출처: USB-IF

 

USB Power Delivery(USB PD)는 USB(Universal Serial Bus) 최신 충전 기술 규격으로, 전력 전송을 관리하기 위한 프로토콜입니다. 이 기술은 USB Type-C 커넥터를 통해 통해 더 높은 전력을 전송하고, 빠르고 효율적인 충전 및 전원 공급을 가능케 합니다.

USB Power Delivery는 최대 100W 충전이 가능한 USB PD 2.0 버전을 시작으로 PPS(Programmable Power Supply) 기능이 추가된 3.0 버전을을 비롯 현재는 최대 240W 까지 전송할 수 있는 EPR(Extended Power Range) 기능이 추가된 USB PD 3.2 버전까지 기술이 발전해가고 있습니다.

인터넷에 USB PD라고 검색하면 45W니 60W니 고속 충전에 대한 제품이나 설명만 나와있어서 USB PD가 곧 고속충전만 의미하는 것 처럼 보일 수 있지만 사실은 USB PD에는 굉장이 많은 기능들이 숨겨져 있습니다.

그 중에서 가장 신기하고도 유용하지만 자세히 알지 못할 것 같은 DRP에 대해 설명해드리려고 합니다.

 

1. USB PD DRP란?

오늘 소개해드릴 USB PD DRP는 Dual Role Power의 약자로 내가 충전을 해줄 수도 충전을 받을 수도 있는 그야말로 박쥐같은 기능을 말합니다.

 

 

위 사진에서 보시는 것과 같이 우리가 주위에서 흔히 볼 수 있는 스마트폰이 USB PD DRP 기능을 갖고 있는 대표적인 제품이라고 할 수 있겠습니다.

이 DPR 제품은 충전기와 연결되면 전류를 받아서 자신의 배터리를 충전하는 동작을 하고, 보조배터리와 같이 충전기능이 없고, 받기만 하는 제품과 연결되면 반대로 자신의 배터리를 통해 보조배터리를 충전해줄 수 있게됩니다.

 

 

 

 

이런 USB PD DRP 기능은 반드시 Type-C 커넥터인 제품에서만 지원이 가능한데, 그 이유에 대해서는 아래에서 좀 더 자세히 설명해 드리도록 하겠습니다.

 

2. Dual Role Power 제품끼리 연결되면 어떻게 될까?

위에서 DRP 제품은 충전을 해주는 충전기 역할을 할 수도 있고, 보조배터리를 충전할 때 처럼 충전을 받기도 하는데, 그렇다면 DRP 제품끼리 연결되면 누가 충전을 해주고 누가 충전을 받게 되는 것일까요..? 궁금하지 않나요?

 

 

이렇게 질문을 하면 100에 90은 이렇게 대답합니다. “당연히 배터리 많은놈이 배터리 적은놈 충전해주지!” 라고요. 하지만 반은 맞고 반은 틀렸습니다!!

이 부분에 대해서는 아래에서 좀 더 자세히 설명해 드리죠.

3. CC(Configuration Channel)

USB 커넥터가 Type-C로 바뀌면서 가장 중요하게 된 것이 바로 CC(Configuration Channel)이라는 핀입니다.

이 핀은 예전에 우리가 흔히 사용하던 마이크로 타입 이라던가 일반 직사각형 모양의 커넥터에는 없는 새로운 핀으로 PD를 지원하기 위해선 반드시 이 핀이 필요합니다.

 

 

이 핀을 통해 처음 충전을 해주는 놈과 충전을 받는 놈이 결정이 되기도 하고, USB PD 고속충전을 위한 메시지를 주고 받기도 합니다.

그럼 처음 연결할 때 충전의 롤은 어떻게 결정될까요? 그걸 알기 위해서는 먼저 아주 기초적인 전자 지식이 필요합니다. 바로 전압(Voltgae)의 하이레벨(High, 디지털 신호 1)과 로우레벨(Low, 디지털 신호 0) 입니다.

 

 

칩셋끼리 통신함에 있어서 고속의 신호에서는 복잡한 통신기술이 적용되어 위의 그림처럼 단순히 하이, 로우 레벨로만으로는 통신하진 않지만 통신의 가장 기본적이 되는 것으로 이런 아날로그 형태의 전압을 하이와 로우 레벨로 나눠 디지털 신호로 1과 0을 구분하여 사용됩니다.

DRP 제품의 경우에는 자신이 충전을 해줄지 충전을 받을지 롤을 이 CC핀의 레벨이 하이냐 로우이냐에 따라 결정되는데, 반대편의 제품과 연결되기 전 까지 이 CC핀의 레벨이 고정되어 있지 않고 계속 변화하는 토글(Toggle) 상태로 되어있습니다.

 

 

 

그러다가 Type-C 케이블로 반대편의 어떤 제품과 연결되어 내 CC핀이 하이든 로우든 고정이 되면, 그때 충전의 롤이 결정되는데, 만약 하이(High) 레벨로 고정이 된다면 내가 충전을 해주는 롤로, 로우(Low) 레벨로 고정이 되면, 충전을 받는 롤로 결정이 됩니다.

 

 

앞서 설명드린 것 처럼 DRP제품의 경우 CC 핀의 전압이 고정되지 않는 토글(Toggle) 상태에서 케이블로 반대편의 똑같이 토글하고 있는 DRP 제품이 연결되면, 연결되는 순간의 서로의 CC 핀 상태(하이 또는 로우)로 고정되고, 하이로 고정된 곳은 충전을 해주는 롤로, 로우로 고정된 곳은 충전을 받는 롤로 고정이 됩니다.

 

 

 

그래서 최초 연결 시에는 배터리의 상태에 따라 상관없이 충전 해주는 Source 롤과 충전을 Sink의 롤이 이런 연결 타이밍에 따라 결정이 되는 것이죠.

그런데 이게 다가 아닙니다. 이렇게 연결이 된 이후 서로 PD 통신을 통해 메세지를 주고 받아 서로의 배터리 양을 체크하고, Source / Sink의 롤을 바꿀 수 있는 PR_Swap(Power Role Swap)이라는 충전롤 변경 메시지가 있습니다.

하지만, 이 기능은 PD 규격에는 있지만 모든 PD 제품들이 다 구현되어 있는 것은 아니라 어떤 제품은 지원하더라도 어떤 제품은 지원하지 않아 케바케라는 것이죠.ㅎㅎ

 

아래 동영상은 DRP의 대표적인 제품 갤럭시 스마트폰끼리 연결하는 동영상을 찍은 것으로 두 폰의 배터리 상태가 각각 87% / 49%로 차이가 크게 있음에도 불구하고, 배터리 상태에 따라 상관없이 연결 할 때 충전롤이 바뀌는 영상입니다.