USB 충전 및 "스마트"충전 포트 (예 : Anker 's PowerIQ)는 어떻게 작동합니까?

EE에 대한 취미 지식이있는 소프트웨어 엔지니어.

최근 USB 배터리 팩 생산자로부터 포트가 "스마트"하고 "장치를 식별"하여 "장치의 최대 전류를 전달"한다는 주장이 많이 나왔습니다. 이 문제에 대해 간단히 살펴보면 이것이 완전히 마케팅 언어가 아니며 실제로 더 복잡한 일이 있음을 암시하는 것 같습니다.

리튬 이온 배터리의 미묘한 화학적 성질이나 충전 컨트롤러의 특성을 이해하지 못하면 가능한 빨리 배터리를 충전하려면 가능한 한 많은 전류를 소비하여 배터리 사양으로 만 제한해야한다고 생각합니다. 장치가 충전을 1A로 제한하여 더 많은 것을 끌어들일 수 있다는 것이 문서화되어 있기 때문에 이는 사실이 아닙니다. 왜 이런거야?

전류 드로우가 그렇게 제어되는 경우 장치가 더 많은 전류를 끌어낼 수 있도록하기 위해 이러한 스마트 포트는 어떻게됩니까? Anker 배터리의 제품 페이지에서 포트는 장치를 식별하고 "고유 한 충전 언어를 말하십시오"라는 문구를 주장합니다 (구절이 메스꺼움). 어쩌면 나는 그 문구에 너무 가혹하게 반응해서는 안됩니다-USB 데이터 라인은 실제로 충전 패턴을 협상하는 데 사용됩니까?

감사!

500mA 이상의 전류를 허용하는 USB 사양에 두 가지 추가 사항이 있습니다.

USB 배터리 충전 사양 1.1 . 최대 1.3A를 허용합니다.

USB 배터리 충전 사양 1.2 (및 이 ). 최대 5A를 허용합니다.

개요:

• USB 2.0-BCS 1.1 : 1.3A 전류, 데이터 전송 없음.
• USB 2.0-BCS 1.2 : 데이터가있는 5A 전류.
• USB 3.0-BCS 1.2 : 5A 전류 처리이지만 전류는 1.5A로 제한되며 데이터는 없습니다.

더 많은 것을 여기 에서 찾을 수 있습니다

편집 : 때로는 제조업체가 표준을 따르지 않고 독점적 인 것을 사용합니다. 때때로 "독점적 인"것은 데이터 핀이 공중에 매달려 있거나 특정 전압에 놓인 다음 임의의 양의 전류를 공급하는 것입니다 ...

실제로 '스마트'충전기는 전용 충전 포트 컨트롤러 라는 특수 칩을 사용합니다 . DCP 컨트롤러는 다른 충전기처럼 작동 할 수 있으며 가장 적합한 모드를 선택합니다.

일반 ( '덤') 벽 충전기는 USB의 데이터 연결을 사용하여 정적 아날로그 방식으로 신호를 보낼 수 있기 때문입니다. '스마트'충전기는 똑같이 할 수 있지만 덜 정적 인 방식으로 충전 장치의 동작을 관찰하고 이상적인 설정에서 차감 할 수 있습니다.

전용 충전 포트 컨트롤러 칩의 예로는 Texas Instruments TPS2510 시리즈 'USB 충전 포트 컨트롤러', Maxim MAX14600 시리즈 'USB 호스트 충전기 식별 / 어댑터 에뮬레이터'및 Norelsys NS3601 'USB 고속 충전 포트 컨트롤러'가 있습니다.

TPS2513a 데이터 시트의 이미지 (저작권 TI) :

마찬가지로 MAX14600 (저작권 Maxim) :

USB 데이터 라인 ( 'DP'및 'DM')에는 구성 가능한 여러 리소스가 있으며 일부는 '스마트 한'논리에 의해 제어됩니다.

일부 설명

충전 가능한 장치마다 다른 종류의 충전기가 필요합니다. 이는 USB 사양이 처음에 '충전'동작을 지정하지 않았기 때문이며, 일부 제조업체는 자체 벽면 플러그에서 가장 빠른 속도로만 장치를 충전하기를 원하기 때문입니다. 또한 잘못 설계된 전원 공급 장치의 과열 위험을 피하기 위해 장치 가 허용되는 것보다 많은 전류를 소비하지 않을 수 있습니다 .

참고 : 아래 설명은 USB3, USB Power Delivery 및 Qualcomm Quick Charge 기술을 무시합니다. 문제는 훨씬 더 복잡합니다 (예 : 5V 이상의 전압 증가 지원).

다음 유형의 USB 소켓을 구별 할 수 있습니다.

• 일반 USB 포트 (PC와 같은). 이것을 표준 다운 스트림 포트 인 SDP 라고 합니다. 연결된 장치 멋지게 요청, 경우 100mA로습니다 SDP 공급하고, 500mA의 한도를 높일 수 및 USB 호스트가 가능하고 수 있다는 것에 동의한다.
  • 실제로, 거의 모든 SDP는 적절한 통신 없이도 500mA를 공급합니다. 소형 팬 및 머그 히터와 같은 USB 장치는 통신하지 않지만 여전히 100mA 이상이 필요합니다.
• 통신 기능 및 추가 충전 기능이있는 USB 포트. 이것을 CDP : Charging Downstream Port 라고 합니다. 이것은 최대 1500mA를 공급할 수 있습니다. 비 통신 다운 스트림 장치는 USB 데이터 라인 D + 및 D-를 저항 또는 단락으로 연결하여 충전기에 알릴 수 있습니다.
• 중국 통신 산업 표준 YD / T 1591-2009는 CDP 사양보다 우선하며 영감을 받았습니다. D +와 D- 사이의 단락을 지정합니다.
• 통신 기능이없는 USB 포트 (예 : 벽면 플러그) 이를 DCP : 전용 충전 포트 라고 합니다. 기본적으로 USB 호스트 (PC)와 통신 할 수있는 방법이없는 CDP입니다.
• DCP 사양을 준수하지 않는 DCP 포트 (USB 배터리 충전 세분화 버전 1.2부터). 이 벽 플러그에는 데이터 라인에 연결된 다양한 저항 설정이있어 충전 장치에서 읽을 수있는 고정 전압이 발생합니다. '인식 가능'전압 목록은 매우 길며, 이것은 단지 발췌 한 것입니다.
  • Apple 0.5A (2V에서 D +, D- @ 2V)
  • 애플 1A (2V / -2.8V)
  • 애플 2.1A (2.7V / 2.0V)
  • Apple 2.4 A (2.7V / 2.0V)
  • 소니 (3.3V / 3.3V)
  • 많은 (삼성 포함) 2A (1.2V / 1.2V)

'스마트'충전기 (예 : 내부의 'DCP 컨트롤러 칩')는 다양한 저항 값으로 표준 DCP 포트를 에뮬레이션 할 수 있으며 여러 비표준 DCP 전압을 에뮬레이션 할 수도 있습니다.

비밀 소스

칩 제조업체는 '검출'로직의 작동 방식을 실제로 설명하지는 않지만 충전 장치가 D + 및 D- 라인에서 수행하는 작업을 모니터링하고 끌어 오는 전류를 보는 것이 유일한 옵션입니다.

의심 할 여지없이 많은 시행 착오 연구가 필요하며, 알고리즘은 아마도 철저한 비밀로 유지 될 것입니다.

사용될 수 있는 기술 중 하나 는 에뮬레이션 된 상태를 순환하고 끌어 오는 전류량을 기록하는 것입니다. 전류 소비가 가장 높은 상태는 '최고'이며 활성 상태를 유지합니다.

사이드 노트

충전기가 " 장치에 최대 전류를 공급 한다 "고 주장하는 충전기 제조업체의 마케팅에 혼동하지 마십시오 . USB 소켓은 전압원 입니다. 그것은 단지 전압을 제어 하며 충전하는 동안 얼마나 많은 전류를 소비하는지 결정 하는 충전 장치 입니다.

따라서 충전기가 전류를 허용하지 않는 장치에 전류를 강제로 공급할 수있는 방법은 없습니다.

유일하게 진행되는 일은 충전 장치가 상상할 수있는 가장 유능하고 가장 적합하며 호환 가능한 충전기에 연결되어 있다고 믿게 만드는 속임수입니다.

추가 링크

• https://ko.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

나도 소프트웨어 엔지니어 일 뿐이지 만, 업무 중 일부는 USB 사양 문서를 읽는 것입니다. 내가 아는 것은 다음과 같습니다.

USB를 통한 전원 공급을위한 두 가지 공식 프로토콜이 있습니다. 첫 번째 BCD는 2007 년에 출시되어 2010 년에 업데이트되었습니다. 다양한 데이터 라인 트릭을 사용하여 다운 스트림 장치가 싱크 할 수있는 전력량을 식별합니다. 완전한 USB 핸드 셰이크 일 필요는 없습니다. 예를 들어, 전용 충전기는 D +를 D-로 단락시킴으로써이를 식별합니다. 이는 다운 스트림 장치가 최대 충전 전류까지 싱크 할 수 있음을 나타냅니다. 1.5A라고 생각합니다. 여기서 BCD 사양을 읽을 수 있습니다 .

최신 프로토콜은 기본 USB 사양의 일부로 배포되는 PD (Power Delivery) 입니다. PD는 정말 흥미 롭습니다. 데이터 라인이 아닌 전압 라인을 통해 전력 정보를 교환 할 수 있으며 최대 100W (20V / 5A)를 지원할 수 있습니다. 그러나 고전력 애플리케이션에서는 케이블이 녹지 않고 고전압 / 고전류를 지원할 수 있음을 나타 내기 위해 케이블을 전자적으로 표시해야합니다. :-) 사양에 정의 된 몇 가지 "표시"가 있지만 모두 플러그의 두 핀 사이에 저항이나 커패시터를 떨어 뜨리는 것으로 보입니다.

즉, 케이블이나 충전기가 실제로 전체 사양을 올바르게 구현할 가능성은 매우 낮습니다. Amazon.com 에서 Benson Leung 의 악용을 따라 제조업체가이 문제를 해결하는 방법은 몇 가지인지 확인할 수 있습니다.

확실하지는 않지만 "PowerIQ"와 같은 마케팅 레이블은 절망적이지 않은 비표준 장치를 포함하여 가능한 많은 장치 및 케이블과의 호환성을 달성하려는 충전기를 나타내는 것일 가능성이 높습니다. 불행히도 특정 충전기가 그 이상에 얼마나 가까운 지 알 수있는 좋은 방법은 없습니다.

(이전 주제이지만 최신 USB 사양을 기반으로하는 새로운 정보)

이미 언급했듯이, 새로운 USB 사양은 장치가 요청할 경우 5V 이상의 충전 전압을 허용합니다.

"USB Power Delivery"(PD) 확장 (USB PD rev. 3.0, ver 1.0a)에서 최대 5V, 9V, 15V 또는 20V에서 최대 5A를 연결된 장치에 제공 할 수 있습니다. 100W의 소싱. 이러한 경우 "요청 장치"가 따라야 할 규칙이 많이 있습니다.

이는 일반적으로 셀 수 및 / 또는 작동 전압이 더 높은 노트북 컴퓨터 또는 기타 장치에 해당됩니다. 이러한 조건을 처리 할 수 ​​있도록 케이블도 설계하고 지정해야합니다.

(예, 저는 EE입니다 ... 35 년 이상)

나는 그 언어로 메스꺼움을 공유하지만,이 문제 뒤에 약간의 진실이있을 것이라는 데 동의합니다. USB 장치는 공급 업체, 제품 및 장치 ID를 기반으로 자신을 선언하여 호스트가 연결중인 것을 인식하고 적절하게 처리합니다 (예 : 적절한 드라이버 찾기). 또한 배터리 전문가는 아니지만 Li-ion 배터리에는 과열을 피하기 위해 이상한 충전 요구 사항이 있다는 것을 알기에 충분히 노출되었습니다. USB 제품이 다른 쪽 맞춤형 드라이버 또는 제품과 인터페이스하고 있다는 점에서 여기에 설명 된 것처럼 USB 제품이 더 최적의 충전 패턴을 협상 할 수 있다고 생각하는 것은 무리가 없습니다.

내가 본 Li- 이온 충전 패턴의 예는 배터리 전압이 4.0V에 도달 할 때까지 일정한 전류이고 배터리가 4.2V에 도달 할 때까지 일정한 전압이다. 배터리마다 다른 패턴이있을 수 있습니다 (배터리 전문가는 아닙니다).

[...] 실제로 더 복잡한 일이 있습니다.

예. 요컨대, 스마트 포트는 표준화되지 않은 충전 메커니즘을 사용하여 최적의 전류를 얻습니다. 모든 USB 장치가 자신의 충전 프로토콜을 USB 사양 또는 BCS 확장에만 기반한다고 가정하는 일반적인 가정은 거짓입니다.

많은 USB 충전기에는 BCS, 일명 DCP, 전용 충전 포트로 설명되는 '덤'플로팅 데이터 핀 포트만 있습니다.

스마트 포트는 dumb port (DCP)처럼 작동하거나 USB / BC 사양이 지원되지 않거나 최적의 상태가 아닌 경우 독점 포트를 에뮬레이션 할 수 있습니다. 이 에뮬레이션은 특정 시나리오에서 고장이 나고 문제를 일으킬 수 있으므로 각 스마트 충전기 브랜드는 신뢰성, 속도 및 호환성 측면에서 자체를 구별하려고 시도합니다. 그것들을 만들려면 리버스 엔지니어링이 필요할 수 있습니다.

이상적으로는 '스마트'충전기가 필요하지 않으며 모든 장치가 동일한 충전 표준을 사용합니다. 호스트 / 충전기가 아닌 경우 장치가 다음을 인식 할 수 있습니다.

• 천천히 충전
• 전혀 충전하지 마십시오.
• 표준 USB 사양 (BCS가 아님) 속도로 충전하십시오 (즉, 최대 전력 USB 장치의 경우 5 개의 전원 장치, 저전력의 경우 1, 열거되지 않은 전원 전용 연결의 경우 5). 일반적으로 최대 값보다 느립니다.
• BCS 속도로 충전하면 DCP에서 최대 5A를 끌어낼 수 있습니다. 단일 포트에 대해 3A 이상을 광고 한 적이 없습니다. 이것은 자체 충전기로 할 수있는 것보다 여전히 느릴 수 있습니다.

[...] 장치가 더 많은 전류를 소비 할 수 있도록하기 위해 이러한 스마트 포트는 어떻게됩니까? [...] USB 데이터 라인이 실제로 충전 패턴을 협상하는 데 사용됩니까?

Kinda,보고있는 충전 사양에 따라 다릅니다. 애플은 데이터 라인을 사용한다고 생각하지만 복잡한 일은 발생하지 않으며 애플 충전기임을 나타 내기 위해 3V로 설정되어 있습니다.

DCP는 BCS가 설명하는 유일한 충전 포트가 아닙니다. 일부 (몇몇) 디바이스는 열거 (즉, 데이터 핀 핸드 셰이크 사용)를 선호하기 때문에 충전 외에도 데이터 전송이 가능하기 때문에 더 복잡한 CDP (충전 다운 스트림 포트)가 필요합니다. CDP와 DCP 간을 전환 할 수있는 BCS와 완벽하게 호환되는 포트는 다른 기술을 모방하지 않더라도 '스마트 한'것으로 간주 될 수 있다고 가정합니다.

나는 가능한 빨리 배터리를 충전하기 위해 가능한 한 많은 전류를 소비 할 것이라고 생각할 것이다. 왜 이런거야?.

맞지만 충전기가 사양을 충족하는 경우에만 그렇지 않으면 충전기를 믿지 않는 것 같습니다. 또는 경쟁 및 특허 또는 배터리 수명을 최적화하는 알고리즘과 관련이있을 수 있습니다. 나는 그 이유보다 방법이 더 재미 있다고 생각합니다.

나는 EE도 아니다. (또한 전자 제품에 대한 애호가가 잘 알고있는 소프트웨어 엔지니어)

일반적인 USB 장치는 더 이상 최대 500mA를 소비하지 않는다는 것이 관례입니다. 더 이상은 USB 표준을 위반하는 것입니다.

"스마트"USB 충전기에는 직렬 통신 칩이있는 솔리드 스테이트 로직이 포함되어 있습니다. 더 높은 전류를 원하는 장치를 연결하면 전원 공급 장치에 "2A를 원합니다. 괜찮습니까?" 전원 공급 장치가 덤프 USB 포트 인 경우 전혀 응답하지 않으므로 장치가 작동하지 않거나 기본 500mA 만 끌어옵니다 (더 느리게 충전 됨).

Samsung S5 전화와 Note 10.1 (2014 버전)이 있습니다. 전압, 전류 및 maH를 측정하는 인라인 USB 미터가 있습니다. 이러한 장치 중 하나를 OEM 충전기에 연결하면 충전기 출력이 5.5V로 상승하고 충전 전류는 약 1.6A입니다. 1 암페어 정격의 저렴한 벽 사마귀를 사용하여 시도하면 전압은 5.0으로 유지되고 0.8 암페어로 충전됩니다. 또한 배터리로 구동되는 여러 충전기가 있습니다. 이들 중 대부분은 2A 이상의 정격이지만 5.0V 만 제공하며 충전 전류는 약 0.8A로 유지됩니다. 이것으로부터 삼성 프로토콜은 장치가 위에서 언급 한 방법 중 하나로 빠른 충전을 요청하는 것이며 충전기는 출력을 5.5 볼트로 올리면 가능하다는 신호를 보냅니다.