Як створити 2А або більше джерела живлення для своїх USB-пристроїв споживача?

Я розумію, що багато моїх споживчих пристроїв, заряджених через USB-порти, можуть заряджатись більш високими темпами, ніж 0,5А. Однак під час тестування я виявив, що вони не споживають більше цього.

Налаштування тесту

• У мене є джерело живлення, що виводить від 0 до 30 вольт, і від 0 до 20 ампер.
• Я встановив напругу в 5 вольт, потім правильно підключив USB-кабель до проводів.
• Коли я підключаю Samsung Galaxy S4 Mini, він тягне близько 0,44 А. Так само і з Samsung Galaxy Tab Pro.
• Однак, коли я підключаю iPad Air офіційним блискавковим кабелем, він тягне лише 0,11 ампер.
• Крім того, я спробував підключити смарт-годинник ZGPAX S28, і це було приблизно 0,44-0,45 Ампер.

Блок живлення більш ніж здатний виводити максимум 2,1 ампера, так чому він не принаймні планшетів?

Що мені потрібно зробити в тестовій установці, щоб переконати пристрої споживати максимальний струм зарядки?

Причина, чому ваші пристрої Apple / Samsung не проводять більше струму, проста. Це пов'язано з тим, що між пристроєм Apple / Samsung і їх спеціальними джерелами живлення відбувається додаткова передача даних. Це змушує обидва пристрої розпізнавати будь-який інший і домовлятися про вищий струм, який потрібно використовувати. Зарядний пристрій встановлює певні напруги на лініях передачі даних USB, і це розпізнається телефоном або планшетом.

Ваш джерело живлення 20 Ампер не подає цих напруг у рядках дати, тому він не "розмовляє" з вашим пристроєм Apple / Samsung, тому вони вважають, що це звичайне "німе" зарядне обладнання і не подають більше струму, ніж дозволено стандартом USB що зазвичай становить лише 100 або 500 мА

Для зарядки яблучного пристрою поставте напруги на лінії передачі даних:

бажаний струм: 2 000 мА D-: 2,0 В D +: 2,75 В

Також, залежно від того, наскільки заряджений акумулятор, струм заряду також обмежений. Він буде максимальним лише тоді, коли акумулятор заряджається 30 - 70% (ці цифри - лише моє здогадування). Заряджання великим струмом погано впливає на акумулятор, коли він дуже низький або майже повний.

Джерела:

Adafruit: таємниці зарядки пристроїв Apple

Voltaic: вибір USB контактних напруг

Ось більш повна стаття, в якій перераховані відомі фірмові схеми ідентифікації резисторів D + / D- ідентифікаційні пристрої для зарядних пристроїв високої потужності. Суть полягає в:

2,0 В / 2,0 В - низька потужність (500 мА)

2,0 В / 2,7 В - Apple iPhone (1000 мА / 5 ват)

2,7 В / 2,0 В - Apple iPad (2100 мА / 10 ват)

2,7 В / 2,7 В - 12 Вт (2400 мА, можливо, використовується Blackberry)

D + / D- укорочений разом - стандарт USB-IF BC 1.2

1.2V / 1.2V - пристрої Samsung

Значення Samsung збігаються з тими, що вказані на цій схемі ^{[оригінальне джерело]} через резисторний роздільник 10k / 33k для зарядних пристроїв планшетів 2A Galaxy.

Як я вже говорив в інших моїх коментарях, є і позашляхові готові чіпи , які реалізують деякі з них, наприклад , MAX14667 , TPS2513 , компанії Microchip USB2534 або CYUSB3324 . Лист даних останніх також надає додаткові відомості про пристрої Samsung:

Пристрої Samsung дотримуються кількох способів зарядки. Деякі пристрої Samsung (планшети Samsung Galaxy) використовують фірмовий метод зарядки, у якому D + та D-штифти зміщені до однакового потенціалу (~ 1,2 В). Пристрої серії Samsung Galaxy S (S3, S4) відповідають стандарту зарядки USB-IF BC v1.2 для режимів роботи DCP, CDP та SDP.

USB-IF 1,2 BC має наступні вимоги для режиму DCP:

• D + і D– рядки даних короткі разом із максимальним серійним опором 200 Ом.

• Не слід відключати джерело живлення, поки напруга не опуститься нижче 2В або струм не перевищить 1,5А

• Абсолютний максимальний струм, дозволений, але не потрібний, є межа роз'єму USB 2.0, до 5А

Також у примітці Cypress сказано, що 2.7V / 2.7V -> 2.4A [також] використовується Apple. Дискусія на форумах TI, на яких співробітники TI звучали (для своїх TPS2513A), вказує на те саме. Співробітник TI сказав :

Починаючи з iPad3, використовується акумулятор 42Whr, тривалий час зарядки стає проблемою. Порівняйте час зарядки, від батареї 0% до 100%, зарядний пристрій 2.1A займає 6 годин, 2,4А зарядний пристрій - 5 годин 40 хв. Так 20 хвилин швидше, але не набагато.

Ми вважаємо, що ключовою причиною зарядного пристрою Apple, що випускається 2.4А, є кращий досвід користувача під час одночасного заряджання та відтворення. Коли ви граєте у якісні відеоігри, такі як Infinity II та одночасно заряджаєтесь, збільшення відсотка акумулятора в моєму iPad3 дуже повільне, наприклад, 30 хвилин пізніше, лише 2 відсотки збільшуються, що зводить мене з розуму.

Під час використання зарядного пристрою 2.4A стан батареї збільшується швидше, принаймні, я нормально, з ним нормально.

Блок живлення більш ніж здатний виводити максимум 2,1 ампера, так чому він не принаймні планшетів?

Стандарт USB не дозволяє виводити більше 500 мА зі стандартного порту USB 1. Поки пристрій не встановить зв'язок із USB-пристроєм, він не може знати, скільки струму доступно.

Стандарт USB фактично вимагає, щоб пристрої отримували не більше 100 мА, перш ніж спілкуватися з хостом і вимагати більшої потужності. Це важливо, тому що звичайний USB-концентратор без живлення споживає 500 мА - 100 мА для себе та 100 мА для кожного з своїх портів. Це означає, що ненапружений концентратор не може і не повинен намагатися подати 500mA на USB-пристрій.

Стандарт був розроблений таким чином для підтримки різноманітного використання.

Очевидно, що тільки Apple дотримується стандарту, і споживає лише 100 мА до того, як вимагати більше енергії.

Реальність полягає в тому, що небагато портів USB не в змозі забезпечити 500mA, не запитуючи їх. Багато хто навіть не намагаються стежити за споживанням струму та вимикати невідповідні USB-пристрої. Практично завжди безпечно виводити 500mA з USB-порту, не запитуючи хост-порт про максимальну потужність.

Новіші специфікації USB дозволяють використовувати порти більшої потужності. Знову ж таки, це потрібно попросити відповідати специфікації.

Зарядні пристрої USB, як правило, не є інтелектуальними та не мають повного хостового USB-порту. Вони використовують деякі скорочення - як правило, використовують резистори на лініях D + і D - для сигналізації USB-пристрою про те, що зарядний пристрій здатний до більшої потужності без офіційного запиту.

Крім того, деякі пристрої, такі як лінія Apple iOS, також контролюватимуть подану напругу та зменшуватимуть споживання струму на основі падіння напруги. Наприклад, якщо зарядний пристрій повідомляє, що він може живити 2А, але напруга не залишається на рівні 5В, пристрій iOS буде споживати менше максимального струму. Він не буде заряджати нижче 4,5 В, ні вище 5,5 В. Таким чином, не тільки зарядний пристрій повинен подавати правильні сигнали, щоб вказати, що повний струм доступний, він повинен підтримувати хорошу регуляцію на максимальному струмі.

Майте на увазі, що це функція безпеки. Не тільки зарядний пристрій повинен бути здатний подавати струм, але і використовуваний USB-кабель повинен мати можливість його переносити. Можливо, це не здається великим струмом, але на ринку є багато дуже дешевих тонких USB-кабелів, які помітно прогріються з 2A, що протікає через їх низькорозмірні провідники. Покладіть це під горючу подушку і дайте тепла накопичуватися, і ви можете знайти більше, ніж розплавлену ізоляцію.

Apple не тільки перевіряє зарядний пристрій, але і кабель (використовуючи власні мікросхеми всередині кабельного роз'єму), щоб вони могли уникнути відповідальності за можливі втрати, пов'язані з небезпечними зарядними пристроями та електропроводкою.

Поки ви користуєтесь кабелем, який постачається разом із цим пристроєм, у вас не повинно виникнути проблем із цим аспектом, і ви можете зосередитись на сигналізації зарядного пристрою.

Що мені потрібно зробити в тестовій установці, щоб переконати пристрої споживати максимальний струм зарядки?

Стандарт Apple був прийнятий іншими людьми або прийнятий іншими і полягає у розміщенні конкретних рівнів напруги на лініях D- і D + при низькому струмі. При розміщенні приблизно 2,0 В на лінії Д-2,75 В на лінії D + буде сигналізувати 2А (10 Вт), доступний для зарядки. Це можна зробити за допомогою простих резисторів:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якщо ви дотримуєтеся цієї схеми під час налаштування, ви повинні встановити, що принаймні пристрої Apple заряджаються на 2 і більше амперів, і ви можете виявити, що інші пристрої також заряджаються з цієї швидкості.

Ви можете спробувати використовувати спеціальний контролер порту зарядки .

Відповідно до специфікації, вона може виявити наступні схеми зарядки:

1. Роздільник 1 DCP, необхідний для подачі 2 В і 2,7 В на лінії D + і D– L (відповідно TPS2513, TPS2514)
2. Дільник 2 DCP, необхідний для подачі 2,7 В та 2 В на лінії D + і D– L (відповідно TPS2513, TPS2514)
3. Роздільник 3 DCP, необхідний для подачі 2,7 В і 2,7 В на лінії D + і D-Lines відповідно (TPS2513A, TPS2514A)
4. BC1.2 DCP, необхідний для короткої лінії D + до лінії D–
5. Китайський стандарт телекомунікацій YD / T 1591-2009 Короткий режим, необхідний для короткої лінії D + до лінії D
6. 1,2 В як на D +, так і на D – лініях

20 ампер - це те, що постачання здатне доставити, і все, що ви підключите до нього, забирає те, що потрібно від цих 20 ампер.

Наприклад, якщо у вас встановлено джерело живлення для 5-вольтового виходу, і ви поставите резистор 5 Ом по всьому його виходу, він подасть на резистор 1 ампер, тому що це все, що резистор хоче з 5 вольт по ньому.

Ви також можете покласти паралельно двадцять 5-омних резисторів, і він подасть по 1 ампер для кожного з них в цілому 20 ампер.

USB-пристрій виведе лише той струм, який він знає можна провести, не пошкодивши зарядний пристрій. Пристрої Apple і Samsung не мають уявлення про те, наскільки безпечно витягнути з вашого зарядного пристрою, тому вони повертаються назад до стандарту USB. Стандарт USB каже, що "0,5 ампера безпечно". (Якщо зарядний пристрій ідентифікує себе як зарядний пристрій USB, але не може працювати з 0,5 ампера, це не вина телефону, а проблема зарядного пристрою).

Єдиний спосіб переконати пристрій зробити більш актуальним - це здійснити зв’язок у зарядному пристрої, який відбуватиметься між пристроєм Apple та зарядним пристроєм Apple, або пристроєм Samsung та зарядним пристроєм Samsung. Це не дуже складно, і ви можете придбати зарядні пристрої гідної якості за розумними цінами, які це роблять. Ваш зарядний пристрій не робить цього, тому 0,5 А - це межа.

Усі USB-пристрої повинні вести себе під час підключення до порту даних USB, який за замовчуванням подаватиме 100 мА, 500 мА, коли "це добре запитають". Ось що ви отримуєте.

Якщо ви підключите дані + і сигнали даних разом через невеликий резистор (для захисту .. близько 100 Ом), ви будете відповідати специфікації USB зарядки акумулятора, яка дозволяє пристрою малювати мінімум 1,5 А.