Bagaimana cara merancang catu daya 2A atau lebih untuk perangkat USB konsumen saya?

Saya mengerti bahwa banyak perangkat konsumen saya yang diisi oleh port USB dapat mengisi daya lebih tinggi dari 0,5A. Namun, dalam pengujian, saya menemukan mereka tidak mengkonsumsi lebih dari ini.

Pengaturan Tes

• Saya memiliki catu daya yang menghasilkan antara 0 dan 30 volt, dan 0 hingga 20 amp.
• Saya mengatur voltase ke 5 volt, kemudian menghubungkan USB wanita ke kabel dengan benar.
• Ketika saya mencolokkan Samsung Galaxy S4 Mini, itu menarik sekitar 0,44 amp. Ini sama dengan Samsung Galaxy Tab Pro.
• Namun, ketika saya menghubungkan iPad Air dengan kabel petir resmi, hanya menarik sekitar 0,11 amp.
• Juga, saya mencoba menghubungkan smartwatch ZGPAX S28 dan masih sekitar 0,44-0,45 amp.

Catu daya lebih dari mampu menghasilkan 2,1 amp maksimum, jadi mengapa tidak setidaknya untuk tablet?

Apa yang harus saya lakukan dalam pengaturan pengujian untuk meyakinkan perangkat agar menggunakan arus pengisian maksimum?

Alasan mengapa perangkat Apple / Samsung Anda tidak menarik arus lebih sederhana. Itu karena ada komunikasi data tambahan yang terjadi antara perangkat Apple / Samsung dan catu daya khusus mereka. Ini membuat kedua perangkat saling mengenali dan menyetujui arus yang lebih tinggi untuk digunakan. Pengisi daya menetapkan voltase tertentu pada jalur data USB dan ini dikenali oleh ponsel atau tablet.

Pasokan 20 Amps Anda tidak memasok tegangan ini pada garis tanggal sehingga tidak "berbicara" dengan perangkat Apple / Samsung Anda sehingga ini menganggap itu adalah pengisi daya "bodoh" normal dan tidak menarik lebih banyak arus daripada apa yang diizinkan oleh standar USB yang biasanya hanya 100 atau 500 mA

Untuk mengisi daya perangkat apple, berikan voltase pada baris data:

arus yang diinginkan: 2.000mA D-: 2.0V D +: 2.75V

Juga, tergantung pada seberapa penuh baterai ini, arus dayanya juga terbatas. Ini hanya akan maksimal ketika baterai diisi 30 - 70% (angka-angka ini hanya dugaan saya). Mengisi daya dengan arus yang tinggi tidak baik untuk baterai bila sangat rendah atau hampir penuh.

Sumber:

Adafruit: Misteri pengisian daya perangkat Apple

Voltaic: Memilih Tegangan Pin USB

Berikut ini adalah artikel yang lebih lengkap yang mencantumkan skema identifikasi pembagi resistor + D / D-proprietary yang dikenal untuk pengisi daya bertenaga tinggi. Intinya adalah:

2.0V / 2.0V - daya rendah (500mA)

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

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

2.7V / 2.7V - 12-watt (2400mA, mungkin digunakan oleh Blackberry)

D + / D- disingkat menjadi satu - standar USB-IF BC 1.2

1.2V / 1.2V - Perangkat Samsung

Nilai Samsung bertepatan dengan apa yang ditunjukkan pada skema ^{[sumber asli] ini} melalui pembagi resistor 10k / 33k untuk pengisi daya tablet Galaxy 2A.

Seperti saya katakan dalam komentar saya yang lain, ada juga chip off-the-rak yang menerapkan beberapa, misalnya MAX14667 , TPS2513 , Microchip USB2534 atau CYUSB3324 . Lembar data yang terakhir juga memberikan beberapa detail lebih lanjut tentang perangkat Samsung:

Perangkat Samsung mengikuti beberapa metode pengisian daya. Beberapa perangkat Samsung (Tablet Samsung Galaxy) menggunakan metode pengisian eksklusif di mana D + dan D-pin bias ke potensi yang sama (~ 1,2 V). Perangkat Samsung Galaxy S series (S3, S4) mengikuti standar pengisian USB-IF BC v1.2 untuk mode operasi DCP, CDP, dan SDP.

The USB-IF BC 1.2 memiliki persyaratan ini untuk mode DCP:

• Jalur data D + dan D– disingkat bersamaan dengan impedansi seri maksimum 200 Ω.

• Jangan memutus catu daya sampai tegangan turun di bawah 2V atau arus melebihi 1,5A

• Penarikan arus maksimum absolut yang diizinkan tetapi tidak diperlukan adalah batas konektor USB 2.0, hingga 5A

Juga, catatan Cypress mengatakan bahwa 2.7V / 2.7V -> 2.4A [juga] digunakan oleh Apple. Diskusi di forum TI di mana karyawan TI ikut berdiskusi (untuk TPS2513A mereka) menunjukkan hal yang sama. Seorang karyawan TI mengatakan :

Mulai dari iPad3, baterai 42Whr digunakan, waktu pengisian yang lama mulai menjadi masalah. Bandingkan waktu pengisian, dari baterai 0% hingga 100%, pengisi daya 2.1A membutuhkan waktu 6 jam, pengisi daya 2.4A membutuhkan waktu 5 jam 40 menit. Jadi 20 menit lebih cepat, tapi tidak banyak.

Kami percaya alasan utama Apple merilis pengisi daya 2.4A adalah untuk pengalaman pengguna yang lebih baik saat mengisi dan bermain pada saat yang sama. Saat memainkan permainan video berkualitas tinggi, seperti Infinity II dan mengisi daya pada saat yang sama, peningkatan persentase baterai iPad3 saya sangat sangat lambat, misalnya, 30 menit kemudian, hanya meningkatkan 2 persen yang membuat saya gila.

Saat menggunakan pengisi daya 2.4A, status baterai meningkat lebih cepat, setidaknya saya merasa normal, oke dengan itu.

Catu daya lebih dari mampu menghasilkan 2,1 amp maksimum, jadi mengapa tidak setidaknya untuk tablet?

Standar USB tidak memungkinkan lebih dari 500mA diambil dari port USB 1 standar. Sampai perangkat menjalin komunikasi dengan perangkat host USB, ia tidak memiliki cara untuk mengetahui berapa banyak arus yang tersedia.

Standar USB sebenarnya mengharuskan perangkat untuk mengambil tidak lebih dari 100mA sebelum berkomunikasi dengan tuan rumah dan meminta lebih banyak daya. Ini penting karena hub USB tanpa daya standar akan mengkonsumsi 500mA - 100mA untuk dirinya sendiri, dan 100mA untuk masing-masing port-nya. Ini berarti bahwa hub yang tidak berdaya tidak dapat, dan seharusnya tidak, mencoba memasok 500mA ke perangkat USB.

Standar dirancang dengan cara ini untuk mendukung berbagai penggunaan.

Jelas hanya Apple yang mengikuti standar, dan hanya mengkonsumsi 100mA sebelum meminta lebih banyak daya.

Kenyataannya adalah bahwa beberapa port USB tidak dapat memasok 500mA tanpa diminta. Banyak yang bahkan tidak repot-repot untuk memantau konsumsi saat ini dan mematikan perangkat USB yang tidak sesuai Hampir selalu aman untuk mengambil 500mA dari port USB tanpa meminta port host untuk daya maksimum.

Spesifikasi USB yang lebih baru memungkinkan port daya yang lebih tinggi. Namun, sekali lagi, ini harus diminta untuk memenuhi spesifikasi.

Pengisi daya USB biasanya tidak cerdas, dan tidak menerapkan port host USB penuh. Mereka menggunakan beberapa jalan pintas - umumnya menggunakan resistor pada D + dan D-line untuk memberi sinyal pada perangkat USB bahwa pengisi daya mampu menghasilkan lebih banyak daya tanpa permintaan resmi.

Selanjutnya, beberapa perangkat, seperti garis Apple iOS, juga akan memonitor tegangan yang disediakan, dan mengurangi konsumsi saat ini berdasarkan penurunan tegangan. Misalnya, jika pengisi daya melaporkan bahwa ia dapat memasok 2A, tetapi tegangan tidak tetap pada 5V, perangkat iOS akan mengkonsumsi kurang dari arus maksimum. Tidak akan dikenakan biaya di bawah 4.5V, atau di atas 5.5V. Jadi tidak hanya pengisi daya harus menyajikan sinyal yang benar untuk menunjukkan arus penuh tersedia, ia harus menjaga regulasi yang baik pada penarikan arus maksimum.

Ingatlah bahwa ini adalah fitur keselamatan. Perangkat pengisian daya tidak hanya harus dapat memasok arus, tetapi kabel USB yang digunakan harus dapat membawanya. Ini mungkin tidak tampak seperti banyak arus, tetapi ada banyak kabel USB tipis yang sangat murah di pasaran yang akan terasa menghangat dengan 2A mengalir melalui konduktor berukuran kecil. Letakkan di bawah bantal yang mudah terbakar dan biarkan panas menumpuk, dan Anda mungkin menemukan lebih dari sekadar isolasi yang meleleh.

Apple tidak hanya memverifikasi pengisi daya, tetapi juga kabel (menggunakan chip milik mereka di dalam konektor kabel) sehingga mereka dapat menghindari tanggung jawab atas kemungkinan kerugian terkait dengan pengisi daya dan kabel yang berbahaya.

Namun, selama Anda menggunakan kabel yang menyertai perangkat, Anda tidak akan mengalami masalah dengan aspek ini, dan dapat fokus pada pensinyalan pengisi daya.

Apa yang harus saya lakukan dalam pengaturan pengujian untuk meyakinkan perangkat agar menggunakan arus pengisian maksimum?

Standar Apple telah secara longgar diadopsi oleh orang lain, atau diterima oleh orang lain, dan terdiri dari menempatkan level tegangan spesifik pada jalur D- dan D + pada arus yang rendah. Menempatkan sekitar 2.0V pada saluran D, dan 2.75V pada saluran D + akan memberi sinyal 2A (10W) tersedia untuk pengisian daya. Ini dapat dilakukan dengan resistor sederhana:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Jika Anda mengikuti sirkuit ini di pengaturan Anda, Anda harus menemukan bahwa setidaknya perangkat Apple mengisi daya pada 2 amp atau lebih, dan Anda mungkin menemukan perangkat lain juga dikenakan biaya pada tingkat ini.

Anda dapat mencoba menggunakan pengontrol port pengisian khusus .

Menurut spesifikasi itu dapat mendeteksi skema pengisian berikut:

1. Pembagi 1 DCP, wajib menerapkan 2 V dan 2,7 V pada D + dan D-Lines masing-masing (TPS2513, TPS2514)
2. Divider 2 DCP, wajib menerapkan 2,7 V dan 2 V pada D + dan D-Lines masing-masing (TPS2513, TPS2514)
3. Divider 3 DCP, harus menerapkan masing-masing 2,7 V dan 2,7 V pada D + dan D-Lines (TPS2513A, TPS2514A)
4. BC1.2 DCP, diperlukan untuk menyingkat D + Line ke D– Line
5. Chinese Telecom Standard YD / T 1591-2009 Mode Pintas, diperlukan untuk memendekkan D + Line ke D– Line
6. 1.2 V pada D + dan D– Lines

20 ampere adalah apa yang mampu diberikan oleh pasokan, dan apa pun yang Anda sambungkan dibutuhkan apa yang dibutuhkan dari 20 ampere itu.

Sebagai contoh, jika Anda memiliki suplai diatur untuk output 5 volt dan Anda meletakkan resistor 5 ohm di outputnya, itu akan memasok 1 ampere ke resistor karena itu semua resistor ingin dengan 5 volt di atasnya.

Anda juga dapat menempatkan dua puluh 5 ohm resistor di seluruh suplai, secara paralel, dan itu akan memasok 1 ampere ke masing-masing dengan total 20 ampere.

Perangkat USB hanya akan menarik jumlah arus yang diketahui dapat ditarik tanpa menyebabkan kerusakan pada pengisi daya. Perangkat Apple dan Samsung tidak tahu berapa banyak yang aman untuk diambil dari pengisi daya Anda, oleh karena itu mereka kembali ke Standar USB. USB Standard mengatakan "0,5 Ampere aman". (Jika pengisi baterai mengidentifikasi dirinya sebagai pengisi daya USB tetapi tidak dapat menangani 0,5 Ampere, itu bukan kesalahan telepon tetapi masalah pengisi daya).

Satu-satunya cara untuk meyakinkan perangkat agar menarik lebih banyak arus adalah dengan mengimplementasikan komunikasi dalam pengisi daya yang akan terjadi antara perangkat Apple dan pengisi daya Apple, atau perangkat Samsung dan pengisi daya Samsung. Ini tidak terlalu sulit, dan Anda dapat membeli pengisi daya berkualitas dengan harga wajar yang melakukan ini. Pengisi daya Anda tidak melakukannya, jadi 0,5 A adalah batasnya.

Semua perangkat USB harus berperilaku ketika terhubung ke port data USB, yang akan memasok 100mA secara default, 500mA ketika "diminta dengan baik". Itu yang Anda dapatkan.

Jika Anda menyambungkan Data + dan sinyal Data bersama-sama melalui resistor kecil (untuk perlindungan .. sekitar 100 ohm), Anda akan mematuhi spesifikasi Pengisian Baterai USB, yang memungkinkan perangkat menarik minimum 1,5A.