Загальна інформація
USB-роз'єми підключення гаджетів
В останні роки помітно проявилася тенденція уніфікації роз'ємів «дані / харчування» різних гаджетів різних виробників (мабуть, тільки Apple продовжує йти «своїм шляхом»).
З метою мінімізації розмірів використовуються роз'єми mini-USB або micro-USB, мають по п'ять контактів і однакову цоколевке.
Цокольовка роз'ємів і варіанти підключення кабелів наведені в таблиці:
Основному USB-стандарту відповідають два кабелі:
- «Data-кабель» - використовується для зарядки і інформаційного підключення до ПК в режимі «Slave»; в цьому кабелі pin4 ні до чого не підключений (NC - not connected).
#) У всіх дозвільних зарядку (НЕ OTG) випадках шини даних (D- і D +) використовуються двояко - протягом
2-х секунд після появи зовнішнього напруги живлення на pin1 гаджет по потенціалом і властивостями ліній даних визначає тип зарядного порту. «Знати» тип зарядного порту гаджету потрібно для визначення максимально допустимого струму для даного зарядного пристрою (далі - ЗУ). Після ідентифікації порту гаджет дозволяє собі споживати струм для роботи / зарядки, а якщо порт виявився сигнальним (типів SDP або CDP), то ще й обмінюватися даними в ролі USB-периферійного (Slave) пристрої.
- «Кабель OTG» - з'єднання pin4 (вхід «Ident») c pin5 (GND) зазвичай здійснюється безпосередньо в кабельній частини роз'єму і змушує гаджет працювати в режимі «Host» - живити і обслуговувати підключається периферію (миша, флеш-накопичувач, зовнішня клавіатура і т.д.). Даний кабель не дозволяє здійснювати зовнішнє живлення або зарядку гаджета, який має режим USB-OTG. Стандарт BCv1.2 допускає можливість зарядки в Host-режимі USB-OTG пристрої, що пізнає порт типу ACA (вже не цим кабелем), але про існування в природі таких пристроїв поки нічого не відомо.
Користуючись Нестрогие дотримання стандарту багато виробників гаджетів дозволяють собі деякі витівки по використанню контактів роз'єму без оповіщення користувачів. Ця обставина ускладнює можливість заміни штатного ЗУ на універсальне при втраті / поломки штатного або при організації додаткового поста зарядки. наприклад:
На жаль, легкодоступною інформації по таких хитрощів випадку окремих моделей гаджетів не існує - виробники чи хитрують, оберігаючи свій бізнес, чи то соромляться своїх збочень. Зустрічаються тільки розрізнені і не дуже чіткі згадки на форумах. Залишається сподіватися, що підприємницькі кола користувачів отмобілізуется і створить базу даних.
Призначені для користувача характеристики зарядних пристроїв (ЗУ)
напруга
ЗУ з USB-роз'ємами підключення навантаження номінуються на U вих = 5 V і зазвичай реально відповідають USB-специфікації - U вих = 4,75 ÷ 5,25 V. (Хоча трапляються винятки).
Спеціалізовані автомобільні (АЗП) і мережеві зарядні пристрої (СЗУ). навіть номіновано на 5 V, можуть мати кілька підвищена напруга. Наприклад, планшети на Rockchip RK3066, мають контролер заряду OZ8555, вимагають від ЗУ U вих = 5.6 ÷ 5.7 V, що і реалізується в штатних ЗУ. Такі ЗУ зазвичай мають вбудований вихідний кабель зі спеціалізованим (НЕ USB) роз'ємом підключення до гаджету.
Деяке перевищення напруги над стандартним (до 5.3 ÷ 5.4 V) корисно і для потужних гаджетів, які живляться через USB-роз'єм, для компенсації падіння напруги на кабелі живлення. І виробники гаджетів це реалізують - штатний СЗУ для планшета Freelander PX1 / PX2 (з вбудованим кабелем і роз'ємом microUSB) розрахунково видає U вих = 5.3 V (при номінації 5 V).
До питання про максимально допустимому напрузі ЗУ. Сучасні гаджети мають в своєму складі контролер заряду, керуючий режимом споживання струму від ЗУ (при зарядці і при роботі) за допомогою ШІМ-перетворювача. Тобто приведення напруги ЗУ до напруги батареї (3.3 ÷ 4.2 V) проводиться без зайвого виділення тепла і інших неприємностей. Характерно максимально допустимі напруги живлення таких контролерів складають: робоче - 5.5 V, граничне (спрацьовування захисту по перенапруження - OVP) - 6.0 ÷ 6.5 V; тобто, будь-який гаджет може спокійно працювати з ЗУ, які мають напругу холостого ходу до 5.5V (і не згорить при 6 V). Деякі контролери зберігають працездатність до 6.5 V.
Всі зарядні пристрої номінуються виробником на струм, значення якого обов'язково прописується на етикетці ЗУ (іноді номінуються по потужності, для 5 V -
5 W / A). Але ця цифра зовсім не означає, що такий струм буде отримувати конкретний (саме Ваш) гаджет. Це скоріше твердження, що ніякої гаджет не зможе отримати з даного ЗУ ток більше зазначеного. А для китайських ЗУ ця цифра ще й завищена відсотків на 30 ÷ 50. Номінація проводиться за максимальними можливостями напівпровідникових перетворювачів, але недостатній тепловідвід і низька якість індукторів і конденсаторів часто не дозволяють реалізувати ці можливості в довгостроковому режимі (більше трьох хвилин).
Вихід простий - будь-який гаджет може використовувати ЗУ з номінацією по току в 2 ÷ 5 разів більшою, ніж необхідний йому струм. У цій ситуації у гаджета просто руки не пов'язані (напруга ЗУ не знижується і немає зовнішнього обмеження струму) і він буде брати рівно стільки, скільки йому в даний момент необхідно (скільки дозволяє вбудований контроллер заряду гаджета). Характерно при наполовину розрядженою батареї споживається максимальний для даного гаджета ток, у міру наближення до повного заряду струм плавно знижується.
Різні гаджети по-різному поводяться в режимі суміщення зарядки з роботою. Деякі мають одне загальне значення максимального струму споживання - при тільки зарядці в акумулятор надходить весь струм, а при включенні екрану струм власне заряду зменшується на частку, яка споживається екраном. У інших гаджетів струми заряду і роботи контролюються окремо - при включенні екрану струм заряду не змінюється, а струм споживання збільшується на частку, яка споживається екраном. При цьому сумарне споживання не може перевищувати деякого «абсолютного» максимуму для даного гаджета, наприклад, значення, жорстко закладеного в гаджет або дозволеного типом пізнаного типу зарядного порту.
зустрічаються неприємності
- ЗУ не відповідає необхідному току. При підключенні гаджета ЗУ входить в режим обмеження струму на рівні, недостатньому для даного гаджета, і знижує вихідна напруга. Наприклад, гаджету потрібно 0.9 A. Якесь зарядний пристрій номінується на 1.0 A, але реально може видавати не більше 0.7 A - низька якість ЗУ, обман в номінації. Потрібна заміна ЗУ.
- ЗУ не відповідає необхідному напрузі. Виробники гаджетів не надто суворо стежать за відповідністю необхідного гаджету напруги стандартному значенню (типово 5.0 V). А в штатних ЗУ вони «подмухлёвивают», налаштовуючи ЗУ на підвищений 5.2 ÷ 5.4 V, але номінуючи їх на 5.0 V. В результаті гаджети відмовляються працювати з «чесними» чужими ЗУ. Потрібна заміна ЗУ (тільки з огляду на їх безликості якесь вибрати) або підстроювання вихідної напруги наявного ЗУ (потрібно розтин).
- Непридатний кабель живлення (див. Статтю «USB-кабелі та кабелі живлення»). Для повного заряду літієвий акумулятор необхідно напруга на ньому підняти до рівня 4.2 V (з'явилися моделі з рівнем 4.3 V). Крім того, на ключі вбудованого в гаджет контролера заряду при проходженні зарядного струму може падати 0.3 ÷ 0.7 V. Тобто, для нормальної зарядки на вхідному роз'ємі харчування гаджета необхідно забезпечити напругу не менше 4.5 ÷ 4.9 V. Сполучні кабелі (особливо якщо застосовується data- кабель, та ще й китайський) можуть мати опір ліній живлення 0.3 ÷ 0.8 Ω, що при струмі в 1.5 A «з'їдає» ще 0.45 ÷ 1.2 V. в результаті для зарядки з таким струмом не вистачає напруги ЗУ. Зарядка відбувається довго (а при включеному екрані аж до «ніколи»). Потрібна заміна кабелю на інший, з меншим опором (з більш товстими жилами харчування).
- Невідповідна кодування типу зарядного пристрою. При використанні в гаджеті поєднаного роз'єму дані / харчування типу micro-USB або mini-USB від нього вимагається вміння визначати тип порту, до якого він підключається. Це необхідно, щоб гаджет міг підключатися і до стандартного USB-порту комп'ютера, не перевантажуючи його (для обміну даними), і до потужного ЗУ, здатному живити / зарядити потужний гаджет. При підключенні гаджета (при появі зовнішнього напруги на його шинах харчування), його контролер заряду станом ліній даних визначає тип порту (його навантажувальну здатність) і дозволяє собі споживати струм тільки в межах можливостей пізнаного типу порту. Якщо тип порту навіть досить потужного ЗУ гаджет не розпізнається, його контролер не дозволить собі брати більше 500mA (що відповідає здатності навантаження стандартного USB-порту комп'ютера). Таким чином, гаджет звичайно ж не зарядиться, якщо сам споживає 1.5 A. Просто сповільниться його розряд. Ознаки типів портів описані в статті «Типи зарядних портів».
#) На жаль, історично склалося дещо не дуже сумісних систем кодування типу порту, і який кодуванням користується конкретний гаджет не вказується в його документації. Існують тільки невиразні і неоднозначні натяки: «ЗУ для Samsung», «ЗУ для iPad», але які з універсальних ЗУ підходять для них - незрозуміло. А про представників потужного потоку виробів китайської промисловості і говорити нема чого. (Добре б створити базу ознак для всіх потужних гаджетів і в уявленнях нових моделей на форумах пред'являти їх).
Та ж плутанина і з універсальними ЗУ. Уже з'явилися ЗУ з різними написами ( «Samsung» та «Apple» наприклад) і кодуваннями на різних роз'ємах USB-AF, але на деякі зустрічаються відгуки: «Гніздо з написом Apple заряджає Samsung Galaxy Note 2 швидше. ніж другий, з надпісьюSamsung ». У деяких все USB-роз'єми Запаралеленими, тобто, мають незалежно від написів однакову кодування.
Зміна вихідної напруги ЗУ
#) Обережно! Первинна сторона під високою напругою.
Для підйому Uout на
10% необхідно змінити параметри подільника RU / RL так, щоб напруга на його виході (точка з'єднання RU і RL) дорівнювало Uref ні до 5,0 V на виході ЗУ, а при
5,5 V. Найпростіше це влаштувати додаванням шунтирующего резистора RL-Ш. Його величина повинна бути:
(Величину RL в конкретному ЗУ можна визначити по його маркуванні або реально заміряти цифровим омметром на вимкненому ЗУ і відключеному навантаженні).
Для зниження Uout найпростіше шунтировать RU.
#) Для колупання в нутрощах ЗУ добре б мати у нього розбірний (Не склеєний) корпус.
Автомобільні ЗП (АЗП)
- SW - вихід вбудованого силового ключа перетворювача;
- CBS - ємність вольтодобавки, використовується тільки для перетворювачів з N-MOS (або NPN) силовим ключем;
- VD1 - клампірующій (фіксує) діод, використовується тільки для простих (не синхронні) перетворювачів;
- CCOR - ємність корекції зворотного зв'язку (може не використовуватися);
- RU і RL - вихідний дільник зворотного зв'язку, що задає величину вихідної напруги;
- RL-Ш - коригувальний резистор, що додається для підвищення вихідної напруги.
Повна схема прагне встановити таке вихідна напруга Uout. щоб напруга на виході дільника RU / RL було рівним внутрішньому опорної напруги UFB стабілізатора.
Величину UFB можна взяти з data-sheet використовуваного перетворювача або реально заміряти цифровим вольтметром на включеному і навантаженому ЗУ, через резистор 50 ÷ 100 kΩ (для забезпечення стійкості схеми під час вимірювання).
Для підйому Uout на
10% необхідно змінити параметри подільника RU / RL так, щоб напруга на його виході (точка з'єднання RU і RL) дорівнювало UFB ні до 5,0 V на виході ЗУ, а при
5,5 V. Найпростіше це влаштувати додаванням шунтирующего резистора RL-Ш. Його величина повинна бути:
Для UFB = 1.23 V: RL-Ш = 7.5 * RL - для перетворювачів MC34063, LM2576, LM2596, ACT4070;
Для UFB = 0.925 V: RL-Ш = 8.2 * RL - для перетворювачів CX8505, RT8272, AP6503, MP2307;
Для UFB = 0.80 V: RL-Ш = 8.4 * RL - для перетворювачів AX4102, XL4005.
(Величину RL можна визначити по його маркуванні або реально заміряти цифровим омметром на виключённом ЗУ і відключеному навантаженні).
Для зниження Uout найпростіше шунтировать RU.
електроніка гаджетів
контролери зарядки
OZ8555 / o2micro
(Використовується в планшетах на RK3066 - Hyundai Hold X700, Window N101 / YUANDAO N101; PIPO M1, PIPO Max-M8 pro, PIPO Smart-S2; CUBE U9GT3)
Містить в своєму складі DC / DC-перетворювач для зарядки акумулятора і харчування гаджета. Вимагає напруги зовнішнього живлення 5.5 ÷ 5.9 V (не менше 5.4 V на вході в гаджет) і використовується в гаджетах з окремим (НЕ USB) роз'ємом зарядки.
Data-sheet на OZ8555 не знайшов, але, схоже, у нього поріг спрацьовування захисту від недостатнього напруги харчування UVLO (Under Voltage Lock Out) дорівнює 5.1 ÷ 5.3V замість звичних для 5-вольтів гаджетів 3.9 ÷ 4.5V. така властивість цілком би пояснило некоректність роботи від «чужої» зарядки, яка видає менше 5.4 V.
BQ24190 / TI
BQ24190 визначає тип зарядного порту відповідно до специфікації BG v1.2. при закорочених D- і D + визначає порт як DCP і дозволяє собі споживати від зовнішнього живлення струм більш 0.5A.
Форум «4PDA» - Зарядний пристрій для комунікаторів з mini / microUSB, що необхідно і що досить
Форум «USB.org» - Battery Charging v1.2 Spec and Adopters Agreement
«Maximintegrated» - The Basics of USB Battery Charging
Довідкові матеріали по темі:
Суміжні матеріали по темі: