ฉันจะออกแบบแหล่งจ่ายไฟ 2A หรือมากกว่าสำหรับอุปกรณ์ USB สำหรับผู้บริโภคได้อย่างไร

ฉันเข้าใจว่าอุปกรณ์ผู้บริโภคจำนวนมากที่ชาร์จโดยพอร์ต USB สามารถชาร์จได้ในอัตราที่สูงกว่า 0.5A อย่างไรก็ตามในการทดสอบฉันพบว่าพวกเขาไม่กินมากกว่านี้

ทดสอบการตั้งค่า

• ฉันมีแหล่งจ่ายไฟที่ให้ผลลัพธ์ระหว่าง 0 ถึง 30 โวลต์และ 0 ถึง 20 แอมป์
• ฉันตั้งแรงดันไฟฟ้าเป็น 5 โวลต์จากนั้นเชื่อมต่อ USB หญิงกับสายไฟอย่างถูกต้อง
• เมื่อฉันเสียบ Samsung Galaxy S4 Mini มันจะดึงประมาณ 0.44 แอมป์ มันเป็นเช่นเดียวกันกับ Samsung Galaxy Tab Pro
• อย่างไรก็ตามเมื่อฉันเชื่อมต่อ iPad Air ด้วยสายฟ้าผ่าอย่างเป็นทางการมันจะดึงแอมป์ประมาณ 0.11 เท่านั้น
• นอกจากนี้ฉันพยายามเชื่อมต่อสมาร์ทวอทช์ ZGPAX S28 และมันยังคงอยู่ที่ประมาณ 0.44-0.45 แอมป์

แหล่งจ่ายไฟมากกว่าความสามารถในการส่งออกสูงสุด 2.1 แอมป์ดังนั้นทำไมมันไม่ถึงอย่างน้อยแท็บเล็ต?

ฉันต้องทำอะไรในการตั้งค่าการทดสอบเพื่อโน้มน้าวให้อุปกรณ์ใช้กระแสไฟชาร์จสูงสุด

เหตุผลที่อุปกรณ์ Apple / Samsung ของคุณไม่ดึงดูดกระแสมากขึ้นนั้นเป็นเรื่องง่าย เป็นเพราะมีการสื่อสารข้อมูลเพิ่มเติมเกิดขึ้นระหว่างอุปกรณ์ Apple / Samsung และแหล่งจ่ายไฟเฉพาะ สิ่งนี้ทำให้ทั้งสองอุปกรณ์รู้จักคนอื่นและยอมรับกระแสที่สูงขึ้นที่จะใช้ อุปกรณ์ชาร์จตั้งแรงดันไฟฟ้าบางอย่างบนสายดาต้า USB และโทรศัพท์หรือแท็บเล็ตสามารถรับรู้ได้

แหล่งจ่ายไฟ 20 แอมป์ของคุณไม่ได้จ่ายแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ในบรรทัดวันที่ดังนั้นจึงไม่ "พูดคุย" กับอุปกรณ์ Apple / Samsung ของคุณดังนั้นสิ่งเหล่านี้ถือว่าเป็นอุปกรณ์ชาร์จ "โง่" ปกติและไม่ดึงกระแสเกินกว่ามาตรฐาน USB ที่อนุญาต ซึ่งมักจะมีเพียง 100 หรือ 500 mA

ในการชาร์จอุปกรณ์แอปเปิ้ลให้แรงดันเหล่านี้อยู่ในสายข้อมูล:

กระแสไฟที่ต้องการ: 2,000mA D-: 2.0V D +: 2.75V

นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับว่าแบตเตอรี่จะชาร์จประจุเต็มหรือไม่ มันจะสูงสุดเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จ 30 - 70% (ตัวเลขเหล่านี้เป็นเพียงการคาดเดาของฉัน) การชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าสูงจะไม่ดีสำหรับแบตเตอรี่เมื่อต่ำมากหรือเกือบเต็ม

แหล่งที่มา:

Adafruit: ความลึกลับของการชาร์จอุปกรณ์ Apple

Voltaic: การเลือกแรงดันพินของ USB

ต่อไปนี้เป็นบทความที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นซึ่งแสดงรายการตัวระบุตัวแบ่งความต้านทาน D + / D- ที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งเป็นที่รู้จักสำหรับเครื่องชาร์จพลังงานสูง ส่วนสำคัญคือ:

2.0V / 2.0V - พลังงานต่ำ (500mA)

2.0V / 2.7V - Apple iPhone (1000mA / 5 วัตต์)

2.7V / 2.0V - Apple iPad (2100mA / 10 วัตต์)

2.7V / 2.7V - 12 วัตต์ (2400mA, อาจใช้โดย Blackberry)

ย่อ D + / D- พร้อมกัน - มาตรฐาน USB-IF BC 1.2

1.2V / 1.2V - อุปกรณ์ Samsung

ค่าของ Samsung ตรงกับสิ่งที่ระบุไว้ในแผนผังนี้ ^{[ต้นฉบับ]}ผ่านตัวต้านทานตัวต้านทาน 10k / 33k สำหรับเครื่องชาร์จแท็บเล็ต 2A Galaxy

เช่นฉันกล่าวว่าในความคิดเห็นอื่น ๆ ของฉันยังมีชิปปิดชั้นวางของที่ใช้บางส่วนของเหล่านี้เช่นMAX14667 , TPS2513 , ไมโครชิพUSB2534หรือCYUSB3324 แผ่นข้อมูลด้านหลังยังให้รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ Samsung:

อุปกรณ์ Samsung ปฏิบัติตามวิธีการชาร์จหลายวิธี อุปกรณ์ซัมซุงบางรุ่น (แท็บเล็ต Samsung Galaxy) ใช้วิธีการชาร์จที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่ง D + และ D- พินจะมีอคติกับศักยภาพที่เท่ากัน (~ 1.2 V) อุปกรณ์ Samsung Galaxy S (S3, S4) เป็นไปตามมาตรฐานการชาร์จ USB-IF BC v1.2 สำหรับโหมดการทำงานของ DCP, CDP และ SDP

USB-IF BC 1.2 มีความต้องการเหล่านี้สำหรับโหมด DCP:

• D + และ D– สายข้อมูลสั้นพร้อมกับความต้านทานอนุกรมสูงสุดที่ 200 Ω

• ต้องไม่ตัดแหล่งจ่ายไฟจนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงต่ำกว่า 2V หรือกระแสเกินกว่า 1.5A

• อนุญาตให้ใช้การดึงกระแสสูงสุดที่แน่นอน แต่ไม่จำเป็นต้องมีขีด จำกัด ของตัวเชื่อมต่อ USB 2.0 สูงสุดถึง 5A

นอกจากนี้ Cypress note ยังบอกด้วยว่า 2.7V / 2.7V -> 2.4A นั้นถูกใช้โดย Apple เช่นกัน การอภิปรายในฟอรัม TI ที่พนักงาน TI ตีราคาใน (สำหรับ TPS2513A) ระบุว่าเหมือนกัน พนักงานของ TI กล่าวว่า :

เริ่มต้นจาก iPad3 ใช้แบตเตอรี่ 42Whr เวลาชาร์จนานเริ่มเป็นปัญหา เปรียบเทียบเวลาในการชาร์จจากแบตเตอรี่ 0% ถึง 100% เครื่องชาร์จ 2.1A ใช้เวลา 6 ชั่วโมงเครื่องชาร์จ 2.4A ใช้เวลา 5 ชั่วโมง 40 นาที ดังนั้น 20 นาทีเร็วกว่า แต่ก็ไม่มาก

เราเชื่อว่าเหตุผลสำคัญที่ Apple เปิดตัวเครื่องชาร์จ 2.4A เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีขึ้นเมื่อทำการชาร์จและเล่นในเวลาเดียวกัน เมื่อเล่นวิดีโอเกมคุณภาพสูงอย่าง Infinity II และการชาร์จในเวลาเดียวกันเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ของ iPad3 ของฉันเพิ่มขึ้นช้ามากเช่น 30 นาทีต่อมาเพิ่มขึ้น 2 เปอร์เซ็นต์ซึ่งทำให้ฉันบ้า

ในขณะที่ใช้เครื่องชาร์จ 2.4A สถานะของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเร็วขึ้นอย่างน้อยฉันก็รู้สึกปกติ

แหล่งจ่ายไฟมากกว่าความสามารถในการส่งออกสูงสุด 2.1 แอมป์ดังนั้นทำไมมันไม่ถึงอย่างน้อยแท็บเล็ต?

มาตรฐาน USB ไม่อนุญาตให้ดึงมากกว่า 500mA จากพอร์ต USB 1 มาตรฐาน จนกว่าอุปกรณ์จะสร้างการสื่อสารกับอุปกรณ์โฮสต์ USB มันก็ไม่มีทางรู้ว่าปัจจุบันมีเท่าใด

มาตรฐาน USB ต้องใช้อุปกรณ์จริงไม่เกิน 100mA ก่อนสื่อสารกับโฮสต์และขอพลังงานเพิ่มขึ้น สิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจากฮับ USB ที่ไม่ได้รับพลังงานมาตรฐานจะใช้ 500mA - 100mA สำหรับตัวมันเองและ 100mA สำหรับแต่ละพอร์ต ซึ่งหมายความว่าฮับที่ไม่ได้รับพลังงานไม่สามารถและไม่ควรพยายามส่ง 500mA ไปยังอุปกรณ์ USB

มาตรฐานได้รับการออกแบบด้วยวิธีนี้เพื่อรองรับการใช้งานที่หลากหลาย

เห็นได้ชัดว่ามีเพียง Apple เท่านั้นที่ปฏิบัติตามมาตรฐานและใช้พลังงานเพียง 100mA ก่อนที่จะขอพลังงานเพิ่มขึ้น

ความจริงก็คือมีพอร์ต USB จำนวนน้อยที่ไม่สามารถจัดหา 500mA โดยไม่ต้องถูกถาม หลายคนไม่สนใจที่จะตรวจสอบปริมาณการใช้ปัจจุบันและปิดอุปกรณ์ USB ที่ไม่เข้ากัน มันเกือบจะปลอดภัยเสมอที่จะดึง 500mA จากพอร์ต USB โดยไม่ต้องขอพอร์ตโฮสต์สำหรับพลังงานสูงสุด

ข้อมูลจำเพาะ USB ใหม่กว่าอนุญาตให้ใช้พอร์ตพลังงานที่สูงกว่า อย่างไรก็ตามอีกครั้งสิ่งนี้จะต้องได้รับการร้องขอให้สอดคล้องกับข้อกำหนด

โดยทั่วไปแล้วเครื่องชาร์จ USB นั้นไม่ฉลาดและไม่ได้ใช้พอร์ตโฮสต์ USB แบบเต็ม พวกเขาใช้ทางลัดสั้น ๆ - โดยทั่วไปจะใช้ตัวต้านทานบน D + และ D- บรรทัดเพื่อส่งสัญญาณอุปกรณ์ USB ที่เครื่องชาร์จสามารถใช้พลังงานได้มากกว่าโดยไม่ต้องมีการร้องขออย่างเป็นทางการ

นอกจากนี้อุปกรณ์บางอย่างเช่นสาย Apple iOS ก็จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับและลดการใช้กระแสไฟฟ้าตามแรงดันตก ตัวอย่างเช่นหากเครื่องชาร์จรายงานว่าสามารถจ่าย 2A แต่แรงดันไฟฟ้าไม่อยู่ที่ 5V อุปกรณ์ iOS จะใช้พลังงานน้อยกว่ากระแสสูงสุด จะไม่คิดค่าใช้จ่ายต่ำกว่า 4.5V หรือสูงกว่า 5.5V ดังนั้นเครื่องชาร์จไม่เพียง แต่ต้องแสดงสัญญาณที่ถูกต้องเพื่อระบุกระแสเต็มรูปแบบเท่านั้น แต่ยังต้องรักษากฎระเบียบที่ดีที่การจับกระแสไฟสูงสุด

โปรดทราบว่านี่เป็นคุณลักษณะด้านความปลอดภัย อุปกรณ์การชาร์จไม่เพียง แต่ต้องสามารถจ่ายกระแสไฟได้เท่านั้น แต่สาย USB ที่ใช้จะต้องสามารถพกพาได้ มันอาจดูเหมือนไม่เป็นปัจจุบันมากนัก แต่มีสาย USB ราคาถูกจำนวนมากในตลาดที่จะอุ่นขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อ 2A ไหลผ่านตัวนำที่เล็กกว่า วางไว้ใต้หมอนที่ติดไฟได้และปล่อยให้ความร้อนสะสมและคุณอาจพบว่ามากกว่าฉนวนที่ละลาย

Apple ไม่เพียง แต่ตรวจสอบเครื่องชาร์จเท่านั้น แต่ยังตรวจสอบสายเคเบิล (โดยใช้ชิปที่เป็นกรรมสิทธิ์ของพวกเขาภายในตัวเชื่อมต่อสายเคเบิล) เพื่อให้สามารถหลีกเลี่ยงความรับผิดสำหรับความสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นจากอุปกรณ์ชาร์จ

ตราบใดที่คุณใช้สายเคเบิลที่มาพร้อมกับอุปกรณ์คุณไม่ควรมีปัญหากับเรื่องนี้และสามารถมุ่งเน้นไปที่การส่งสัญญาณที่ชาร์จ

ฉันต้องทำอะไรในการตั้งค่าการทดสอบเพื่อโน้มน้าวให้อุปกรณ์ใช้กระแสไฟชาร์จสูงสุด

มาตรฐานของ Apple ได้รับการรับรองจากผู้อื่นอย่างหลวม ๆ หรือเป็นที่ยอมรับของผู้อื่นและประกอบด้วยการวางระดับแรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงในบรรทัด D- และ D + ที่กระแสต่ำ การวางประมาณ 2.0V บนสาย D- และ 2.75V บนสาย D + จะส่งสัญญาณ 2A (10W) สำหรับการชาร์จ สิ่งนี้สามารถทำได้ด้วยตัวต้านทานอย่างง่าย:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

หากคุณทำตามวงจรนี้ในการตั้งค่าของคุณคุณจะพบว่าอย่างน้อยอุปกรณ์ Apple จะชาร์จที่ 2 แอมป์หรือมากกว่านั้นและคุณอาจพบว่าอุปกรณ์อื่น ๆ ของคุณยังชาร์จในอัตรานี้

คุณสามารถลองใช้ตัวควบคุมการชาร์จพอร์ตเฉพาะ

ตามข้อมูลจำเพาะมันสามารถตรวจจับแผนการชาร์จต่อไปนี้:

1. Divider 1 DCP ต้องใช้ 2 V และ 2.7 V บน D + และ D– Lines ตามลำดับ (TPS2513, TPS2514)
2. Divider 2 DCP ต้องใช้ 2.7 V และ 2 V บน D + และ D– Lines ตามลำดับ (TPS2513, TPS2514)
3. Divider 3 DCP ต้องใช้ 2.7 V และ 2.7 V บน D + และ D- Lines ตามลำดับ (TPS2513A, TPS2514A)
4. BC1.2 DCP จำเป็นต้องย่อ D + Line ไปที่ D– Line
5. ไชน่าเทเลคอมมาตราฐาน YD / T 1591-2009 Shorted Mode, จำเป็นต้องย่อ D + Line ไปที่ D– Line
6. 1.2 V บนทั้ง D + และ D– Lines

20 แอมป์คือสิ่งที่อุปทานสามารถส่งมอบและสิ่งที่คุณเชื่อมต่อกับมันจะใช้สิ่งที่ต้องการจากแอมป์ 20 ตัวนั้น

ตัวอย่างเช่นหากคุณมีการตั้งค่าแหล่งจ่ายสำหรับเอาท์พุท 5 โวลต์และคุณใส่ตัวต้านทาน 5 โอห์มข้ามเอาท์พุทมันจะจ่าย 1 แอมป์ไปที่ตัวต้านทานเพราะนั่นคือตัวต้านทานทั้งหมดที่ต้องการด้วย 5 โวลต์

คุณสามารถใส่ตัวต้านทานยี่สิบห้าโอห์มข้ามแหล่งจ่ายในแบบคู่ขนานและมันจะจ่าย 1 แอมแปร์ให้กับแต่ละตัวรวมเป็น 20 แอมป์

อุปกรณ์ USB จะดึงปริมาณกระแสที่รู้ว่าสามารถวาดได้อย่างแน่นอนโดยไม่ทำให้อุปกรณ์ชาร์จเสียหาย อุปกรณ์ Apple และ Samsung ไม่ทราบเลยว่าจะปลอดภัยแค่ไหนที่จะดึงออกมาจากที่ชาร์จของคุณ มาตรฐาน USB บอกว่า "0.5 แอมป์ปลอดภัย" (หากเครื่องชาร์จระบุว่าตนเองเป็นเครื่องชาร์จ USB แต่ไม่สามารถรองรับ 0.5 แอมป์นั่นไม่ใช่ความผิดของโทรศัพท์ แต่เป็นปัญหาของเครื่องชาร์จ)

วิธีเดียวที่จะโน้มน้าวให้อุปกรณ์ดึงกระแสได้มากขึ้นคือการใช้การสื่อสารในอุปกรณ์ชาร์จที่จะเกิดขึ้นระหว่างอุปกรณ์ Apple กับอุปกรณ์ชาร์จ Apple หรืออุปกรณ์ Samsung และอุปกรณ์ชาร์จซัมซุง มันไม่ยากมากและคุณสามารถซื้อเครื่องชาร์จคุณภาพดีในราคาที่เหมาะสมได้ ที่ชาร์จของคุณไม่ทำงานดังนั้น 0.5 A จึงเป็นขีด จำกัด

อุปกรณ์ USB ทั้งหมดจะต้องทำงานเมื่อเชื่อมต่อกับพอร์ตข้อมูล USB ซึ่งจะจ่าย 100mA โดยค่าเริ่มต้น 500mA เมื่อ "ถามอย่าง" นั่นคือสิ่งที่คุณได้รับ

หากคุณเชื่อมต่อ Data + และ Data- สัญญาณเข้าด้วยกันผ่านตัวต้านทานขนาดเล็ก (เพื่อการป้องกัน .. ประมาณ 100 โอห์ม) คุณจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดการชาร์จแบตเตอรี่ USB ซึ่งอนุญาตให้อุปกรณ์วาดอย่างน้อย 1.5A