소비자 USB 장치에 2A 이상의 전원 공급 장치를 어떻게 설계합니까?

USB 포트로 충전 된 많은 소비자 장치가 0.5A보다 높은 속도로 충전 될 수 있음을 이해합니다. 그러나 테스트에서 나는 이것보다 더 많이 소비하지 않는 것을 발견했습니다.

테스트 설정

• 0에서 30 볼트 사이에서 0에서 20 암페어로 출력되는 전원 공급 장치가 있습니다.
• 전압을 5 볼트로 설정 한 다음 암 USB를 전선에 올바르게 연결했습니다.
• 삼성 갤럭시 S4 미니를 연결하면 약 0.44 암페어가 사용됩니다. Samsung Galaxy Tab Pro와 동일합니다.
• 그러나 공식 번개 케이블로 iPad Air를 연결하면 약 0.11 암페어 만 끌어옵니다.
• 또한 ZGPAX S28 스마트 워치를 연결하려고 시도했지만 여전히 약 0.44-0.45A였습니다.

전원 공급 장치는 최대 2.1A를 출력 할 수있는 능력을 갖추 었으므로 최소한 태블릿에 출력되지 않는 이유는 무엇입니까?

장치가 최대 충전 전류를 소비하도록 설득하려면 테스트 설정에서 무엇을해야합니까?

Apple / Samsung 장치가 더 많은 전류를 소비하지 않는 이유는 간단합니다. Apple / Samsung 장치와 전용 전원 공급 장치간에 추가 데이터 통신이 진행되고 있기 때문입니다. 이를 통해 두 장치는 서로를 인식하고 더 높은 전류를 사용하도록 동의합니다. 충전기는 USB 데이터 라인에서 특정 전압을 설정하며 이는 휴대폰 또는 태블릿에서 인식됩니다.

20A 전원 공급 장치는 날짜 표시 줄에 이러한 전압을 공급하지 않으므로 Apple / Samsung 장치와 "통신"하지 않으므로 정상적인 "멍청한"충전기라고 가정하고 USB 표준에서 허용하는 것보다 더 많은 전류를 소비하지 않습니다 보통 100 또는 500 mA입니다

사과 장치를 충전하려면 해당 전압을 데이터 라인에 넣으십시오.

원하는 전류 : 2,000mA D- : 2.0V D + : 2.75V

또한 배터리가 얼마나 꽉 차 있는지에 따라 충전 전류도 제한됩니다. 배터리가 30-70 % 충전 된 경우에만 최대 값입니다 (이 숫자는 제 추측입니다). 배터리가 매우 부족하거나 거의 가득 찬 경우 높은 전류로 충전하는 것은 좋지 않습니다.

출처 :

Adafruit : Apple 기기 충전의 신비

Voltaic : USB 핀 전압 선택

다음은 고전력 충전기에 대한 알려진 독점 저항 분배기 D + / D- 식별 체계를 나열한 보다 완벽한 기사 입니다. 요점은 :

2.0V / 2.0V – 저전력 (500mA)

2.0V / 2.7V – Apple iPhone (1000mA / 5 와트)

2.7V / 2.0V – Apple iPad (2100mA / 10 와트)

2.7V / 2.7V – 12 와트 (2400mA, 블랙 베리에서 사용 가능)

D + / D- 단락 – USB-IF BC 1.2 표준

1.2V / 1.2V – 삼성 기기

삼성의 가치 는 2A Galaxy 태블릿 충전기 용 10k / 33k 저항 분배기를 통해이 회로도 ^{[원본 소스]} 에 표시된 것과 일치 합니다.

다른 의견에서 말했듯이 MAX14667 , TPS2513 , Microchip의 USB2534 또는 CYUSB3324 와 같은 일부를 구현하는 상용 칩도 있습니다. 후자의 데이터 시트는 삼성 장치에 대한 자세한 내용도 제공합니다.

삼성 기기는 여러 가지 충전 방법을 따릅니다. 일부 Samsung 장치 (Samsung Galaxy Tablets)는 D + 및 D- 핀이 동일한 전위 (~ 1.2V)로 바이어스되는 독점 충전 방식을 사용합니다. Samsung Galaxy S 시리즈 (S3, S4) 장치는 DCP, CDP 및 SDP 작동 모드에 대한 USB-IF BC v1.2 충전 표준을 따릅니다.

USB-IF BC 1.2은 이러한 요구 사항이 DCP 모드를 :

• D + 및 D– 데이터 라인은 최대 200Ω의 직렬 임피던스로 단락됩니다.

• 전압이 2V 이하로 떨어지거나 전류가 1.5A를 초과 할 때까지 전원 공급을 차단해서는 안됩니다

• 최대 5A까지 USB 2.0 커넥터의 최대 허용치이지만 허용되지 않는 절대 최대 전류 소모

또한 Cypress 메모에 따르면 2.7V / 2.7V-> 2.4A는 Apple에서도 사용됩니다. TI 직원이 TPS2513A를 위해 차임 한 TI 포럼에 대한 토론도 마찬가지입니다. TI 직원이 말했다 :

iPad3부터 42Whr 배터리를 사용하면 충전 시간이 길어질 수 있습니다. 배터리 0 %에서 100 %까지 충전 시간을 비교하면 2.1A 충전기는 6 시간, 2.4A 충전기는 5 시간 40 분이 걸립니다. 따라서 20 분 더 빠르지 만 많지는 않습니다.

우리는 Apple Release 2.4A 충전기가 충전과 동시에 재생할 때 더 나은 사용자 경험을 제공하는 주요 이유라고 생각합니다. Infinity II와 같은 고품질 비디오 게임을하고 동시에 충전 할 때, iPad3의 배터리 비율 증가는 매우 느리게 (예 : 30 분 후) 2 % 만 증가시켜 나를 미치게합니다.

2.4A 충전기를 사용하는 동안 배터리 상태가 더 빨라지며 적어도 정상적인 느낌입니다.

전원 공급 장치는 최대 2.1A를 출력 할 수있는 능력을 갖추 었으므로 최소한 태블릿에 출력되지 않는 이유는 무엇입니까?

USB 표준은 표준 USB 1 포트에서 500mA 이상을 끌어 올 수 없습니다. 장치가 USB 호스트 장치와 통신 할 때까지 사용 가능한 전류 양을 알 수있는 방법이 없습니다.

USB 표준은 실제로 호스트와 통신하고 더 많은 전력을 요청하기 전에 장치가 100mA를 넘지 않도록 요구합니다. 전원이 공급되지 않는 표준 USB 허브는 자체적으로 500mA-100mA, 각 포트마다 100mA를 소비하기 때문에 중요합니다. 즉, 전원이 공급되지 않은 허브는 USB 장치에 500mA를 공급할 수 없으며 시도해서는 안됩니다.

이 표준은 다양한 사용을 지원하도록 이러한 방식으로 설계되었습니다.

분명히 애플 만이 표준을 따르고 더 많은 전력을 요청하기 전에 100mA 만 소비합니다.

실제로는 USB 포트를 요청하지 않고 500mA를 공급할 수있는 포트가 거의 없습니다. 많은 사람들은 전류 소비를 모니터링하고 비 호환 USB 장치를 종료하지 않아도됩니다. 호스트 포트에 최대 전력을 요구하지 않고 USB 포트에서 500mA를 끌어 오는 것이 거의 항상 안전합니다.

최신 USB 사양은 더 높은 전원 포트를 허용합니다. 다시 한 번, 사양을 준수하도록 요청해야합니다.

USB 충전기는 일반적으로 지능적이지 않으며 전체 USB 호스트 포트를 구현하지 않습니다. 이들은 일반적으로 충전기가 공식적인 요청없이 더 많은 전력을 공급할 수 있음을 USB 장치에 알리기 위해 D + 및 D- 라인의 저항을 사용하는 몇 가지 지름길을 사용합니다.

또한 Apple iOS 라인과 같은 일부 장치는 제공된 전압을 모니터링하고 전압 강하에 따라 전류 소비를 줄입니다. 예를 들어 충전기가 2A를 공급할 수 있다고보고하지만 전압이 5V로 유지되지 않으면 iOS 장치는 최대 전류보다 적게 소비합니다. 4.5V 이하 또는 5.5V 이상에서는 충전되지 않습니다. 따라서 충전기는 최대 전류를 사용할 수 있음을 나타 내기 위해 올바른 신호를 제공해야 할뿐만 아니라 최대 전류 소모에서 우수한 레귤레이션을 유지해야합니다.

이 기능은 안전 기능입니다. 충전 장치는 전류를 공급할 수 있어야 할뿐만 아니라 사용 된 USB 케이블을 통해 전류를 공급할 수 있어야합니다. 그것은 많은 전류처럼 보이지 않을 수도 있지만, 시장에는 매우 저렴한 얇은 USB 케이블이 많이 있습니다. 가연성 베개 아래에 놓고 열이 축적되도록하면 녹은 단열재 이상을 발견 할 수 있습니다.

Apple은 충전기뿐만 아니라 케이블 (케이블 커넥터 내부의 독점 칩을 사용)을 검증하므로 위험한 충전기 및 배선과 관련된 손실 가능성에 대한 책임을 피할 수 있습니다.

그러나 장치와 함께 제공된 케이블을 사용하는 한, 이러한 측면에 문제가 없어 충전기 신호에 집중할 수 있습니다.

장치가 최대 충전 전류를 소비하도록 설득하려면 테스트 설정에서 무엇을해야합니까?

Apple 표준은 다른 사람들이 느슨하게 채택했거나 다른 사람들이 수용했으며, 낮은 전류에서 D- 및 D + 라인에 특정 전압 레벨을 배치하는 것으로 구성됩니다. D- 라인에 약 2.0V를, D + 라인에 2.75V를 배치하면 2A (10W)를 충전 할 수 있습니다. 이것은 간단한 저항기로 수행 할 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

설정에서이 회로를 따르면 최소한 Apple 기기가 2A 이상으로 충전되고 다른 기기도이 속도로 충전 될 수 있습니다.

전용 충전 포트 컨트롤러를 사용해 볼 수 있습니다 .

사양에 따르면 다음과 같은 충전 체계를 감지 할 수 있습니다.

1. 디바이더 1 DCP, D + 및 D– 라인에 각각 2V 및 2.7V를 적용해야 함 (TPS2513, TPS2514)
2. D + 및 D- 라인에 각각 2.7V 및 2V를 적용하는 데 필요한 분배기 2 DCP (TPS2513, TPS2514)
3. D + 및 D- 라인에 각각 2.7V 및 2.7V를 적용하는 데 필요한 분배기 3 DCP (TPS2513A, TPS2514A)
4. BC1.2 DCP, D + 라인을 D– 라인으로 단락시키는 데 필요
5. 중국 통신 표준 YD / T 1591-2009 단락 모드, D + 회선을 D– 회선으로 단락시키는 데 필요
6. D + 및 D– 라인 모두에서 1.2V

20 암페어는 공급 장치가 제공 할 수있는 것입니다. 연결하면 무엇이든지 20 암페어에서 필요한 것을 얻습니다.

예를 들어, 5 볼트 출력에 전원 공급 장치를 설정하고 5 옴 저항을 출력에 배치하면 저항에 1 암페어를 공급하게되는데, 그 이유는 저항이 5 볼트로 원하는 모든 저항이기 때문입니다.

전원 공급 장치에 5 개의 옴 저항 25 개를 병렬로 배치 할 수 있으며, 각각에 1 암페어를 공급하여 총 20 암페어를 제공합니다.

USB 장치는 알고 있는 전류량 만 끌어옵니다. 는 확실히 충전기에 손상을 유발하지 않고 그릴 수 있습니다. Apple 및 Samsung 장치는 충전기에서 얼마나 안전한지 알 수 없으므로 USB 표준으로 대체됩니다. USB 표준은 "0.5 암페어는 안전합니다"라고 말합니다. 충전기가 USB 충전기로 식별되지만 0.5A를 처리 할 수없는 경우 이는 전화기의 결함이 아니라 충전기의 문제입니다.

장치가 더 많은 전류를 소비하도록 설득하는 유일한 방법은 Apple 장치와 Apple 충전기 또는 Samsung 장치와 Samsung 충전기 사이에서 발생하는 충전기의 통신을 구현하는 것입니다. 그리 어렵지 않으며 적절한 품질의 충전기를 합리적인 가격으로 구입할 수 있습니다. 충전기가 작동하지 않으므로 0.5A가 한계입니다.

모든 USB 장치는 USB 데이터 포트에 연결될 때 작동해야합니다. 기본적으로 100mA를 공급하고 "정상적으로 요청하면"500mA를 공급합니다. 그것이 당신이 얻는 것입니다.

Data +와 Data- 신호를 작은 저항 (약 100ohm 정도)을 통해 함께 연결하면 USB 배터리 충전 사양을 준수하게되므로 장치가 최소 1.5A를 소비 할 수 있습니다.