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企业新闻
USB Type C接口的充电功能
2022-10-21

随着Type-C接口在手机、、、电脑等便携设备上普及,,,日常使用中或许会遇到如下问题。。

1. 为什么这个Type-C充电器充电这么慢??

2. 电脑的Type-C充电器能给手机充电吗????

3. PD充电????Type-C充电????有什么区别???

要解答以上几个问题,,,就得了解一下基本设计了。。。

快充 VS 慢充

普通充电,,,,使用USB Type-A Standard接口转USB Type-B Micro接口的连接线给手机充电。。。。

充电头端的USB Type-A Receptacle作为电源输入端,,,连接手机端的USB Type-B Micro接口作为电源输出端。。。

在没有充电协议的加持下,,充电器最大只能对外提供5V@900mA(USB3.0 是 900mA,,USB2.0是500mA)的充电功率。。

这是USB Type-A/B接口的硬件设计规范,,,,那么这样的设计最大提供 4.5W的充电功率。。。

使用USB Type-A Plug 转USB Type-C Plug的连接线给手机充电。。。。

充电头端的USB Type-A Receptacle作为电源输入端,,,连接手机端的USB Type-C接口作为电源输出端。。。。

Type-C接口规定,,,,Power Source端供电能力取决于cc上的Rp电阻。。

Power Sink端cc下拉Rd=5.1K,,,,根据cc分压即可确定Power Source端的供电能力。。

一般来说,,,Type-A Plug转Type-C Plug的连接线,,Type-C端的Rp会声明其支持5V@3A的供电,,,,但是得配套专用的充电头。。

由于转接线和充电头可能不是配套的。。如果充电头端的USB Type-A Receptacle只能提供5V@900mA,,那么即使转接线Type-C Plug端Rp声明为 5V@3A,,,,也没法给手机最大提供5V@3A的充电功率,,还有可能损坏充电头。。。

在没有充电协议的加持下,,,Type-C转接线最大可以支持 5V3A的充电功率,,,,即最大15W的充电功率。。。

这就是Type-C充电,,属于硬件设计规范。。。

快速充电

实际上,,不管是Type-C接口,,还是Micro USB接口,,都出现过支持超过硬件接口设计规范充电功率产品。。。

这些都是快充协议的功劳,,,而且大都是利用转接线中的USB2.0 D+/-两个线完成通讯。。。

注意,,,,这里的通信不是USB通信,,,,只是利用D+/-两根线,,设计的通讯协议而已。。。这种协议属于私有协议,,,,各家设计均不相同,,,详细协议此文不作介绍。。。

但是,,,快充的原理都是通过私有协议协商后,,,,充电器端会提高充电电流或者充电电压,,以满足设备快充。。。。

手机市场巨大,,各家虽然都采用同样的Type-C接口作为充电接口,,但是基本都设计了自家的私有快充协议。。。。

关于手机的快充,,,有三点是关键。。充电头、、充电线、、充电设备。。。

以某手机为例,,,支持最新的FCP快充协议,,,在使用原装充电器和充电线的情况下,,最大支持66W充电,,,,就是所谓的超级快充。。。。充电电压达到11V,,,,充电电流最大达到6A。。。。

连接充电后,,,,首先充电头端会发起FCP快充识别协议,,同时充电线的接头里面也设计有识别IC。。。当充电头通过FCP协议正确识别了手机和充电线后,,,手机充电才会进入超级快充。。。

为了实现66W超级快充,,,充电线材需要承受6A的大电流,,,因此必须设计一个识别 IC,,,,防止使用普通线材发热起火(充电线接口也设计为橘黄色和普通线材做出区分)。。

当使用的充电头,,或者充电线不是原装的,,都只能实现普通充电模式。。。手机同时支持PD快充,,,,显示为快速充电。。原装充电器加充电线才会显示为超级快充。。。

这就是为什么充电器或者充电线不原装的话,,,,充电速度很慢的原因。。。

PD快充

PD全称Power Delivery,,,,是USB-IF协会设计并推广的一种快充协议,,,,以解决移动电子设备快充协议混乱的局面。。。。当前PD3.1协议可以最大支持 240W的充电功率,,几乎涵盖了所有的移动电子设备。。。。

支持PD快充,,,,必须采用USB-C to USB-C的连接线,,,因为PD快充是基于PD协议实现的。。

PD协议是在Configuration Channel上实现的,,,即下图中的A5或者B5。。。。

USB Type-A转 USB Type-C充电线中是没有cc通讯的。。

如下图,,当充电设备通过USB-C to USB-C的充电线连接后,,,双方的cc都会连接。。

经过Power Negotiate后,,充电器端会提高供电电压或者电流,,,,以实现快充。。。

图片来源于USB协会官网开源技术文档

PD在Power Negotiate上比较简单。。。。如下是笔记本电脑的Type-C接口上的cc 通讯。。

1. Power Source端发送Source Capability(包含1-4组Power Level)

2. Power Sink根据自身需求请求一组合适的Power Level

3. Power Source安装 Power Sink请求提升电压,,设置限流阈值即可

抓取PD通信波形,,以及Vbus变化情况,,如下图。。

当然,,,PD协议不仅仅会完成Power Negotiate,,,还会继续完成AltMode配置,,,实现DP、、、TBT、、、USB4、、PCIe 等高速协议的通道配置。。

笔记本的充电需求一般在45W-90W,,,,因此Type-C接口就是第一选择,,,,同时支持 PD快充协议。。。。

一个USB-C口就可以实现USB+DP+PD全功能。。。

显然笔记本电脑使用的 Type-C充电器也采用了PD快充协议,,,,其对外有 4 组供电等级声明。。。。

那么用它对手机充电时,,,手机请求合适的充电等级即可。。。

多协议兼容

私有协议各有优势,,但是互不兼容。。。。当Power Source端和Power Sink端的快充协议不一致,,那么就犹如鸡同鸭讲,,无法实现快充了。。

事实上,,,,私有快充协议不兼容问题已经有工程师提出了解决方案,,那就是多协议解码器。。

通信协议实质上就是一定规则的电平变化,,,那么使用软件配合 MCU 必然可以实现多协议兼容。。。。如果Power Source端或者 Power Sink 端采用了多协议解码器,,就如同学习了多门“方言”。。。。不管是“广东话”还是“陕西话”,,,,协议解码器都能“说” 或者 “听”。。

博越致和生物科技针对多协议充电推出完整的解决方案。。

CS32G020系列是博越致和生物科技推出的支持USB Type-C和PD3.0协议的USB Type-C控制器,,,,可应用于PC电源适配器、、、、手机充电器、、、移动电源、、车充、、HUB 等领域。。。。 

CS32G020内嵌 ARM® Cortex™-M0 内核,,,主频最高 48MHz,,,可以支持很广范围的工业控制应用和需要高性能 CPU 的场合。。。内置 64K 字节程序flash,,数据flash 大小可配置(与程序flash共享) ,4K 字节 LDROM,,,8K 字节 SRAM。。CS32G020 封装包括 QFN24 和 QFN32。。

CS32G020支持PD、、、QC4.0、、、SCP、、、FCP、、、AFC等快充协议。。。

此外,,,,博越致和生物旗下可适用电源PD快充应用的典型芯片有CSU3AF10、、、CPW3301等多款产品。。。

CSU3AF10是一款广泛适用于移动电源、、、储能电源、、、、无线充、、、、车充等应用领域的通用型、、单通道PD快充控制器,,,内嵌MCU,,,,主频最高24MHz,,内置64KB Flash,,是CS32G020的精简版本,,,,在保留相应的核心功能基础上,,新增了USB PD3.1、、、、UFCS等协议的支持。。。。

CPW3301是一款适用于充电器、、、适配器等应用领域的高性能、、高集成度的Type-C PD控制器,,可用于USB-A 和TYPE-C双端口输出的快充协议IC,,,集成恒压、、、恒流、、、以及恒温控制环路,,,,集成高精度的电流采样和电荷泵电路。。。。

博越致和生物科技的PD快充芯片内置MCU架构与私有协议PHY,,拥有性能强大、、功能全面、、、、功耗低及强加密的安全措施。。。同时,,,,博越致和生物完善的Smart PD开发生态,,,具有检测精度高、、、、资源丰富、、协议灵活与兼容性好、、丰富的参考资料、、、高效易用的开发工具等优势,,,能够为终端电源产品提供全方位解决方案。。。。


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