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解读USB-IF电池充电尺度

宣布时间:2009年10月27日 09:10    宣布者:李宽
要害词: 充电 , 电池 , 尺度 , 解读
作者:魏明 工信部通讯计量中央USB兼容认证实验室   时间:2009-10   泉源:电子产物天下

  配景

  2009年4月,全球移动通讯系统协会(GSMA)联络OTMP(手机开放组织同盟)17家移动运营商和制造商宣布实验跨行业的通用充电器尺度,此尺度接纳了USB-IF的micro-USB接口作为手机数据和充电的统一接口,并接纳USB-IF的Battery Charging 尺度作为充电尺度。USB-IF宣布了1.1版的Battery charging尺度(以下简称为BC尺度),比起两年前宣布的1.0版本,这个新版本有了较年夜更新和填补。同时,与之配套的测试尺度也正在制订中,预计将在年内颁布和实验。届时USB Battery Charging相关测试项目将归入到USB兼容测试认证中。

  电池充电尺度

  原有USB2.0尺度并没有推敲到应用USB接口为便携式装备的电池阻拦充电的需求,而这样的需求却愈来愈多。BC尺度要处置赏罚赏罚的就是这个效果,切合尺度的装备和系统即向下兼容USB2.0尺度,又针对充电做出了特其他优化。

  现实上,BC尺度的焦点内容就是引入了充电端口识别机制。一个切合BC尺度的便携式USB装备或OTG装备经由历程这套机制可以识别出是插到了一个尺度的USB下行接口(Standard Downstream Port );一个USB公用充电器(USB Charger);照样一个针对充电做过优化的USB下行接口(Charging Downstream Port)。然后,这些装备将凭证不合的情形,凭证BC尺度的请求来取得不合的电流

  便携式装备和三种USB充电接口

  ● Portable Device

  Portable Device(以下简称PD)指电池供电的便携式USB外设或许OTG装备,可以经由历程USB接口来为自己的电池充电。BC尺度建议这些的PD应当具有照顾的端口识别才干和对从USB总线取得电流的控制才干。

  ● Standard Downstream Port

  基本上,这个Standard Downstream Port指切合现有USB2.0尺度的主机(HOST)或集线器(HUB)上的下行USB接口。凭证USB2.0尺度,当USB外设处于未毗连(un-connect)或休眠(suspend)的状态时,一个Standard Downstream Port可向该外设供应不逾越2.5mA的匀称电流;当外设处于曾经毗连而且未休眠的状态时,电流可以致最年夜100mA;而当外设曾经装备 (configured )而且未休眠时,最年夜可从VBUS取得500mA电流。

  ● Charging Downstream Port

  Charging Downstream Port是即兼容USB2.0尺度,又针对USB充电作出了优化的下行USB接口,它可以是主机上的USB接口,也可以是USB集线器上的。这些下行USB接口能合营Portable Device 完成充电端口识别行动,并供应最年夜至1.5A的供电才干,知足PD年夜电流快速充电的需求。

  往后很有能够会泛起这样的产物,一台条记本电脑上1个Charging Downstream Port和多个Standard Downstream Port同时存在,用户可以将手机或其他PD毗连到Charging Downstream Port阻拦快速充电,而且在充电的同时可以阻拦数据毗连。

  ● USB Charger

  BC1.1尺度中界说的USB Charger与现在市情上可以买到的USB公用充电器类似。USB Charger经由历程USB口为PD供应充电所需电能,BC1.1请求将USB Charger中的D+和D-阻拦短接,以合营PD的识别行动,但它不具有和USB装备通讯的才干。尺度中对USB Charger的电压电流输入才干做出了较严酷请求,以确保PD的安然。

  USB端口识别机制

  BC尺度的焦点在于充电识别机制,经由历程这个机制,当PD拔出到USB接口时,PD将识别出所拔出的USB接口类型。

  当PD拔出到USB接口以后,它向D+上加载一个0.6V左右的电压(VDP_SRC),随后,PD泉源检测D-线上的电压,检查能否收到0.6V的电压回应 (VDM_SRC)。由于Standard Downstream Port不会对D+上的0.6V旌旗暗记作出任何回应,以是假定PD拔出的是Standard Downstream Port,那么D-将保持为低电平(图1)。

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  在Charging Downstream Port中,接纳了与PD类似而且与之互补的检测电路,当它检测到D+上有0.6V时,它将随即向D-加载0.6V电压,以回应PD;而在USB Charger中,由于D+和D-是短接的,以是当D+上被加载0.6V电压时,D-也酿成了0.6V。以是,PD拔出到Charging Downstream Port 或是USB charger, 则D-线上会被回应一个0.6v电压。尔后,PD先将D+(PD为高速或全速装备)或D-(PD为低速装备)拉高至逻辑高电平, 然后经由历程检测另外一根数据线的电压来分辨是Charging Downstream Port 照样USB charger。由于Charging Downstream Port在充电检测时代,只回应VDP_SRC而不会回应逻辑高电平,以是它将保持数据线为低(图2)。

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  由于USB charger外部短接了D+和D-,假定一根数据线被拉高,那么此外一根数据线也将酿成高电平(图3)。

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  经由历程以上的检测机制,PD便可以识别出所拔出的是何种USB端口。

  无电电池充电机制

  无电电池充电机制Dead Battery Provision(以下简称DBP)在BC1.1尺度中是一个自力的章节,DBP针对一个装有没有电或低电量电池的PD拔出到Standard Downstream Port的情形阻拦了新的尺度,它现实上是对USB2.0尺度的扩年夜,确保BC1.1尺度向下兼容USB2.0尺度。

  USB2.0尺度请求USB外设在未毗连HOST时,从VBUS罗致的电流不克不及逾越2.5mA。但有一些PD在启动时的数秒钟内须要消耗100mA以上的电流,假定这些便携装备自己的电池电量缺乏或完全没电时,它将从VBUS上取得这些电流。是以,当这样的装备拔出到USB端口时,能够没法启动;更多情形是,由于多数HOST或许HUB着实不限制装备消耗的电流,是以装备将以年夜电流启动,虽然他们也能够或许正常使命,然则这将招致USB系统的不稳固,同时这些装备也不克不及经由历程USB兼容认证测试。

  DBP就是针对这类情形,有条件地放宽了USB2.0的请求。DBP划定,应用电池的便携式USB装备在拔出(Attach)到USB端口到和主机毗连(Connect)这一时间段内,最多可以从VBUS取得100mA的电流(USB2.0尺度是2.5mA),然则要知足以下条件:

  ● PD装配的电池应当处于无电或低电量的状态,即PD应用这样的电池将不克不及开机;

  ● 当PD拔出到USB端口以后并须要泉源取得年夜于2.5mA的电流时,PD须将D+拉高至0.5-0.7V,并一直保持到和主机毗连(Connect);

  ● 这些从VBUS取得的电流应当用于PD给电池充电,从而使得PD事实能够毗连(Connect)和枚举(Enumerate);

  ● 这个以年夜于2.5mA电流充电的历程不得逾越45分钟。

  充电电流较量

  BC尺度经由历程对原有USB2.0的扩年夜和引入新的充电机制,较年夜地提升了USB接口的充电才干,便利PD以年夜电流快速充电。表1给出了不合情形下,供应PD充电的最年夜电流。

  赞助充电适配器(Accessory Charger Adapter)

  BC1.1较之1.0版本,新引入了赞助充电适配器(Accessory Charger Adapter 以下简称ACA)的看法。

  随着便携式装备变得愈来愈小,多数的PD只需一个USB接口用于毗连外设或许充电, 但毗连外设和充电不克不及同时阻拦。例如,当一部手机经由历程USB接口毗连了外置耳麦的时间,就不克不及经由历程USB接口阻拦充电了。ACA的用处就是让PD可以同时毗连USB外设和经由历程USB端口充电。

  ACA具有三个端口:OTG Port用于毗连便携式装备(OTG Device);Accessory Port 用于毗连USB外设;Charger Port用于毗连USB充电端口,可以是一个USB公用充电器也可以是一个Charging Downstream Port(图4)。

4.jpg

  相关测试

  现在,和BC1.1配套的测试尺度正在由USB-IF Battery Charging小组制订中。凭证BC1.1的内容,测试尺度将分红三个部门:Portable Device Compliance Plan;Charging Port Compliance Plan;ACA Compliance Plan。

  其中,前两个部门完成后,将被归入到现有的USB兼容测试证中去。也就是说,假定一个PD产物须要取得USB兼容性认证(应用USB Logo),不只需阻拦传统USB兼容测试,还要阻拦BC部门的测试。

  Portable Device Compliance Plan检测PD能否知足BC1.1尺度,主要有两个方面,一是针对BC1.1中的DBP部门,重点检查当一个装配电池的PD拔出一个Standard Downstream Port时,PD从USB总线消耗的电流能否知足请求;消耗的电流能否只用于电池充电而不用于其他;当PD消耗的电流以年夜于2.5mA时,PD能否向D+上加载0.6v电压D拔出USB端口时的进击电流能否知足请求等等。此外一方面,Portable Device Compliance Plan将着重测试PD的充电端口检测机制。被测PD将被划分毗连至Stand Downstream Port,Charging Downstream Port和Dedicated Charging Port,同时,PD上的电压(VBUS)、电流( IBUS)、D+,D-将被纪录上去,这些电压电流和时序关系将被用来断定该PD能否切合BC1.1尺度。

  Charging Port Compliance Plan针对USB公用充电器和Charging Downstream Port阻拦测试。主要网罗对电压,电流等输入参数的测试,还网罗上冲/下冲,短路/恢复等特定情形的测试。

  须要指出的是,现在曾经颁布的中国手机充电器尺度(YDT 1591-2006)与本测试的部特殊容类似,但也有所差异。全体下去讲,YDT 1591-2006只针对USB充电器作出了尺度,并在充电器绝缘、安规等方面给出了详细的请求;而BC1.1尺度引入了完善的充电机制并给出了相关的详细请求,它触及充电电能的应用者(便携式外设)和充电电能的供应者(USB端口)两个方面。而关于USB公用充电器部门, BC1.1中有专门界说和尺度,而且关于USB公用充电器输入才干、短路掩护、标识等提出更详细的请求。

  结语

  USB是一个告成的接口尺度,数以亿计的USB装备普遍于我们的生涯中。BC1.1尺度给予了USB尺度以新的活力,它一方面处置赏罚赏罚了现有USB2.0尺度的缺乏,此外一方面为破费者供应了更年夜的便利。信托会有更多的USB便携式装备应用USB接口阻拦充电,也信托BC尺度会在不久的未来取得迅速推行和普及。

  参考文献

  [1] Battery Charging Specification Revision 1.0 [S]

  [2] Battery Charging Specification Revision 1.1[S]

  [3] Universal Serial Bus Specification Revision 2.0 [S]

  [4] Portable Device Compliance Plan Revision 0.8 Draft[S]

  [5] USB Charging Port Compliance Plan Revision 0.4 Draft[S]

  [6] 移动通讯手持机充电器及接口手艺要求和测试措施 (YD/T1591-2006)[S]
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alpha321 揭晓于 2009-11-14 10:12:59
很好。多来几篇类似的文章。
供应的参考文献不错。
steed5168 揭晓于 2011-8-21 13:11:43
谢谢,来学习下
WHG168 揭晓于 2012-2-29 23:19:58
供应的参考文献不错。
lliao 揭晓于 2016-6-22 16:39:13
谢谢分享.
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