USB 电力传输 (USB PD) 规范以及扩展功率范围 (EPR) 模式支持可提供高达 240W 的电力从 USB Type-C (USB-C) 源到接收设备。因此，方便、灵活且坚固耐用的 USB 电源可以超越传统的 PC 和移动应用，满足比前几代 USB 更高功率需求的设备类型。为更多类型的产品强制使用 USB-C 电源和充电、减少每个用户的电源适配器数量并减少电子垃圾，还具有明显的环境和实际效益。
灵活、可翻转的连接
另一项技术成就是 USB-C 连接器本身（图 1）。的版本旨在通过单根 USB-C 电缆处理高达 240 W 的高功率水平，通常用于支持 USB PD 功能非常重要的高功率应用。 USB-C 电缆的一大优点是方向不可知，并且支持可翻转连接。
此外，还可以实现双向电力传输选项。这是通过配置 USB-C 连接器的 CC1 和 CC2 引脚来完成的，这些引脚确定所连接设备的角色，即，面向下游的端口用于源电源角色，面向上游的端口用于接收器角色，以及面向上游的端口用于接收器角色。用于源和接收器角色的双角色端口。 CC 引脚还处理用于在源和接收器之间协商供电合同的数据。
另外四个 VBUS 引脚以及四个接地引脚用于功率传输。正确的接地对于在高数据速率下提供高功率和保持信号完整性至关重要。有四个用于 USB 3.1 数据传输的差分对，以及两对传统 D+/D– 数据引脚。
在首次发布时，USB PD 规范将固定电压水平从与 USB 2.0 共享的 5V 基础电压提高到 20V，显着提高了 USB 电力传输能力。在允许电流水平 5A 下， 100 W 的功率水平极大地扩展了为显示器和扩展坞等较大外围设备供电的范围。
除了5V、9V、15V和20V的标准固定电压电平外，USB PD 3.0还引入了可编程电源模式。此模式可协商非标准电压（以 20mV 步长）和电流（以 50mA 步长）。可以实现此功能以实现高效充电、补偿可能的电缆损耗或提供为接收端供电所需的电压电平。
的USB PD 3.1/3.2规范支持EPR模式和240W功率。图 2 显示了传统 USB 标准和 USB PD 规范的适用电压和功率范围。功率范围的增加进一步扩大了为不同类型设备供电的机会，例如医疗设备、工业设备、监控系统、LED 照明以及咖啡机和搅拌机等小家电。此外，电动自行车、电动工具和无人机等设备使用的电池比智能手机电池大得多，现在可以在可行的时间内充电并快速恢复使用。
USB 电源标准和范围。
图2：USB供电标准和范围
市场动态
USB-C和USB PD技术首先广泛应用于笔记本电脑和手机等消费类应用。在下一阶段，汽车制造商发现了 USB PD 对于车内应用的优势。目前，我们看到电动汽车以及嵌入式和工业应用的显着增长。这种广泛的接受是由于自然的市场力量而发生的，因为日益激烈的竞争促使电子设备制造商不断创新。
相比之下，另一个明显的驱动因素具有非市场根源，并且是由国家法规引起的。世界各地的技术社区和地方当局都看到了 USB 通过标准化电源适配器和充电器来减少电子垃圾的潜力。根据欧盟通用充电器指令 2022/2380，自 2024 年底起，欧盟各地的许多便携式应用将强制使用 USB-C 连接器和 USB PD 规范。美国、中国、印度等地区。
总之，采用 USB-C 和 USB PD 供电不仅可以使电子产品在许多实际应用中因成本、灵活性、互操作性和可用性而更具竞争力，而且还有助于生态创新并确保正在进行的设计符合标准与即将出台的国家法规多年来。
接收器和源参考设计
遵循趋势和国家要求，Arrow 与 Infineon 合作创建了 REF_ARIF240WS3 参考设计，以支持 240W USB PD 3.1 接收器应用（图 3）。该参考设计集成了主要的 USB PD 3.1 功能特性，可实现 240W 功率，从而缩短上市时间并限度地减少时间和金钱投资，以提供功能齐全、经过测试且可供客户使用的解决方案。
REF_ARIF240WS3 使用英飞凌的 EZ-PD PMG1-S3 高压微控制器，适用于高功率 USB 应用。该参考设计扩展了英飞凌 EZ-PD PMG1 系列高压微控制器的现有功率接收器功能（从 140 W 到 240 W）。它使用经过验证的 USB PD 3.1 EPR 软件堆栈实现，并支持高达 48 V（5 伏）电源接收器，是 USB-PD 标准可实现的水平。该参考设计板配备了电机驱动功能并实施了 CAPSENSE，并提供可供使用的原理图和软件代码示例。
英飞凌的 REF_XDPS2222_240W1与 REF_ARIF240WS3 接收器配合使用，为相应的 240W USB PD 3.1 电源提供了参考设计。这是一款采用英飞凌 XDP 数字电源 XDPS2222 PFC + 混合反激 (HFB) 组合 IC 构建的高效 USB PD 3.1 参考设计。它具有紧凑的外形，对应于 25 W/in 的功率密度。3，这可以通过英飞凌的 CoolGaN 技术实现。
凭借 PFC 和 HFB 控制器之间的内部握手选项以及自适应总线电压设置功能，XDP XDPS2222 支持 5V 至 48V 的宽范围输出电压，以匹配 USB PD EPR 规范。该参考设计在高侧和低侧GaN器件中均以 HFB 零电压开关模式运行，并具有快速响应的 HFB 峰值电流控制以及协调的 PFC 和 HFB 操作，以确保高效率。还有轻负载时的脉冲跳跃功能、自动 PFC 启用/禁用控制和自调节 PFC 总线电压电平。
USB PD 规范可满足对电源要求较高的 USB 外设、智能手机快速充电和许多其他应用的需求。现在，个人电动出行等设备，包括电动自行车和电动滑板车、无人机、移动机器人、3D打印机、视听设备、电动工具、医疗设备、家用电器和家庭娱乐设备，也可以利用方便的USB电源。
