تعديلات تصل إلى خطوات 20mV و50mA على التوالي. هذا التحكم الدقيق يعني أن أي معدل شحن تقريبًا ضمن قدرات الجهاز يمكن أن يدعمه الشاحن بدقة.

يمكن أن يؤدي الاعتماد الواسع لـ USB PD مع PPS إلى تبسيط كبير لحلول الشحن لدينا. الهدف الأساسي من USB PD هو تعزيز كفاءة الشحن مع تقليل النفايات الإلكترونية. من خلال الاستفادة من ميزة PPS، يمكن لشاحن واحد أن يشغل بشكل مثالي مجموعة متنوعة من الأجهزة حتى أقصى قدراتها، مما يقلل الحاجة إلى شواحن متعددة خاصة بالجهاز.

فوائد USB PD

إذن، ما الذي يجعل USB PD خيارًا متفوقًا بكثير على أي من المعايير الأخرى؟

1. مستويات طاقة أعلى: يمكن لـ USB-PD توفير ما يصل إلى 240 واط من الطاقة، مما يسمح بشحن الأجهزة التي تستهلك طاقة عالية بكفاءة، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة ووحدات التحكم بالألعاب.
2. تعديل مرن للطاقة مع PPS: تتيح ميزة مصدر الطاقة القابل للبرمجة (PPS) للجهاز الذي يتم تشغيله طلب جهد كهربائي وسيط يتراوح بين 15 فولت وحتى أقصى جهد ثابت متاح من الشاحن. تضمن هذه المرونة حصول الجهاز على الكمية المناسبة من الجهد لشحن فعال، مع زيادة سرعة الشحن وتقليل توليد الحرارة في نفس الوقت.
3. تقديم جهود كهربائية جديدة في USB PD 3.0: يضيف USB PD 3.0 جهودًا ثابتة جديدة مثل 28 فولت، 36 فولت، و48 فولت، والتي توفر ما يصل إلى 140 واط، 180 واط، و240 واط من الطاقة، على التوالي. على الرغم من أن هذه المستويات لا تنطبق على الأجهزة المحمولة، إلا أنها تلبي احتياجات الأجهزة ذات الطلب العالي على الطاقة.
4. تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه: يدعم USB PD تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه، مما يعني أن الأجهزة يمكنها استقبال الطاقة وتوفيرها. تتيح هذه الإمكانية، على سبيل المثال، لجهاز كمبيوتر محمول شحن هاتف ذكي عبر كابل USB Type-C من نفس المنفذ الذي يمكن شحنه منه.
5. إدارة ذكية للطاقة: يمكّن USB PD كل جهاز من سحب الطاقة التي يحتاجها فقط، مما يحسن استخدام الطاقة ويمنع التلف المحتمل للأجهزة.
6. نطاق تطبيق واسع: لا يقتصر USB PD على الأجهزة عالية الطاقة. يمكنه أيضًا استيعاب الأجهزة منخفضة الطاقة مثل سماعات الرأس. الميزة الرئيسية هنا هي التطبيق الشامل، مما يلغي الحاجة إلى شواحن منفصلة لكل جهاز، طالما أنها تدعم USB PD. هذا له تأثير إيجابي على البيئة ويقلل من بصمتك الكربونية.

لماذا توقفت الشركات عن السعي وراء تقنيات الشحن فائق السرعة

تدفع شركات الهواتف باستمرار حدود سرعات الشحن لأجهزتها. يبدو أنه كل أسبوعين، يظهر هاتف جديد في السوق يعد بالشحن من الصفر إلى الكامل في دقائق معدودة.

تتصدر Xiaomi هذا التوجه، حيث تتباهى بسرعات شحن تبلغ 67 واط و120 واط لأجهزتها. من ناحية أخرى، تدفع Oppo الحدود أبعد من ذلك بقدرات شحن تتجاوز 200 واط. بينما قد تبدو هذه السرعات العالية مكسبًا من حيث كفاءة الوقت، إلا أن هناك مفاضلة خفية بين عمر البطارية وسرعة الشحن.

لقد أظهرت الأبحاث والتجارب العملية أن الشحن بسرعات عالية للغاية يمكن أن يؤدي إلى تدهور أسرع للبطارية بمرور الوقت. نتيجة لذلك، وجدت العديد من الشركات حلاً وسطًا حول علامة 50 واط. تعتبر سرعة الشحن هذه سريعة بما يكفي لتشغيل الجهاز ليوم كامل بسرعة، ولكنها أيضًا بطيئة بما يكفي لتقليل الضرر طويل الأمد للبطارية.

على سبيل المثال، يتميز هاتف Nothing Phone (2) الجديد بشحن سريع بقدرة 45 واط، وينطبق الشيء نفسه على Samsung Galaxy S23 Ultra. من ناحية أخرى، يمكن لسلسلة iPhone 14 Pro الأحدث أن تصل إلى 35 واط، لكن Apple لم تُعرف أبدًا بدفع الحدود في هذا المجال من الأساس.

تشابه سرعات الشحن

ألم تتساءل من قبل، كما أشرنا سابقًا، لماذا تبدو سرعات الشحن لمعظم الهواتف الذكية تتبع زيادات محددة، مثل 15 واط، 18 واط، 30 واط، أو 45 واط، بدلاً من أرقام متغيرة عشوائيًا مثل 17 واط أو 19 واط؟ ينبع هذا النمط بشكل أساسي من بروتوكول USB Power Delivery (USB PD)، الذي يعمل بمستويات طاقة محددة ومعرفة بجهود وتيارات ثابتة معينة.

ومع ذلك، ضع في اعتبارك أن سرعة الشحن الفعلية التي يمكن تحقيقها محدودة بمستويات الطاقة المحددة التي يدعمها كل من جهازك وشاحنك.

الجهد	التيار	الطاقة
5 V	3 A	15 W
9 V	2 A	18 W
12 V	3 A	36 W
15 V	3 A	45 W
20 V	5 A	100 W

التأثير البيئي

في الوقت الحالي، توجد عشرات معايير شحن USB المختلفة قيد الاستخدام، لكل منها موصله الخاص وبروتوكول توصيل الطاقة الخاص به. هذا التجزئة يجعل من الصعب على المستهلكين استخدامها مع أجهزة مختلفة (على سبيل المثال، شاحن Samsung Super Fast Charge الخاص بك لن يعمل مع هاتف يدعم Oppo’s Super VOOC)، كما يؤدي إلى الكثير من النفايات الإلكترونية. ما عليك سوى إلقاء نظرة على الاختلافات أدناه:

الآن، تخيل أنه يمكنك فعل كل هذا باستخدام شاحن PD واحد. فهو، بعد كل شيء، قادر على توفير جميع أنواع زيادات الطاقة المذكورة في الجدول.

يتميز USB PD أيضًا بأنه متوافق مع إصدارات USB الأقدم، لذا يمكنك استخدامه مع الأجهزة التي لا تدعمه بشكل صريح. فكر في كمية الموارد والنفايات الإلكترونية والأموال التي يمكن توفيرها إذا كان لديك شاحن واحد للجميع.

لسوء الحظ، الشركات ليست مستعدة للتخلي عن الأرباح بهذه السهولة. حتى Apple، أكبر شركة في العالم، أزالت الشاحن من علبة iPhone منذ سنوات، مدعية أنها تدعم الصداقة البيئية.

ومع ذلك، تشير الشائعات إلى أن iPhone 15، الذي سيستخدم Type-C، سيعمل فقط مع شواحن Apple المعتمدة من MFi (Made for iPhone). هذا من شأنه أن يخلق المزيد من النفايات الإلكترونية ويظهر الجانب السيئ لمثل هذه التكتيكات التسويقية الذكية.

يتم اعتماد USB PD ببطء ولكن بثبات من قبل مجموعة أوسع من الشركات المصنعة. نأمل أن يستمر هذا الاتجاه، وأن يصبح USB PD في النهاية المعيار الصناعي في السنوات القادمة.

الأسئلة الشائعة حول USB PD

هل USB Power Delivery آمن؟

نعم، USB Power Delivery آمن. يتضمن معيار USB PD عددًا من ميزات الأمان لحماية الأجهزة والمستخدمين من الضرر. يتفاوض الشاحن والجهاز على كمية الطاقة التي سيتم توصيلها، مما يضمن عدم تلقي الجهاز طاقة زائدة.

كيف أتحقق مما إذا كان الشاحن الخاص بي يدعم USB PD؟

ابحث عن علامة “PD” على الشاحن الخاص بك. إذا كان يعمل مع جهازك كما هو متوقع، فإن كلاً من جهازك وشاحنك يدعمان هذه الميزة.

هل USB PD PPS أفضل من USB PD 2.0؟

نعم، يسمح PPS بتحكم أكثر دقة في الجهد. هذا يعني أن الشاحن يمكنه توفير الجهد الدقيق الذي يحتاجه الجهاز، مما قد يؤدي إلى شحن أسرع وتوليد حرارة أقل. بالإضافة إلى ذلك، يأتي مع USB PD 3.0 مما يعني أنه يمكنه توفير المزيد من المعلومات المتعلقة بالجهاز الذي يتم شحنه.