USB şarj ve “akıllı” şarj portları (örn. Anker's PowerIQ) nasıl çalışır?

EE'nin hobisi anlayışı ile yazılım mühendisi.

Son zamanlarda, USB pil paketlerinin üreticilerinin, bağlantı noktalarının "akıllı" olduğunu ve "aygıtı" tanımladığını "" aygıt için maksimum akımı sağladığını "iddia ettim. Konuyla ilgili ayrıntılı bir bakış, bunun tamamen pazarlama dili olmadığı ve aslında daha karmaşık bir şey olduğu anlamına geliyor gibi görünüyor.

Lityum-iyon pillerin incelikli kimyasını veya şarj kontrolörlerinin doğasını anlamadan, bir pili mümkün olduğunca çabuk şarj etmek için mümkün olduğu kadar fazla akım çekeceğinizi, sadece pilin özelliklerini sınırlayacağınızı tahmin ediyorum. Durum böyle olmamalıdır, çünkü cihazların bazı durumlarda şarj işlemlerini 1A ile sınırladığı belgelenmiştir, çünkü kesinlikle daha fazla para çekebilirler. Bu neden?

Akım çekişi bu kadar kontrol edilirse, cihazın daha fazla akım çekmesini sağlamak için bu akıllı bağlantı noktalarında neler oluyor? Bir Anker batarya ürün sayfasından, bağlantı noktalarının cihazı tanımladığını ve "benzersiz şarj dilini konuşmasını" (bu ifadenin beni mide bulandırmasını sağladığını) iddia ediyorlar. Belki de bu ifadelere o kadar sert tepki vermemeliyim ki - USB veri hatları gerçekte bazı şarj modellerinde müzakere için kullanılıyor mu?

Teşekkürler!

USB spesifikasyonuna 500mA'dan fazla akıma izin veren iki ilave vardır.

usb batarya şarj özelliği 1.1 . 1.3A'ya kadar izin verir.

Usb pil şarj özellikleri 1.2 (ve bu ). 5A'ya kadar izin verir.

Özet:

• USB 2.0 - BCS 1.1: 1.3A akım, veri aktarımı yok.
• USB 2.0 - BCS 1.2: 5A ile veri akımı.
• USB 3.0 - BCS 1.2: 5A akım işleme ancak akım 1,5A ile sınırlı, veri yok.

Daha fazla burada bulunabilir

Düzenleme: Bazen üretici standartlara uymaz ve tescilli bir şey kullanır. Bazen "özel bir şey", veri pimlerinin havada asılı kalmasına ya da belirli bir voltajda kalmasına ve ardından isteğe bağlı miktarda akım sağlamasına ...

Pratikte, 'akıllı' şarj cihazları Dedicated Charge Port Controller adı verilen özel bir çip kullanır . Bir DCP kontrol cihazı farklı şarj cihazları gibi davranabilir ve en iyi görünen modu seçer.

Bunun nedeni, normal ('aptal') duvar şarj cihazlarının USB'nin veri bağlantılarını, yapabileceklerini statik, analog bir şekilde işaretlemek için kullanmasıdır. 'Akıllı' şarj cihazları aynı şeyi yapabilir, ancak daha az statik bir yolla: şarj cihazının davranışını izlerler ve ideal düzeneği çıkarırlar - daha sonra taklit edebilirler.

Özel şarj portu kontrol yongalarına örnek olarak Texas Instruments TPS2510 serisi 'USB Şarj Portu Kontrolörü', Maxim MAX14600 serisi 'USB Host Şarj Cihazı Tanımlama / Adaptör Emülatörü' ve Norelsys NS3601 verilebilir 'USB Hızlı Şarj Portu Kontrol Cihazı' .

TPS2513a veri sayfasından bir resim (telif hakkı TI):

Benzer şekilde, MAX14600 (Telif Hakkı Maxim):

USB veri hatlarının ('DP' ve 'DM') üzerlerinde yapılandırılabilir kaynaklara sahip olduğunu ve bunların 'akıllı' bir mantık tarafından kontrol edildiğini görebilirsiniz.

Bazı açıklama

Farklı ücretli cihazlar, farklı türde şarj cihazları gerektirir. Bunun nedeni, USB spesifikasyonunun başlangıçta 'şarj etme' davranışını belirtmemesi ve kısmen de bazı üreticilerin cihazlarının sadece kendi duvar fişlerinde en hızlı şekilde şarj olmasını istemeleridir. Ayrıca, bir cihaz yanlış tasarlanmış bir güç kaynağının aşırı ısınma riskini önlemek için izin verilenden daha fazla akım çekmeyebilir.

Not: Aşağıdaki açıklama, işleri daha da karmaşıklaştıran USB3, USB Güç Dağıtımı ve Qualcomm Hızlı Şarj teknolojilerini görmezden gelir (örneğin, voltajın 5 Volt'un üzerine çıkmasını destekler).

Bu tür USB soketleri ayırt edilebilir:

• Düzenli USB bağlantı noktası (PC'deki gibi). Buna SDP , Standart Alt Bağlantı Noktası adı verilir . Bir SDP 100 mA'ya kadar güç sağlar ve eğer bağlı cihaz güzelce isterse ve USB ana bilgisayarı mümkün ve izin verildiğini kabul ederse, bu sınırı 500mA'ya kadar çıkarabilir .
  • Uygulamada, neredeyse tüm SDP'ler uygun iletişim olmadan bile 500mA sunar. Küçük fanlar ve kupa ısıtıcılar gibi USB aygıtları iletişim kurmuyor, ancak yine de 100mA'dan daha fazlasını gerektiriyor.
• Haberleşme özelliğine ve ek şarj işlevine sahip USB bağlantı noktası. Buna CDP : Downstream Portunu Şarj Etme adı verilir . Bu 1500mA'ya kadar güç sağlayabilir. İletişim kurmayan alt cihazlar, D + ve D- USB veri hatlarını bir dirençle veya kısa bir süre ile bağlayarak bunu şarj cihazına bildirebilirler.
• Çin Telekomünikasyon Endüstrisi Standardı YD / T 1591-2009, CDP şartnamesinden önce geldi ve ilham verdi. D + ve D- arasında bir kısa belirtir.
• Haberleşme özelliği olmayan USB portu (duvar prizinde olduğu gibi). Buna DCP : Özel Şarj Portu denir . Temelde USB host (PC) ile konuşma imkânı olmayan bir CDP.
• DCP'nin özelliklerini takip etmeyen DCP bağlantı noktaları (USB Pil Şarjı ayırma sürüm 1.2'den). Bu dübeller, veri hatlarına bağlı çeşitli direnç kurulumlarına sahiptir, bu sayede şarj cihazı tarafından okunabilen sabit gerilimler ortaya çıkar. 'Tanınabilir' voltajların listesi çok uzun, bu sadece bir alıntı:
  • Elma 0.5A (2V'da D +, D @ 2V)
  • Elma İA (2V / -2.8V)
  • Elma 2.1A (2.7V / 2.0V)
  • Elma 2,4 A (2,7 V / 2,0 V)
  • Sony (3,3V / 3,3V)
  • Birçok (Samsung dahil) 2A (1.2V / 1.2V)

'Akıllı' şarj cihazları - yani onların içindeki DCP kontrol cihazı çipler - değişken direnç değerleri olan standart bir DCP portunu taklit edebilir ve ayrıca standart olmayan DCP voltajlarının birkaçını taklit edebilir.

Gizli sos

Yonga üreticileri, 'algılama' mantığının nasıl çalıştığını gerçekten tanımlamıyor, ancak sahip oldukları tek seçenek, şarj cihazının D + ve D-çizgileri üzerinde ne yaptığını izlemek ve çekilen akıma bakmak.

Bu hiç şüphesiz çok sayıda deneme yanılma araştırması gerektirir ve algoritma muhtemelen yakından korunan bir sır olarak tutulur.

Bir teknik olabilir kullanılabilir, taklit durumları arasında geçiş ve çekilir akım miktarını belirtmek için. En yüksek akım çekişine sahip durum o zaman en iyisidir ve aktif kalır.

Kenar notu

Bir şarj cihazının "cihaz için maksimum akımı sağladığını " iddia eden şarj cihazı üreticilerinin pazarlamasıyla karıştırmayın . Bir USB soketi bir voltaj kaynağıdır; sadece voltajı kontrol eder ve şarj olurken ne kadar akım alacağına 'karar veren şarj cihazıdır .

Dolayısıyla bir şarj cihazının akımı kabul etmeyen bir cihaza 'zorlayabilmesi' mümkün değildir, en azından güvenli maksimum 5,1 Volt'un altında kalarak.

Devam eden tek şey, şarj cihazını hayal edebileceği en yetenekli, en uygun, en uyumlu şarj cihazına bağlı olduğuna inandırmak için bazı hilelerdir.

Diğer bağlantılar

• https://en.wikipedia.org/wiki/USB
• http://lygte-info.dk/info/USBinfo%20UK.html
• http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2514a-q1.pdf
• https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX14600-MAX14618.pdf
• http://www.norelsys.com/English/chanpinzhongxin/SMARTPOWER/2015/0601/123.html

Ben de sadece bir yazılım mühendisiyim, ancak işimin bir parçası USB özellikli belgeleri okumaktan ibaret. İşte bildiğim şey:

USB üzerinden güç için iki resmi protokol vardır. İlki, BCD, 2007 yılında piyasaya sürülmüş ve 2010 yılında güncellenmiştir. Aşağı akım cihazının ne kadar güç tüketmesine izin verildiğini belirlemek için çeşitli veri hattı püf noktaları kullanır. Bu, tam bir USB el sıkışma olmak zorunda değildir. Örneğin, özel bir şarj cihazı yalnızca D + 'dan D-' ye kısaltarak tanımlamaktadır. Bu, akış aşağı cihazın 1.5A olduğuna inandığım maksimum şarj akımına kadar batabileceğini gösterir. BCD özelliklerini buradan okuyabilirsiniz .

Yeni protokol, ana USB spesifikasyonunun bir parçası olarak dağıtılan PD'dir (Güç Teslimatı) . PD gerçekten ilginç. Güç bilgilerinin veri hatları yerine voltaj hatları üzerinden değiştirilmesine izin verir ve 100W'a (20V / 5A) kadar destekleyebilir. Bununla birlikte, yüksek güçlü uygulamalar, kablonun erime olmadan yüksek voltaj / yüksek akımı destekleyebileceğini belirtmek için kablonun elektronik olarak işaretlenmesini gerektirir. :-) Spesifikasyonda tanımlanmış birkaç "işaret" var, ancak hepsi fişin içindeki iki pimin arasına bir direnç veya kapasitör bırakmayı içeriyor gibi görünüyor.

Bununla birlikte, herhangi bir kablonun veya şarj cihazının gerçekten tüm spesifikasyonu doğru şekilde uygulama olasılığı oldukça düşük görünmektedir. Üreticilerin bunu mahvetmek için ne kadar yol bulduğunu görmek için , Amazon Leung'deki Benson Leung'un istismarlarını takip edebilirsiniz .

Emin değilim, ancak "PowerIQ" gibi pazarlama etiketlerinin, standart dışı olanlar da dahil olmak üzere, mümkün olduğu kadar çok sayıda cihaz ve kabloyla uyumluluğu sağlamaya çalışan şarj cihazları göstermesi muhtemel olduğunu düşünüyorum. Maalesef, belirli bir şarj cihazının bu ideale ne kadar yaklaştığını söylemenin iyi bir yolu yok.

(eski konu, ancak en son USB özelliklerine göre yeni bilgiler.)

Daha önce belirtildiği gibi, yeni USB teknik özellikleri, cihaz talep ederse 5V'den daha yüksek şarj voltajı sağlar.

"USB Güç Teslimatı" (PD) uzantısı altında (şimdi USB PD rev. 3.0, sürüm 1.0a), takılı cihaza maksimum 5V, 9V, 15V veya 20V'da 5A'ya kadar verilebilir 100W kaynaklı. Bu taleplerde "talep eden cihaz" ın uyması gereken birçok kural var.

Bu genellikle dizüstü bilgisayarlar veya yüksek hücre sayımı ve / veya çalışma gerilimi olan diğer cihazlar için olabilir. Kablolar da bu koşulları taşıyacak şekilde tasarlanmalı ve belirtilmelidir.

(evet, ben bir EE ... 35 yıldan fazladır)

Bulantıyı bu dilde paylaşıyorum, ancak bu konunun ardında bir gerçek olabileceği konusunda hemfikirim. USB aygıtları kendilerini satıcı, ürün ve aygıt kimliklerini temel alarak ilan eder, böylece ana bilgisayar neyin bağlandığını tanıyabilir ve ona göre davranabilir (ör: uygun sürücüyü bulma). Dahası, bir pil uzmanı değilim, ancak Li-ion pillerin aşırı ısınmayı önlemek için bazı garip şarj gereksinimleri olduğunu bilecek kadar maruz kaldım. Bir USB ürününün, diğer ucunda özel bir sürücü veya ürün ile etkileşime girmesi koşuluyla, burada açıklandığı gibi, daha uygun bir şarj modelini kullanabileceğini düşünmek mantıksız değildir.

Gördüğüm bir Li-ion şarj kalıbı örneği, akü voltajı 4.0V'a ulaşana kadar sabit akım, ardından akü 4.2V'a ulaşana kadar sabit voltajdır. Belki de farklı pillerin farklı desenleri vardır (yine, ben bir pil uzmanı değilim).

[...] devam eden daha karmaşık bir şey var.

Evet. Kısacası, akıllı portlar, optimum akımları elde etmek için standartlaştırılmamış şarj mekanizmalarının kırılmalarını kullanır. Tüm USB cihazlarının şarj protokollerini yalnızca USB özelliğine veya BCS uzantısına dayandırdığı yönündeki ortak varsayım yanlıştır.

Birçok USB şarj cihazında yalnızca BCS, aka DCP'ler, Dedicated Charging Port'lar tarafından tanımlanan 'aptal' değişken veri pin portları bulunur.

Akıllı bir bağlantı noktası aptal bir bağlantı noktası (DCP) gibi davranabilir veya USB / BC özelliklerinin desteklenmemesi veya optimum olmaması durumunda birkaç özel bağlantı noktası taklit edebilir. Bu öykünme bazı senaryolarda bozulup sorunlara yol açabilir, bu nedenle her akıllı şarj cihazı markasının kendini güvenilirlik, hız ve uyumluluk açısından ayırt etmeye çalışmasının nedeni budur. Onları yapmak bazı ters mühendislik içerebilir.

İdeal olarak, 'akıllı' şarj cihazlarına ihtiyaç duyulmaz ve tüm cihazlar aynı şarj standardını kullanır. Eğer bir ana bilgisayar / şarj cihazı değilse, bir cihazın:

• Yavaş yavaş şarj
• Hiç şarj olmuyor.
• Standart USB spesifikasyonunda (BCS değil) şarj edin (yani, tam güçte bir USB cihazı için 5 güç birimi, düşük güç için 1, yalnızca numaralandırılmamış güç bağlantısı için 5). Bu normalde maks.
• BCS hızında şarj edin, daha sonra DCP'den 5A kadar çekebildiler. Yine de hiçbir zaman tek bir liman için 3A'dan fazla reklam görmedim. Bu, kendi şarj cihazıyla yapabileceğinden daha yavaş olabilir.

[...] cihazın daha fazla akım çekmesini sağlamak için bu akıllı bağlantı noktalarında neler oluyor? [...] USB veri hatları gerçekte bazı şarj modellerinde anlaşmak için kullanılıyor mu?

Tür, hangi şarj etme özelliklerine baktığınıza bağlı. Apple'ın veri hatlarını kullandığına inanıyorum, ancak karmaşık bir şey olmuyor, sadece bir Apple şarj cihazı olduğunu belirtmek için 3V'a ayarlanmışlar.

DCP, BCS tarafından tanımlanan tek şarj portu değildir. Bazı (az) cihaz sayım gerektirmeyi tercih eder (yani, veri pinlerinin el sıkışmasını kullanarak) ve bu nedenle, şarj işlemine ek olarak veri aktarımına izin verdiği için daha karmaşık olan bir CDP'ye (aşağı akış yönünde şarj etme) ihtiyaç duyar. Tamamen BCS uyumlu, yani CDP ve DCP arasında geçiş yapabilen bir bağlantı noktasının, başka bir teknolojiyi taklit etmese bile 'akıllı' olarak kabul edilebileceğini varsayalım.

Bir pili mümkün olduğu kadar çabuk şarj etmek için, mümkün olduğunca fazla akım çekeceğinizi tahmin ediyorum, [...] kesinlikle daha çok çekebilirlerdi. Bu neden?.

Doğru, ancak şarj cihazı sadece teknik özelliklere uyuyorsa, aksi takdirde sanırım güvenmezler. Ya da belki de rekabet ve patentlerle ya da pil ömrünü optimize eden algoritmalar ile ilgili olmalı. Bence neden nedenden daha ilginç.

Ben de bir EE değilim. (Ayrıca iyi okunan bir hobinin elektronik anlayışına sahip bir yazılım mühendisi.)

Anlaşmam, normal USB cihazlarının artık en fazla 500 mA çekeceği yönünde. Daha fazlası, USB standardının ihlalidir.

"Akıllı" USB şarj cihazları, seri haberleşme çiplerine sahip katı hal mantığını içerir. Daha yüksek akım isteyen bir cihazı bağladığınızda, "2 amp istiyorum. Bu tamam mı?" Etkisine bir şey söyleyerek güç kaynağına bir sorgu gönderir. Güç kaynağı bir boşaltma USB bağlantı noktasıysa, hiç yanıt vermiyor, bu nedenle cihaz çalışmıyor veya yalnızca varsayılan 500 mA'yı çekiyor (ve çok daha yavaş şarj oluyor).

Samsung S5 telefonum ve Not 10.1'im var (2014 baskısı). Gerilim, akım ve maH ölçen bir satır içi USB metre var. Bu cihazlardan biri OEM şarj cihazına bağlı olduğunda, şarj cihazı çıkışı 5.5 volta yükselir ve şarj akımı yaklaşık 1.6 amperdir. Bunu 1 amp'lik ucuz bir duvar siğili kullanarak denersem, voltaj 5.0'da kalır ve 0.8 amperde şarj olur. Ayrıca birkaç tane pille çalışan şarj cihazım var. Çoğu, 2 amper veya daha yüksek bir değere sahip olmasına rağmen, sadece 5,0 volt sağlar ve şarj akımı yaklaşık 0,8 amperde kalır. Bundan, Samsung protokolünün, yukarıda belirtilen araçlardan biriyle hızlı şarj talep etmesi için cihaz olduğu ve şarj cihazının çıkışını 5.5 volta yükselterek bunun mümkün olduğuna işaret ettiği sonucuna varıyorum.