La présence d’un port USB est une amélioration d’une prise AC existante et crée de nouvelles opportunités dans la technologie de charge. L’USB est rapidement devenu un avantage supplémentaire dans la plupart des équipements domestiques, tandis que les prises électriques traditionnelles sont utilisées depuis longtemps pour alimenter les équipements électroniques depuis l’invention des appareils électriques.
Réponse rapide : Concernant la structure tarifaire de ces produits, ils varient généralement de $8-$20 pour la version basique, qui contient deux (2) ports USB partageant une puissance de sortie de 2,1 A ; $15-$35 pour une prise USB Type-C supportant une alimentation Power Delivery de 18 W ; $25-$60 pour les produits PD fournissant 30 W ou plus ; et les versions de marque sont généralement deux à trois fois plus chères.
Les paramètres généraux de ces produits électriques sont la puissance totale, s’ils partagent un budget pour déterminer la puissance reçue, et s’ils sont équipés d’un module USB remplaçable. Cet article traite des dénominations générales de ces produits, des cinq (5) types différents disponibles à l’achat aujourd’hui, de la signification de la puissance nominale, des normes applicables à ces produits, de leurs prix selon la configuration produit et le fabricant, des modes de défaillance potentiels, et de la manière d’installer le produit. La section finale inclut un aperçu des fournisseurs d’usine.
Qu’est-ce qu’une prise murale AC avec connexion USB ?
Une prise murale AC avec connexion USB est une prise murale AC qui dispose d’une alimentation secteur AC et d’un ou plusieurs ports USB. Ces ports USB sont connectés au même circuit AC que la prise murale ou disposent souvent de leur propre câble d’alimentation dédié. Chacun des ports USB possède une petite alimentation qui convertit la tension AC (soit 120 Volts ou 230 Volts) en une basse tension DC de 5 Volts, et dans les versions plus récentes de ce type de produit (conçues pour charger les appareils récents), des tensions plus élevées sont négociées entre l’appareil en charge et le port USB connecté à l’appareil.
Selon votre lieu de résidence, le nom de ce produit peut varier selon la région, ce qui peut compliquer la recherche du stock approprié. Au Royaume-Uni et au Moyen-Orient, on utilise couramment “ USB wall socket ” ou “ USB socket ”, en Amérique du Nord la terminologie est “ USB outlet ” ou “ USB receptacle ”, pour des raisons décoratives vous pouvez voir “ USB Decora outlet ”. Dans plusieurs régions d’Australie et d’Asie, le produit est appelé “ Power Point ” ou “ Power Point USB ”. De plus, différents catalogues désignent ce produit comme “ USB Charger Socket ” ou “ Wall Charger Outlet ”, qui réfèrent tous deux au même produit.
Il existe une différence technique entre une prise murale USB qui possède un insert USB “ modulaire ” ou séparé, comparé à un port USB “ intégré ” ou “ non modulaire ”. Un port USB intégré sera généralement moins coûteux, car la prise murale complète devra être achetée à chaque fois que le port USB tombe en panne (le port USB ne pouvant pas être remplacé). Si vous choisissez un port USB de type insert modulaire, vous pouvez remplacer l’insert modulaire en moins de 10 minutes, c’est pourquoi la plupart des spécifications actuelles pour les prises USB spécifient des ports USB modulaires.
Cinq types différents vendus aujourd’hui
- Prise simple, double ports USB-A, qui sont la configuration USB originale et actuellement la prise murale USB la plus courante, notamment dans les applications résidentielles. La configuration comprend deux ports USB-A partageant 2,1 ampères, ainsi qu’une prise électrique commutée ou non commutée. La prise offre une solution de charge nocturne pour les téléphones mais a des difficultés à charger les tablettes.
- Les prises sont soit équipées de Ports simples (USB-A/USB-C) ou de ports doubles (USB double) technologie. La configuration à port simple est la manière typique actuelle de spécifier un nouvel ordre de travail ; un câble USB-A existant peut être chargé avec un nouveau câble USB-C sans ajouter d’adaptateur pour convertir de USB-A à USB-C.
- La configuration USB double comprend généralement une combinaison de tension secteur et de deux ports USB situés sur la même prise. L’utilisation de ports doubles est désormais courante dans les chambres d’hôtel ou sur les tables de chevet, où les clients ont souvent un téléphone et un ordinateur portable qui n’utilisent pas de chargeur.
- USB-C haute puissance avec Power Delivery est disponible, fournissant un port de 30 W ou 65 W. L’utilisation de ce type de prise pour charger des ordinateurs portables entraînera une augmentation minimale du prix d’environ le double en raison de la taille accrue et des exigences de dissipation thermique de l’alimentation (à l’intérieur du boîtier mural) nécessaire pour fournir la puissance.
- Un insert modulaire est une plaque qui accepte le module USB comme l’une de ses prises ; par conséquent, la même plaque peut supporter un interrupteur, une prise ou un chargeur USB. En utilisant cette configuration, le projet doit spécifier l’insert modulaire car une mise à niveau du module USB de 18 W à 65 W peut se faire sans avoir besoin d’accéder et de toucher le mur.
Puissance de sortie : que signifient les chiffres ?
L’étiquetage des prises USB indique soit des ampères soit des watts ; les deux unités ne peuvent pas être interchangées si deux ports sont utilisés pour charger.
Par exemple, un port USB marqué 2,1 A fournira 10,5 W à 5 V lors de la charge d’un appareil et un port USB marqué 3 A fournira 15 W.
Bien que le nombre de ports puisse affecter la rapidité de charge d’un appareil, c’est la quantité de chaleur générée qui peut poser problème. Lors de la comparaison de la vitesse de charge d’un téléphone avec plusieurs ports (2) à la vitesse de charge d’un port (1), il est important de considérer la quantité de chaleur générée et la tolérance à la chaleur des deux appareils lors de la charge simultanée.
La quantité de chaleur générée varie également considérablement en fonction de la conception de l’appareil. Par exemple, si vous avez deux ports 5 V @ 2,1 A sur une plaque de 30 W, vous pouvez diviser la sortie totale, c’est-à-dire la quantité que chaque port peut tirer de la batterie, par 2 sur l’autre port. Dans ce cas, bien que deux téléphones puissent être chargés simultanément, chaque téléphone ne reçoit que 1,05 A de ce port comparé à 2,1 A pour la même capacité.
Alternativement, en chargeant deux téléphones avec un seul port d’une sortie totale de 30 W, vous pouvez adopter l’une ou l’autre de ces approches selon la décision de conception du fabricant ou vos propres directives de charge. Demandez toujours à votre fabricant la puissance totale des deux ports et comment les directives de charge du fabricant répartissent cette puissance, pas seulement la sortie maximale par port.
De manière générale, nous divisons une source d’alimentation en une puissance idéale, une puissance nominale et une puissance réelle comme suit :
- Idéale (Puissance nominale) – le fonctionnement le plus efficace d’une source d’alimentation génère la moindre quantité de chaleur tout en fournissant la puissance maximale disponible
- Nominale (Puissance nominale) – la puissance moyenne fournie par une source d’alimentation ne dépasse pas la puissance nominale
- Réelle (Puissance nominale) – la source d’alimentation fournira généralement la puissance maximale potentielle disponible tout en générant plus de chaleur que la source idéale
La plupart des prises 65 Watt peuvent dissiper 6-8 Watts sous forme de chaleur par conduction thermique. Elles produiront des températures plus élevées que prévu dans une installation typique sans circulation d’air, et si la prise est installée dans un boîtier isolé ou recouvert par un meuble, la température sera encore plus élevée ; c’est pourquoi toutes les prises 65 Watt utilisant USB doivent indiquer la profondeur minimale du boîtier et la température ambiante maximale. Si une prise 65 Watt est installée dans un boîtier trop peu profond derrière un canapé, elle peut tomber en panne beaucoup plus tôt que ce que vous attendez selon les spécifications du fabricant.
USB-A, USB-C et Power Delivery
USB-A est le port standard de forme rectangulaire présent depuis 20 ans sur pratiquement tous les chargeurs. La norme USB-A exige que les appareils se connectent avec 5 Volts et peuvent négocier jusqu’à 12 Volts via des méthodes propriétaires. La norme USB-C utilise un connecteur ovale réversible, ce qui est important car il permet un transfert de puissance plus élevé et fournit une méthode standard pour que les appareils négocient la quantité de puissance qu’ils sont autorisés à tirer via un connecteur USB-C.
Power Delivery est la méthode standard qui permet à l’appareil connecté au port USB-C et à l’alimentation électrique de négocier la quantité de tension et de courant disponible, permettant ainsi aux appareils qui consomment plus d’énergie que ce qui était auparavant possible avec les connecteurs USB (30 Watts pour l’alimentation 12 Volts) de le faire via un seul câble. Si un connecteur USB-C n’utilise pas Power Delivery, il s’agit simplement d’un connecteur 5 Volts avec une nouvelle forme, et malheureusement, de nombreuses alimentations bon marché sont exactement cela.
Il existe essentiellement deux règles à suivre lors de l’installation de ports USB sur des prises murales. Un port USB-A connecté à une prise murale dispose d’une durée de vie suffisante pour rester utile pendant les 5 à 10 prochaines années, car il existe encore un grand nombre de câbles conçus pour les connexions USB-A. Ainsi, pour les maisons ou entreprises qui ne prévoient pas de refaire le câblage, il serait judicieux de prévoir une prise avec un port A et un port C.
Une prise USB-C sans support Power Delivery ne prendra pas en charge les capacités de charge rapide. Toutes les prises USB-C peuvent supporter la charge rapide si la connexion est correctement dimensionnée depuis le connecteur USB (généralement au moins un câble USB-C vers USB-C) ; cependant, il n’y a aucun avantage à payer plus cher pour une prise qui supporte la charge rapide lorsque les connecteurs A standard font tout aussi bien et chargent au même rythme.
Normes et exigences de sécurité
Quelques critères peuvent déterminer si une prise est sûre à installer ou non. Les quatre critères doivent être présents dans la conception de la prise et ne seront pas visibles car ils sont internes à la prise.
- Il doit y avoir une conformité aux normes électriques pour une prise. Cela signifie que la prise doit respecter les normes établies par le pays où elle est installée (par exemple, BS 1363 pour le Royaume-Uni et les pays du Golfe, AS/NZS 3112 pour l’Australie, configurations NEMA pour l’Amérique du Nord, et la norme équivalente basée sur l’IEC pour tous les autres pays). Le fait qu’une prise contienne un module USB ne signifie pas qu’elle déroge à d’autres exigences pour la prise.
- Il doit y avoir une isolation électrique sûre pour la sortie USB. Une prise USB doit disposer d’une barrière d’isolation électrique, qui doit passer le même test d’impulsion que les autres parties de l’appareil. C’est l’aspect le plus critique de la sécurité, et c’est ce qui distingue une prise sûre d’une prise dangereuse ; par conséquent, une prise bon marché peut constituer un véritable danger électrique, pas seulement une mauvaise performance.
- La connexion USB consommera de l’énergie lorsqu’elle est branchée au mur même si rien n’est branché dans la prise USB. Les prises USB de qualité consommeront moins de 0,1 W en veille ; cependant, les prises USB de qualité consommeront plus de 0,5 W en veille. La consommation d’énergie des connexions USB s’accumulera avec le temps si vous installez plusieurs prises dans votre domicile.
- Lorsqu'il est en surchauffe, une alimentation USB doit être coupée avant d'endommager l'électronique de la prise murale ; par conséquent, les meilleures prises sont celles qui disposent d'une fonction de réinitialisation thermique qui réduit la puissance consommée lorsque la température de la prise dépasse un certain seuil. Cette capacité permet à une prise de 30W de fonctionner dans un placard chaud.
Lors de la réalisation d'un projet pour une prise, il est judicieux de demander une copie à la fois du rapport de test côté secteur et du rapport de test d'isolation. Un fournisseur a déjà produit rapidement les deux types de produits ; un fournisseur qui vous envoie un certificat pour un modèle différent ne l'a jamais fait.
Avant de rédiger les spécifications pour un nouveau produit, vous devez vérifier la gamme complète de ce produit pour les tailles de modules spécifiques associées à la ligne de produits donnée, car un insert USB donné ne fonctionnera qu'avec les systèmes de plaques pour lesquels il a été conçu.
En comparant les configurations
| Configuration | Factory Price | Branded Retail |
|---|---|---|
| Single outlet (Dual USB-A 2.1 A Shared) | $8 – $14 | $20 – $35 |
| Single Outlet (USB-A + USB-C 18 W) | $12 – $22 | $30 – $55 |
| Dual Outlet (Dual USB-A) | $14 – $26 | $35 – $65 |
| Dual Outlet (USB-A + USB-C 18 W) | $18 – $32 | $45 – $80 |
| Single Outlet (USB-C 30 W PD) | $22 – $38 | $55 – $95 |
| Single Outlet (USB-C 65 W PD) | $35 – $60 | $90 – $160 |
The difference between the costs of the factory and branded products is the same difference that exists among all Wiring Devices; a Factory sells a Plate and a Module whereas a Brand sells a Plate, a Module, a Box, a Warranty, and a Distribution Margin. The difference between Factory Pricing and Brand Pricing is typically two to three times greater, and in many cases even more so due to the fact that many Brands also have a Local Service Desk in addition to the Factory Pricing. The difference is easiest to see when comparing the price of the same 13 Amp Plate (available through a Factory and a retailer) several pages apart.
You should also keep in mind that Installation costs are separate from Material costs, and it is easy to underestimate the Installation costs associated with replacing a Plate with a USB Plate, an Installation will take about ten minutes to complete once the power is turned off.
An outlet can be added by an electrician, and when a solid wall is present, the cost of doing this will exceed the cost of the outlet itself.
What Goes Wrong in Service
When a fault occurs, there are four modes of failure associated with these ports, and these four modes are present in all specifications before a purchase is made.
- One mode of failure occurs for both the outlet and the port. Because the USB (Universal Serial Bus) module is built into the outlet, the entire outlet must be replaced if the USB port fails. If the USB port is not built-in, the USB port can be replaced at a lower cost than replacing the entire outlet.
- Another mode of failure occurs when a user experiences slow charging. A user blames their charging cable for this failure, but the problem is caused by a shared 2.1 amp USB port. If two phones are connected to the same USB port, they both receive a maximum current of 1.05 amps, which appears as a fault to the user. The best option to avoid this issue is to specify either the total current that can be supplied by a USB port or the maximum current that can be provided to each port individually.
- A third mode of failure is when an outlet creates a buzzing noise. This is caused by the low quality of the power supply and lack of filtering. The buzzing sound occurs when the power supply is under a light load. The sound of the buzzing is not dangerous; however, it is very irritating for users who have the outlet in their bedroom.
- The fourth mode of failure is the discolouration of the outlet plate. This discolouration occurs because the plastic around the USB module heats up when the outlet is used continuously in a sealed box. The result is that the plastic will turn yellow within two years. If a higher quality outlet is selected, it would use polycarbonate plastic and a thermal cut-off device; however, the cost difference is approximately $10.
To avoid issues with most of the failure modes listed above, select a modular plate, a replaceable USB module, and a type C USB port with Power Delivery, and specify the total wattage of the new outlet. The cost of this combination is approximately $10 more than the lowest-cost option, but it will eliminate the three most frequent complaints.
The various electrical wiring devices in a room, including switches and sockets, are determined by how you choose to combine them to work together within that particular area.
Installation and the Wall Box
How they are installed and how they fit into your home is primarily determined by the wall box that is used to mount the devices. In this regard, a standard 35 mm box will only provide enough space to accommodate low-power modules and is only marginally acceptable for installations of higher wattage (18 W). The reason for this is that both the wiring and the module require air space to allow for heat dissipation, and with a box of this size there is not enough air space available.
In order to safely install a 30 W or 65 W outlet, you should use a 47 mm box, as it provides sufficient air space and is only slightly more expensive than the 35 mm box at first fix.
Where an installation should be positioned is equally important to how deep the box is. An outlet that is installed next to a bed and used on a nightly basis will benefit from having a switch to be able to isolate the module, whereas an outlet that is located above the worktop in a kitchen may be intermittent and best installed beneath a cabinet. Also, a receptacle in a hotel room should be located on the nightstand next to the bed and be easily accessible without having to get up, as opposed to one that is located on the opposite side of the room.
All markets have three common installation notes regarding USB outlets. Firstly, USB devices draw power from the circuit, even when no device is connected. Therefore, it is advisable to connect USB modules to switched or at minimum protected circuits. Secondly, it is important that at the installation location, there should be a neutral wire in order for the USB module to function. Many older homes do not have neutrals in their existing wiring. Finally, the installation location for a USB outlet should be within the manufacturer’s rated ambient temperature range, which typically excludes areas inside of cupboards next to stoves.
The 13A British standard outlines the manufacturing of the socket and is the most common British standard; therefore the continuity of the 13 A socket volume production line, where the installation cost drops to a predictable range of costs based on volume.
How does GOG fit into the equation?
GOG manufactures switches, sockets and plates specifically for residential, commercial and project type jobs including plates that are finished with USB-A and USB-C interfaces to match the rest of GOG’s product line. The majority of GOG’s product is sold to wholesale distributors, commercial & residential developers and contractors, but not to retail customers, so the conversation is about the quality of the products, the number of modules included with each order and the total volume of products ordered rather than the packaging for the product.
Three main features that GOG offers to developers and contractors on a project basis include;
- The USB interface module is a separate item that can be removed from and replaced within the socket plate, therefore if a USB interface fails in a hotel room for example it takes approximately 10 minutes to replace the module instead of having to take down the entire socket plate and re-install the additional components in the plate.
- The USB interface modules are available in the same finishes as the socket plates that they are used in which allows for consistent finishes throughout a home so that a homeowner does not end up in a situation where there is a white USB charger being used in a plate that is in an anthracite finish.
- The mains side of GOG’s product is produced to the national electrical code (NEC) requirement of the market the product will be used in, for example, products that are built to the 13A British pattern will have the appropriate plug configuration for the Gulf, southeast Asia and Australia.
When a developer or contractor requests information on GOG’s products, the initial conversation is about the quality of the product, the finish of the product and the number of products ordered. The catalog contains both module dimensions and plates, and this is significant for the designer because it is the complete range of products available that determines if the USB plate will be able to be included in conjunction with the other plates within the project (as already determined by the previous specifications of the sockets). Production runs from the 13 Amp Project production line for any quantity of product will be produced from a volume of products based on the volume required by the project.
Before making your specification final, there is one more publication that you may wish to review; the article “Outlets and Switches for the Modern Home,” which highlights how the USB plate will work in conjunction with other outlets/walls in the room design, which is usually the first question that the designer will ask before the electrician makes any design changes.
Questions fréquemment posées
Are USB outlets worth the additional cost?
For bedrooms, kitchens and hotel rooms where you will be relying on a charger on a daily basis. When a plug-top charger uses up an outlet, the price difference over a basic outlet is generally somewhere between $8.00 – $25.00, based on factory pricing. In utility rooms and garages, where you can permanently place a charger in a socket, the benefit of having it integrated into the wall is virtually non-existent.
What is the difference in charging capability with 2.1 A and 3 A USB outlets?
The 2.1 A outlet provides 10.5 W at 5 V, which allows for normal charging speeds on most sized phones and slow charging for tablets at 10 Watt levels; 3 A outlets provide 15 W at 5 V, which gives you faster charging capabilities on most sized devices. You should take note before comparing prices on a dual-port plate as to whether the ports are total or per-port because the figure shown may be a shared number across both ports.
Is it possible to charge a laptop using a USB socket?
The only way to charge a laptop with a USB socket is if it has a USB-C port and supports Power Delivery at 30 W or more. If the laptop is thin enough, then a USB-C port rated at 30 W will charge it slowly, but a port rated at 65 W will charge a standard-size laptop at a rate that is acceptable. If a USB socket is rated only at 5 V, it cannot charge a laptop because it cannot negotiate the necessary voltage with the laptop.
Do USB sockets consume energy when nothing is connected?
USB sockets consume energy when nothing is connected. This is due to the fact that they require a small standby power supply to remain operational. In a good design, the standby circuit consumes less than 0.1 W, while in a poor design, it can consume more than 0.5 W. This difference in the amount of standby power that is used can be substantial over time, and thus should be noted in the specifications for a hotel or office fit-out, where the amount of standby power needed is high.
Reference List
- Legrand – Wiring Devices & USB Charging Outlets
- NEMA – Wiring Device & Receptacle Configurations
- UL Solutions – Receptacle and Charging Device Certification
- USB Implementers Forum – USB Power Delivery Specification
- Schneider Electric – Switch, Socket & Charging Solutions
In summary
An AC socket with USB is a standard mains socket with a small power supply mounted to the back side of it. It is actually the power supply that will determine how long the product will last. When making a decision about which product to purchase, you should look at the total watts, the per-port current rating (not the shared rating), and whether the module can be replaced.
For most installations, the best specification to use is a modular plate with one USB-A and one USB-C at 18 W, in a 47 mm box and finished to match other products in the installation. The combination of these two products will cost slightly more than the lowest priced option and will avoid all three major reasons why people regret buying one.
