Làm cách nào để thiết kế bộ nguồn 2A trở lên cho các thiết bị USB tiêu dùng của tôi?

Tôi hiểu rằng nhiều thiết bị tiêu dùng của tôi được sạc bằng cổng USB có thể sạc ở mức cao hơn 0,5A. Tuy nhiên, trong thử nghiệm, tôi thấy họ không tiêu thụ nhiều hơn mức này.

Kiểm tra cài đặt

• Tôi có một nguồn cung cấp năng lượng đầu ra từ 0 đến 30 volt và 0 đến 20 amps.
• Tôi đặt điện áp thành 5 volt, sau đó kết nối USB nữ với dây chính xác.
• Khi tôi cắm Samsung Galaxy S4 Mini, nó kéo khoảng 0,44 amps. Nó giống với Samsung Galaxy Tab Pro.
• Tuy nhiên, khi tôi kết nối iPad Air với cáp sét chính thức, nó chỉ kéo được khoảng 0,11 amps.
• Ngoài ra, tôi đã thử kết nối một chiếc smartwatch ZGPAX S28 và nó vẫn còn khoảng 0,44-0,45 amps.

Nguồn cung cấp nhiều hơn khả năng xuất ra tối đa 2,1 ampe, vậy tại sao nó không phải là ít nhất cho máy tính bảng?

Tôi cần làm gì trong thiết lập thử nghiệm của mình để thuyết phục các thiết bị tiêu thụ dòng sạc tối đa của chúng?

Lý do tại sao các thiết bị Apple / Samsung của bạn không thu hút được nhiều hiện tại là đơn giản. Đó là do có thêm giao tiếp dữ liệu đang diễn ra giữa thiết bị Apple / Samsung và bộ nguồn chuyên dụng của họ. Điều này làm cho cả hai thiết bị nhận ra nhau và đồng ý về dòng điện cao hơn sẽ được sử dụng. Bộ sạc đặt các điện áp nhất định trên các đường dữ liệu USB và điều này được điện thoại hoặc máy tính bảng nhận ra.

Nguồn cung cấp 20 Amps của bạn không cung cấp các điện áp này trên các dòng ngày, do đó, nó không "nói chuyện" với thiết bị Apple / Samsung của bạn, do đó, chúng cho rằng đó là bộ sạc "câm" bình thường và không rút ra nhiều hơn mức cho phép theo tiêu chuẩn USB mà thường chỉ là 100 hoặc 500 mA

Để sạc một thiết bị apple đặt điện áp vào các đường dữ liệu:

dòng điện mong muốn: 2.000mA D-: 2.0V D +: 2.75V

Ngoài ra, tùy thuộc vào mức độ đầy của pin, dòng sạc cũng bị giới hạn. Nó sẽ chỉ tối đa khi pin được sạc 30 - 70% (những con số này chỉ là phỏng đoán của tôi). Sạc với dòng điện cao có hại cho pin khi pin rất thấp hoặc gần đầy.

Nguồn:

Adaf Berry: Những bí ẩn về sạc thiết bị của Apple

Voltaic: Chọn điện áp pin USB

Dưới đây là một bài viết đầy đủ hơn liệt kê các sơ đồ nhận dạng D + / D- phân chia điện trở độc quyền đã biết cho các bộ sạc công suất cao. Ý chính là:

2.0V / 2.0V - công suất thấp (500mA)

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

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

2.7V / 2.7V - 12 watt (2400mA, có thể được sử dụng bởi Blackberry)

D + / D- rút ngắn lại với nhau - Chuẩn USB-IF BC 1.2

1.2V / 1.2V - Thiết bị Samsung

Các giá trị Samsung trùng khớp với những gì được chỉ định trên ^{[nguồn gốc]} sơ đồ này thông qua bộ chia điện trở 10k / 33k cho bộ sạc máy tính bảng 2A Galaxy.

Giống như tôi đã nói trong các bình luận khác của tôi, cũng có những con chip sẵn có thực hiện một số trong số này, ví dụ MAX14667 , TPS2513 , Micro25 của USB2534 hoặc CYUSB3324 . Bảng dữ liệu sau này cũng cung cấp thêm một số chi tiết về các thiết bị của Samsung:

Các thiết bị Samsung tuân theo nhiều phương thức sạc. Một số thiết bị Samsung (Máy tính bảng Samsung Galaxy) sử dụng phương thức sạc độc quyền trong đó chân D + và D- được đặt lệch về cùng một tiềm năng (~ 1,2 V). Các thiết bị Samsung Galaxy S series (S3, S4) tuân theo chuẩn sạc USB-IF BC v1.2 cho chế độ hoạt động DCP, CDP và SDP.

Các USB-IF BC 1.2 có các yêu cầu cho chế độ DCP:

• Các dòng dữ liệu D + và Dật được rút ngắn cùng với trở kháng chuỗi tối đa 200.

• Không được cắt nguồn điện cho đến khi điện áp giảm xuống dưới 2V hoặc dòng điện vượt quá 1,5A

• Rút tối đa hiện tại tuyệt đối cho phép nhưng không bắt buộc là giới hạn của đầu nối USB 2.0, tối đa 5A

Ngoài ra, ghi chú Cypress nói rằng 2.7V / 2.7V -> 2.4A là [cũng] được Apple sử dụng. Thảo luận trên các diễn đàn TI mà nhân viên TI đã theo đuổi (đối với TPS2513A của họ) cho thấy điều tương tự. Một nhân viên TI cho biết :

Bắt đầu từ iPad3, pin 42Whr được sử dụng, thời gian sạc dài bắt đầu trở thành một vấn đề. So sánh thời gian sạc, từ pin 0% đến 100%, bộ sạc 2.1A mất 6hrs, bộ sạc 2.4A mất 5hr40 phút. Vì vậy, 20 phút nhanh hơn, nhưng không nhiều.

Chúng tôi tin rằng lý do chính khiến Apple phát hành bộ sạc 2.4A là cho trải nghiệm người dùng tốt hơn khi sạc và chơi cùng một lúc. Khi chơi các trò chơi video chất lượng cao, như Infinity II và sạc cùng một lúc, phần trăm pin của iPad3 của tôi tăng rất chậm, ví dụ: 30 phút sau, chỉ tăng 2% khiến tôi phát điên.

Trong khi sử dụng bộ sạc 2.4A, trạng thái pin tăng nhanh hơn, ít nhất là tôi cảm thấy bình thường, ok với nó.

Nguồn cung cấp nhiều hơn khả năng xuất ra tối đa 2,1 ampe, vậy tại sao nó không phải là ít nhất cho máy tính bảng?

Chuẩn USB không cho phép rút hơn 500mA từ cổng USB 1 tiêu chuẩn. Cho đến khi thiết bị thiết lập giao tiếp với thiết bị máy chủ USB, nó không có cách nào để biết dòng điện có sẵn bao nhiêu.

Tiêu chuẩn USB thực sự yêu cầu các thiết bị rút ra không quá 100mA trước khi giao tiếp với máy chủ và yêu cầu nhiều năng lượng hơn. Điều này rất quan trọng vì một bộ chia USB không có nguồn tiêu chuẩn sẽ tiêu thụ 500mA - 100mA cho chính nó và 100mA cho mỗi cổng của nó. Điều này có nghĩa là một trung tâm không có nguồn không thể, và không nên, cố gắng cung cấp 500mA cho thiết bị USB.

Các tiêu chuẩn được thiết kế theo cách này để hỗ trợ nhiều cách sử dụng.

Rõ ràng chỉ có Apple tuân theo tiêu chuẩn và chỉ tiêu thụ 100mA trước khi yêu cầu thêm năng lượng.

Thực tế là rất ít cổng USB không thể cung cấp 500mA mà không được yêu cầu. Nhiều người thậm chí không bận tâm theo dõi mức tiêu thụ hiện tại và tắt các thiết bị USB không tuân thủ. Hầu như luôn luôn an toàn để rút 500mA từ cổng USB mà không yêu cầu cổng máy chủ cung cấp năng lượng tối đa.

Các thông số kỹ thuật USB mới hơn cho phép các cổng năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, một lần nữa, điều này phải được yêu cầu tuân thủ các đặc điểm kỹ thuật.

Bộ sạc USB thường không thông minh và không triển khai cổng máy chủ USB đầy đủ. Họ sử dụng một số cách cắt ngắn - thường sử dụng điện trở trên các đường D + và D- để báo hiệu cho thiết bị USB rằng bộ sạc có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn mà không có yêu cầu chính thức.

Hơn nữa, một số thiết bị, chẳng hạn như dòng Apple iOS, cũng sẽ giám sát điện áp được cung cấp và giảm tỷ lệ tiêu thụ hiện tại dựa trên sự sụt giảm điện áp. Chẳng hạn, nếu bộ sạc báo cáo rằng nó có thể cung cấp 2A, nhưng điện áp không ở mức 5V, thiết bị iOS sẽ tiêu thụ ít hơn mức tối đa. Nó sẽ không sạc dưới 4,5V, cũng không phải trên 5,5V. Vì vậy, bộ sạc không chỉ phải đưa ra các tín hiệu chính xác để cho biết dòng điện đầy đủ có sẵn, nó còn phải duy trì quy định tốt ở mức rút tối đa hiện tại.

Hãy nhớ rằng đây là một tính năng an toàn. Không chỉ thiết bị sạc cần có khả năng cung cấp dòng điện, mà cáp USB được sử dụng cũng cần có khả năng mang theo. Nó có vẻ không nhiều như hiện tại, nhưng có rất nhiều cáp USB mỏng rất rẻ trên thị trường sẽ ấm lên đáng kể với 2A chảy qua các dây dẫn không được bảo vệ quá mức của chúng. Đặt nó dưới một cái gối dễ cháy và để nhiệt tích tụ, và bạn có thể tìm thấy nhiều hơn cách nhiệt tan chảy.

Apple không chỉ xác minh bộ sạc mà còn cả cáp (sử dụng chip độc quyền của họ bên trong đầu nối cáp) để họ có thể tránh trách nhiệm đối với các tổn thất có thể liên quan đến bộ sạc và dây dẫn nguy hiểm.

Tuy nhiên, miễn là bạn đang sử dụng cáp đi kèm với thiết bị, bạn sẽ không gặp vấn đề gì với khía cạnh này của thiết bị và có thể tập trung vào tín hiệu bộ sạc.

Tôi cần làm gì trong thiết lập thử nghiệm của mình để thuyết phục các thiết bị tiêu thụ dòng sạc tối đa của chúng?

Tiêu chuẩn Apple đã được những người khác chấp nhận một cách lỏng lẻo hoặc được những người khác chấp nhận và bao gồm việc đặt các mức điện áp cụ thể trên các đường D- và D + ở mức thấp. Đặt khoảng 2.0V trên đường D- và 2.75V trên đường D + sẽ báo hiệu 2A (10W) có sẵn để sạc. Điều này có thể được thực hiện với các điện trở đơn giản:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu bạn theo dõi mạch này trong thiết lập của mình, bạn sẽ thấy rằng ít nhất các thiết bị Apple sạc ở mức 2 ampe trở lên và bạn có thể thấy các thiết bị khác của mình cũng sạc với tốc độ này.

Bạn có thể thử sử dụng bộ điều khiển cổng sạc chuyên dụng .

Theo thông số kỹ thuật, nó có thể phát hiện các sơ đồ sạc sau:

1. Bộ chia 1 DCP, được yêu cầu áp dụng 2 V và 2.7 V trên D + và Diên Lines tương ứng (TPS2513, TPS2514)
2. Bộ chia 2 DCP, được yêu cầu áp dụng 2,7 V và 2 V trên D + và Diên Lines tương ứng (TPS2513, TPS2514)
3. Bộ chia 3 DCP, được yêu cầu áp dụng 2.7 V và 2.7 V trên D + và D- Lines tương ứng (TPS2513A, TPS2514A)
4. BC1.2 DCP, được yêu cầu rút ngắn Đường D + thành Đường D D
5. Tiêu chuẩn viễn thông Trung Quốc YD / T 1591-2009 Chế độ rút gọn, được yêu cầu để rút ngắn Đường dây D + thành Đường dây Dơi
6. 1.2 V trên cả D + và D dòng Lines

20 amper là những gì nguồn cung có khả năng cung cấp, và bất cứ điều gì bạn kết nối với nó đều lấy những gì nó cần từ 20 amper đó.

Ví dụ: nếu bạn có nguồn cung cấp được thiết lập cho đầu ra 5 volt và bạn đặt một điện trở 5 ohm trên đầu ra của nó, nó sẽ cung cấp 1 ampe cho điện trở bởi vì đó là tất cả các điện trở muốn có 5 volt trên nó.

Bạn cũng có thể đặt song song hai điện trở 5 ohm trên toàn bộ nguồn cung cấp và nó sẽ cung cấp 1 ampere cho mỗi trong số chúng cho tổng số 20 ampe.

Một thiết bị USB sẽ chỉ rút ra dòng điện mà nó biết chắc chắn nó có thể rút ra mà không làm hỏng bộ sạc. Các thiết bị của Apple và Samsung không biết mức độ an toàn khi rút từ bộ sạc của bạn, do đó chúng rơi vào Tiêu chuẩn USB. USB Standard cho biết "0,5 Ampe là an toàn". (Nếu bộ sạc tự nhận mình là bộ sạc USB nhưng không thể xử lý 0,5 Ampe, đó không phải là lỗi của điện thoại mà là do sự cố của bộ sạc).

Cách duy nhất để thuyết phục thiết bị thu hút nhiều dòng điện hơn là thực hiện giao tiếp trong bộ sạc sẽ xảy ra giữa thiết bị Apple và bộ sạc Apple hoặc thiết bị Samsung và bộ sạc Samsung. Điều đó không khó lắm, và bạn có thể mua bộ sạc chất lượng tốt với giá cả hợp lý để làm việc này. Bộ sạc của bạn không làm điều đó, vì vậy 0,5 A là giới hạn.

Tất cả các thiết bị USB phải hoạt động khi được kết nối với cổng dữ liệu USB, nó sẽ cung cấp 100mA theo mặc định, 500mA khi "được hỏi độc đáo". Đó là những gì bạn đang nhận được.

Nếu bạn kết nối các tín hiệu Dữ liệu + và Dữ liệu với nhau thông qua một điện trở nhỏ (để bảo vệ .. khoảng 100 ohms), bạn sẽ tuân thủ thông số Sạc pin USB, cho phép thiết bị rút tối thiểu 1,5A.