30.03.2025

Скрытые возможности в применении USB-устройств

Сегодня речь пойдет о скрытых возможностях при использовании устройств с разъемом USB. Эти лайфхаки не потребуют специальных знаний, они просты, но не очевидны. Зато зная их, можно избежать трудностей в эксплуатации, получая удовольствие от самого устройства, а не от того, что его удалось заставить работать.Мы расскажем об инженерных улучшениях, связанных с применением разъемов USB, а также о некоторых маркетинговых хитростях, которыми пользуются вендоры для стимулирования продаж.

Кабель USB с оплеткой и пластиковым покрытием

Наверняка вы уже знаете, что благодаря наличию микросхемы E-Marker для управления питанием можно без проблем пропускать через USB-кабель ток до 5 А. Но возникает вопрос: вследствие повышения мощности нужно ли выбирать USB-кабель обязательно в оплетке или традиционное пластиковое покрытие гарантирует надежность?

Назовем преимущества, которыми обладает кабель в оплетке. Он лучше гнется и растягивается. У него отсутствует коробление, перекручивание или складывание. Это обеспечивает высокую устойчивость и отсутствие проблем при применении.

Более «прошаренные» знают также, что оплетка создает электростатический экран, способствующий более высокой защищенности и целостности передаваемого по кабелю сигнала. Благодаря такой надежности за счет появления E-Marker, удалось поднять максимальную скорость передачи данных для кабелей с Type-C до 5 Гбит/с (USB 3.2 Gen 1), а затем и до 10 Гбит/с (USB 3.2 Gen 2). Напомним, что этот показатель для начального USB 2.0 составлял 480 Мбит/с.

Более высокая электростатическая защищенность достигается и за счет надежного физического контакта в разъеме Type-C. Поэтому можно надежно передавать объемный HD-контент, HD-фильмы, запускать HD-игры. На это редко ссылаются, но такая надежность — часть технологии применения VR-очков Oculus VR, игровых приставок Playstation или Xbox, флеш-накопителей большой емкости.

Сам кабель в оплетке становится эластичным. Он не чувствителен при прикосновениях к горячим поверхностям, отпугивает грызунов и домашних животных, устойчив к грибкам, плесени и гниению, более устойчив к истиранию и порезам. Такой кабель менее подвержен разрывам и повреждениям. Он водостойкий, хотя контакта с водой лучше избегать.

Вот почему выбор очевиден: кабель в оплетке отличается заметно более высоким качеством в эксплуатации. Но почему тогда настолько часто встречаются на практике кабели в пластиковой оболочке?

Ответ простой: при нынешнем технологическом уровне производства электронных компонентов и их монтажа внутренняя начинка любых USB-кабелей мало различается между собой. В самом USB-кабеле нечему ломаться. Главным источником отказов становятся механические разъемы, соединители, жилы кабелей, от которых надежно защищает как оплетка, так и пластиковое покрытие. Поэтому применение оплетки — больше вопрос эстетики и вкуса, чем борьбы с проблемами.

Позолоченные контакты для USB

Позолоченные контакты уже с первого взгляда создают мнение о высоком качестве USB-разъема. Но так ли это на самом деле? Ответ надо искать в истории аудиотехники 1960–1990 гг.

В те годы по кабелю передавался аналоговый сигнал. Как отмечали многие, при контактах нередко возникали более высокие помехи, которые встречались у позолоченных контактов реже, чем при оловянном покрытии. Кроме того, покрытые оловом контакты значительно быстрей приходили в негодность во влажной или загрязненной среде. Их приходилось чистить спиртовым раствором.

Если шаг контактов составлял менее 1 мм, то могли возникать короткие замыкания из-за деформации слоя олова или появления окислов на поверхности контактов. В бытовых устройствах подобное случало крайне редко, но было замечено в промышленной электронике на оборудовании после долгих лет эксплуатации.

А теперь перенесемся в нынешнее время. Кабели Type-C используются для передачи цифровых данных, а не аналоговых сигналов. Замена на позолоченные контакты часто ведет к незначительному росту цены на 100–200 руб. Такие контакты выглядят более эстетично, поэтому и рост цены не вызывает протеста.

А теперь поговорим немного о «химии». Олово и золото — два различных металла. Они отличаются друг от друга по электродному потенциалу: у золота +1,5 В, у олова +0,15 В. Разница потенциала, возникающая в случае контакта металлической пары, порождает коррозию в месте контакта в клеммах. Поэтому для USB-кабеля с позолоченным разъемом желательно использовать ответный разъем с таким же покрытием.

Много ли среди гаджетов устройств с позолоченными контактами? Обычно там контакты с лужением оловом. Поэтому эффект окисления не так заметен для бытовых устройств, но с точки зрения «химии» он противоречив. Зато позолоченные контакты выглядят «лампово» и отражают моду времен 1960-х. Это просто красиво.

Питание с повышенной мощностью

При выборе USB-кабеля стоит ли обращать внимание на значение его максимальной мощности при подаче тока? Маркировка с этим обозначением размещается на самой видном месте, поэтому и привлекает внимание. Но насколько нужен кабель, скажем на 120 Вт, если есть и модель на 100 Вт? Где может потребоваться такая высокая мощность?

Если кабель нужен для зарядки мощных, игровых ноутбуков, например, ASUS ROG Zephyrus G16 или Gigabyte Aorus 17X, то выбор очевиден. Но такие компы стоят $5000–6000. Потребуется ли кабель на 240 Вт где-нибудь еще?

Если задуматься, то для 95% применений мощности менее 100 Вт будет достаточно. Например, для зарядки даже неэффективных старых моделей ноутбуков требуется мощность не более 60–80 Вт, а для современных офисных моделей достаточно и 35 Вт.

А зачем заряжать ноутбук через USB-кабель? Этот вопрос требует разъяснений.

Дело в том, что стандартные разъемы для питания ноутбуков имеют внутри цилиндрический штифт, который часто ломается при эксплуатации, например, из-за неловких движений или толчков в дорожных условиях. Сломанный штырек — это невозможность зарядить ноутбук в поездке. Поэтому нужна какая-то альтернативная зарядка.

Можно посоветовать приобрести адаптер, который имеет разъем со штифтом требуемого диаметра и USB-разъем Type-C. Такие адаптеры стоят недорого, зато они позволяют решить проблему питания, если ножка разъема стандартного адаптера сломалась. Такие переходники имеют строенный LED-индикатор, горение которого указывает на наличие питания и его соответствие требованиям со стороны ноутбука.

Фейковые USB-адаптеры повышенной мощностью

Тему фейковых USB-адаптеров, которые не соответствуют своей спецификации в описании, мы точно не могли обойти вниманием. С покупкой подобных моделей сталкивался, наверное, каждый. Даже маркировка сертификации подделывается. Как они появились?

Первые сетевые адаптеры поддерживали мощность питания 10–15 Вт и не нуждались в маркировке мощности. Эти модели подходили для всех устройств. С появлением стандарта быстрой зарядки, особенно наиболее мощного Power Delivery (PD), многое изменилось. Сначала мощность поддерживаемого питания поднялась до 35 Вт, затем до 65 Вт. Позднее появились более мощные адаптеры на базе микросхем GaN (о них мы расскажем ниже).

Внедрение технологий быстрой зарядки потребовало от вендоров проведения большой исследовательской работы. Но многие вендоры не хотят заниматься НИОКР и стараются сразу запускать модели в производство. Продажи ради повышения продаж.

Так возник огромный рынок noname-адаптеров с маркировкой, которая утверждает наличие поддержки для питания повышенной мощности (65, 100, 120 Вт). Встречаются модели с маркировкой наличия чипа GaN, хотя на самом деле их нет внутри.

Такой маркетинговый шаг позволил легко поднять цену на 200–300 руб., хотя по сути вендоры предлагали свои обычные адаптеры. Формально они не опасны для эксплуатации и поддерживают питание. Но рассчитывать на высокую мощность и нагруженные режимы, которую проверяет чип E-Marker, не приходится. В этом состоит их «фейковость».

Как отличить фейковый USB-адаптер от настоящего? Надо знать, что адаптеры повышенной мощности не могут стоить меньше 500 руб. Их обычная цена часто начинается от 1000 руб. Если же применяется нитрид галлия (GaN) вместо кремния, то такие устройства стоят около 9000 руб. (160 Вт) и 15 000 руб. (200 Вт).

Компактные удлинители с поддержкой быстрой USB-зарядки

Рост мощности для быстрой зарядки неизбежно заставляет вендора больше думать о тепловыделении и защите от перегрева. Это ведет к росту размеров и массы устройства. И пусть рост незначительный, но делать такие устройства компактными, как сетевые адаптеры раньше, становится все трудней.

Так на рынке появился новый класс сетевых удлинителей типа All-in-one, которые оснащены не только сетевыми розетками AC/DC, но и портами USB Type-C и поддержкой стандарта PD 3.0. Они стоят от 1000 до 3000 руб. Наличие сетевых розеток сразу указывает на учет высокой мощности питания. Устройства нередко оснащаются LED-светильником, выключателем, дисплеем, часами, вентилятором. Дизайн позволяет использовать их как подставку для смартфонов.

Мы взяли для эксперимента удлинитель КУБ, который выпускает компания "Электрорешения", представитель бренда EKF в России. Он оснащен двумя стандартными электророзетками AC/DC, одним разъемом USB Type-A и двумя разъемами USB Type-C. Согласно спецификации, максимальный выходной ток для порта Type-C составляет 12 В/1,67 А (20 Вт).

Суть нашего эксперимента состояла в том, чтобы убедиться, насколько широко можно использовать такие удлинители для зарядки ноутбуков, чья мощность питания не стандартизирована под требования стандарта USB. В своем эксперименте мы попробовали осуществить зарядку офисного ноутбука Digma EVE C4800, который, согласно спецификации на его питание, требует мощности 24 Вт (12 В/2,0 А). Тот есть видно, что, несмотря на одинаковое напряжение, сила номинального тока зарядки у ноутбука выше.

Известно, что сила тока, по сути, задает мощность зарядки. Поэтому боле низкая мощность потребует больше времени на зарядку. Но микросхемы управления питания ноутбука не дадут существенно выходить за разумные границы по силе тока и, соответственно, мощности. Получиться ли зарядить ноутбук через стандартный разъем питания и разъем USB Type-C?

Эксперимент прошел успешно. Питание через USB-коннектор, подключенный к основному разъему питания, а также путем подключения через USB Type-C, было одинаково успешным и внешне не отличалось по времени зарядки. Несмотря на то что мощность питания была ниже номинала, удлинитель КУБ успешно справился с заданием.

Адаптеры питания GaN мощностью до 200 Вт

А теперь расскажем об использовании адаптеров питания на базе специального полупроводника нитрида галлия (GaN), который применяется взамен кремния и сейчас стремительно набирает популярность.

Секрет повышенного интереса к GaN-устройствам состоит в том, что такие адаптеры могут выдавать мощность зарядки до 200 Вт, создавая при этом высокую компактность в дизайне самих устройств. Они обеспечивают эффективное преобразование тока и низкое тепловыделение.

Но у GaN-устройств есть пока большой недостаток — их высокая цена, которая сейчас на порядок (в 10 раз) выше, чем для кремневых адаптеров.

Нитрид галлия не является открытием последнего времени. Его стали активно применять еще в 1990-х гг. для производства белых светодиодов. Позднее GaN нашел применение в лазерах синего цвета, предназначенных для считывания DVD-дисков в Blu-ray-проигрывателях. GaN нашел применение и для производства полноцветных светодиодных панелей, которые можно было использовать при дневном свете.

Если же говорить о его применении для систем быстрой зарядки, то интерес к GaN появился после того, когда осознали, что GaN способен сохранять высокую устойчивость к воздействию при росте температур. Как оказалось, напряжение пробоя у них в несколько раз выше, чем у устройств на основе кремния, что позволило выпускать GaN-адаптеры для зарядок повышенной мощности.

Современные GaN-адаптеры поддерживают мощность питания до 200 Вт. Они могут заряжать одновременно до шести устройств, причем большинство моделей поддерживают технологию PD. Именно для них нужны кабели с повышенной мощностью питания. Впрочем, реальную мощность задает питаемое устройство, а настройка с адаптером происходит через кабель и его микросхему E-Marker. Если подсоединить кабель недостаточной мощности, то управляющая микросхема не позволит работать с превышением силы тока. Поэтому риска перегрева в случае ошибки выбора кабеля нет.

Впрочем, повышенная мощность и высокая цена создают риск появления фейковых устройств. Поэтому эксперты советуют приобретать GaN-устройства только от двух компаний с уже признанной репутацией: Anker и Ugreen. Отрасль уже убедилась в надежности их продуктов.

Зарядка ноутбука от пауэрбанка

А теперь поговорим об экзотике. Если питание ноутбука можно осуществлять через разъем USB Type-C, по возникает вопрос: а можно запитать его от пауэрбанка? Такая необходимость может возникнуть в дороге, где нет поблизости электрической сети. Насколько долго проработает ноутбук, если удастся запитать его от пауэрбанка?

В качестве эксперимента мы взяли ноутбук Digma EVE C4800 (номинальная мощность питания 24 Вт) и пауэрбанк UNISCEND Cooper Prime 10,000 mAh, который поддерживает режим 12 В/1,67 A для разъема Type-C. Ранее мы уже убедились, что при питании от сети через удлинитель КУБ его зарядка прошла успешно.

Как показал эксперимент, пауэрбанк обеспечил не только зарядку ноутбука, но и его параллельную с зарядкой полноценную офисную работу в течение 15 минут (набор текста в Microsoft Word и работу с Adobe Photoshop, Windows 11). Выбор точки зарядки (порт Type-C или стандартный разъем питания и USB-коннектор) не имели значения.

Однако попытка питания через другой разъем пауэрбанка (USB Type-A), который поддерживает меньшую мощность питания — 18 Вт (12 В/1,5 A) взамен 20 Вт через Type-C, — оказалась неуспешной. Отсутствие индикации на USB-коннекторе указывало, что запрет установила логика управления питанием ноутбука (напомним, его номинальная мощность 24 Вт).

Таким образом, можно сделать вывод, что в случае несовпадения мощности питания со стороны сети и ноутбука, требуется проверка на работоспособность.

Поворотный магнитный разъем типа USB Type-C

Наш рассказ об использовании USB был бы неполным, если бы мы не упомянули о новой конструкции разъемов типа Type-C, где применяется магнитная неодимовая головка с возможностью разворота на 540°.

Сначала несколько слов о необходимости применения такой конструкции. Наверняка многие сталкивались с проблемой: если ненароком задеть подключенный USB-кабель с обычным разъемом, то он легко вываливается из гнезда. Зарядка прерывается. Поэтому заряжать в условиях дороги, тряски часто практически невозможно — контакт все время теряется.

Проблему усугубляет расшатанный от длительной эксплуатации разъем USB, который часто теряет контакт даже при прямом подключении. Это может стать причиной даже для преждевременной замены телефона на новый, несмотря на его хорошую работоспособность.

В новой конструкции USB-разъема есть две части. Они соединяются между собой по торцу через достаточно сильный неодимовый магнит. Его мощности хватает, чтобы удерживать смартфон, например, в висячем положении, держа за кабель.

Одна часть разъема представляет собой жесткую конструкцию. Она вставляется в разъем Type-C-гаджета. Ответная часть крепится на USB-кабеле через поворотный механизм, который допускает поворот на 180°. Поскольку торец магнитной площадки плоский и круглый, головку разъема можно вращать вокруг оси на 360°.

На законцовке кабеля есть Led-индикатор, который показывает наличие питания. Это позволяет применять данный разъем даже в темноте.

Если поднести конец кабеля с магнитом к пыленепроницаемому разъему, установленному в USB-порт гаджета, то кабель сам закрепился в нужном положении. Даже в случае движения кабеля или несильного натяжения, подключение сохранится. Если же произойдет кратковременный разрыв, то неодимовый магнит сам притянет и восстановит соединение.

Автор Игорь Новиков