Type c ток: вывод питающего напряжения и распайка разъёма

вывод питающего напряжения и распайка разъёма

Как снять питающее напряжение, например 5 В, с разъёма USB-C (USB Type C)? Все новейшие ноутбуки, смартфоны, планшеты, внешние аккумуляторы и дорожные зарядные устройства, как правило, устанавливаются уже с портами USB-C. Даже порт USB-C в дешевом зарядном устройстве (Повер Банк) способен поддерживать напряжение постоянного тока до 12 В. Спецификации USB предоставляют информацию о реализации и более высоких уровней подачи питания, доступных через разъемы USB Type C. С обычным USB всё понятно, 4 контакта, где 2 крайних питание. А в новом уже не так всё просто, поэтому будем разбираться…

Разъем USB Type C обеспечивает ряд новых функций по сравнению с предыдущими поколениями. Усовершенствования включают меньший размер корпуса, большую полосу пропускания сигнала, больше проводков, более высокие номинальные значения напряжения и более высокие токи. Штекера и розетки можно подключать как прямо, так и вверх ногами, что позволяет быстрее и проще вставлять их в гнёзда (давно бы так).

Типичный разъем USB Type C имеет 24 контакта и 4 контакта питания и массы, которые в совокупности пропускают ток до 5 А. Разъем также рассчитан на предельное напряжение до 20 В между контактами питания и заземления, что позволяет передавать мощность 100 Вт.

Обратите внимание, что разъем USB-C разработан для поддержки стандарта USB PD. А значит хост-контроллер и кабель устройства также должны быть настроены для поддержки стандарта. Но не будем отвлекаться и разберемся как снять питание из порта USB-C. А это не просто, вывести 5 В двумя проводками не получится.

Чтобы использовать все функции, штекера и разъемы имеют дополнительные контакты для настройки, позволяющие устройствам согласовывать свое состояние. Поддержка каналов конфигурации может показаться сложной задачей, но ее можно решить просто для базовых вещей.

Самый простой способ – использовать два понижающих резистора 5,1 кОм на линиях канала конфигурации (CC) (A5 = CC1 и B5 = CC2). Контакты CC1 и CC2 важны для базовой работы USB Type-C. Резисторы присоединяются к контактам CC в различных конфигурациях в зависимости от того, является ли приложение выходным портом (DFP), входящим портом (UFP) или электронно маркированным / активным кабелем. Помните, что входящий порт должен подключать действующий понижающий резистор к GND к обоим контактам CC1 и CC2. 5,1 кОм ± 10% – единственный приемлемый резистор, если используется зарядка USB Type-C 1,5 А при 5 В или 3,0 А при 5 В.

Также важно отметить, что USB Power Delivery позволяет динамически изменять конфигурацию питания USB-соединения. Значение по умолчанию 5 В на VBUS можно перенастроить на любой уровень до 20 В. Максимальный ток подачи питания может быть увеличен до 5 А с помощью совместимого кабеля USB PD Type C с электронной маркировкой мощностью 100 Вт. Поэтому чтобы взять 5 В постоянного тока из порта USB-C, можно или припаять пару понижающих резисторов 5,1 кОм к контактам CC обычной коммутационной платы USB-C, (штекер или гнездо), либо выбрать специальную коммутационную плату USB-C с предварительно припаянными понижающими резисторами 5,1 кОм.

Вот приводится простая схема для тех, кто хочет спроектировать и собрать свою самодельную коммутационную плату USB-C для вывода питания.

Коммутационная плата действительно полезна, поскольку она обеспечивает доступ к плотно разнесенным контактам разъема для питания (VBUS и GND), дифференциальных данных USB 2.0 (D + и D-), канала конфигурации (CC) и использования боковой полосы (SBU). Каждый из этих выводов разбит на 1 × 8 рядов выводов с интервалом 0,1″ на плате, а также дублированные выводы VBUS и GND для сильноточных устройств. Но эта плата не поддерживает дифференциальные пары USB 3.1 SuperSpeed ​​разъема Type-C (сигналы TX и RX), поэтому тут поддержка только низкоскоростной, полной и высокоскоростной связи USB 2.0!

Для эксперимента выбран блок питания USB-C и DVM и расширен источник постоянного тока от блока питания до коммутационной платы, используя кабель USB-C (питание и данные). Далее фото быстрой тестовой конструкции, которая обеспечивает выход 5 В.

Встречается немало китайских коммутационных плат с одним подтягивающим резистором 56 кОм, как показано на рисунке. Они не подходят для этого дела (на самом деле они предназначены для переходников с вилки USB типа C на розетку USB типа A).

Как видно из таблицы, 56 кОм ± 20% – это рекомендуемый «подтягивающий резистор DFP Rp» для питания USB по умолчанию (500 мА для USB 2.0, 900 мА для USB 3.0).

Несмотря на то что большинство внешних аккумуляторов USB-C и мобильных зарядных устройств могут работать с напряжением до 12 В, продемонстрированный тут метод не позволит брать более 5 В. Имейте в виду этот момент.

Всі факти про USB Type-C: ви цього не знали!

Сьогодні найбільш універсальними, зручними у використанні та перспективними вважаються роз’єми USB Type-C, які поступово замінюють старіші версії інтерфейсів, включаючи класичні порти USB, а також HDMI, Thunderbolt і навіть Ethernet. Тепер замість цілого ряду «різношерстих» роз’ємів у пристроях можна використовувати лише один порт стандарту USB Type-C, що дозволяє виробникам випускати тонші та мініатюрні пристрої. Якщо раніше такі роз’єми використовувалися лише у пристроях Apple, то тепер більшість виробників переходять на цей стандарт.

Відмінною особливістю роз’ємів нового стандарту є збільшена кількість контактів — їх у USB 3.1 Type C цілих 24, у той час як в актуальному сьогодні USB 3.0 лише 8, а в «традиційному «USB 2.0» і того менше – 4. Завдяки новій конструкції USB Type C дозволяє подавати для електроживлення або зарядки пристроїв більший струм (потужність пристроїв, що підключається може досягати 100 Вт), а також збільшити швидкість обміну між пристроями до 40 Гбіт/сек. Крім цього, по кабелю можна передавати відео роздільною здатністю до 5К, що дозволило відмовитися від роз’ємів HDMI. Ще один важливий плюс — можливість підключати кабель до пристроїв, не замислюючись про правильну орієнтацію.

Вибираючи кабель USB Type C, перш за все, слід враховувати, що виробники не завжди роблять кабель «повним», в якому присутні всі 24 дроти. Такі кабелі найдорожчі, але не завжди вони потрібні. У цих особливостях спробуємо розібратися разом.

Про роз’єми в MacBook і MacBook Pro

Оскільки кабелі USB Type-C спочатку вважалися приладдям до ноутбуків лінійок MacBook, розглянемо реальні відмінності, які дозволять правильно підібрати кабелі для інших типів пристроїв. Перш за все, слід зазначити, що стандарт USB Type-C включає специфікації декількох поколінь.

Це USB Type-C 3.1 Gen 1, що забезпечує обмін даними на швидкості до 5 Гбіт/сек (встановлений у ноутбуках лінійки MacBook 12′) та USB Type-C 3.1 Gen 2, через який пристрої можуть обмінюватися інформацією на швидкості до 10 Гбіт/сек (У режимі Thunderbolt — до 40 Гбіт/сек). Останніми можуть похвалитися ноутбуки лінійок MacBook Pro, випущені з 2016 по 2018 (порт здвоєний). Тому, якщо ви маєте 12-дюймовий MacBook, то він точно не підтримує протокол Thunderbolt 3 і переплачувати за наявність підтримки цієї специфікації в кабелі не варто. Однак передбачити підтримку передачі відео в стандартах HDMI, VGA і DisplayPort все ж таки бажано, так як у цій моделі така можливість є (при використанні перехідників).

У нових моделях MacBook Pro (усі лінійки починаючи з 2016 року) дещо по-іншому. Так, у 13-дюймових версіях підтримка Thunderbolt 3 реалізована для двох (з чотирьох) портів, а починаючи з 2018 року (моделі з TouchBar), таку можливість отримали всі 4 порти. Для 12 дюймових ноутбуків все залишилося, як і раніше.

Вибираємо правильний кабель USB Type-C

При виборі кабелю USB Type-C необхідно враховувати список завдань, для яких він буде використовуватися. Адже специфікація варіантів досить широка, а повнофункціональні версії мають дуже високу ціну.

Для зарядки

Зазвичай кабелі USB Type-C забезпечують заряджання пристроїв з максимальною потужністю до 100 Вт. Разом з макбуками поставляється штатний зарядний кабель із вбудованим контролером, який автоматично обмежує потужність зарядки, що віддається.

12-дюймовий MacBook комплектується кабелем, що забезпечує потужність зарядки до 61 Вт, а USB Type-C кабель, що поставляється з версіями MacBook Pro на 13 та 15 дюймів, здатний передавати потужність 87 Вт. Слід враховувати, що якщо підключити, наприклад, MacBook Pro 15» (2018) до штатної 87-ватної зарядки через кабель, розрахований на роботу з 61-ватним ноутбуком, то час заряду збільшиться помітно в півтора рази. Така ситуація й у інших зарядних кабелів.

Для передачі відеосигналів або підключення USB 2.0/USB 3.0 пристроїв

Якщо ви плануєте підключати до свого MacBook або MacBook Pro додатковий монітор або звичайний телевізор і використовувати для цього можливості інтерфейсу USB Type-C, в більшості випадків може знадобитися спеціальний перехідник, оскільки ще мало моделей моніторів і телевізорів оснащені відповідним портом. При цьому слід звертати увагу на інтерфейс, яким оснащений монітор або телевізор, що підключається.

Є готові рішення для HDMI чи VGA. Також можна придбати кабель із перехідником на USB 2.0/USB 3.0, проте швидкість передачі через такий кабель буде обмежена 5 Гбіт/сек. Саме на таку швидкість розрахований порт USB Type-C сімейства 12-дюймових MacBook.

Також є спеціальні кабелі USB Type-C для підключення Thunderbolt 3-дисплеїв. При цьому щоб забезпечити максимальні характеристики, довжина кабелю має бути якнайменше. Крім цього, можна підібрати кабель, який, крім передачі даних буде заряджати батарею пристрою.

Для максимальної швидкості даних (5K та 4K 60Гц)

Дані зі швидкістю до 40 Гбіт/сек здатний передавати кабель USB Type-C gen 2 з опцією Thunderbolt 3, але тільки за певних умов. Насамперед, його довжина має перевищувати 45 сантиметрів (18 дюймів). Зі збільшенням довжини швидкість починає різко падати. Так, при довжині кабелю близько 2 метрів швидкість передачі знижується до 20 Гбіт/сек, а часто і набагато менше. Щоб забезпечити обмін даними на максимальній швидкості, використовують так звані активні кабелі Thunderbolt 3, в які вмонтований додатковий приймач, що компенсує загасання лінії.

Як бачите, все дуже просто

Ще кілька рекомендацій щодо вибору USB Type-C кабелю:

• Якщо вам не потрібна максимальна швидкість передачі даних і влаштує варіант 20 Гбіт/сек, при довжині кабелю близько 2 метрів, не варто витрачати кошти на дорогий активний кабель Thunderbolt 3.
• При виборі зарядного кабелю для «яблучних» пристроїв – найкраще купити оригінальну версію;
• Якщо ви шукаєте кабель для зовнішнього накопичувача, то найкраще підійде якісна версія USB 3.1
• Для 5K-моніторів або при використанні спільно з професійними Thunderbolt 3-хабами підійдуть короткі пасивні або активні кабелі.

І найголовніше – ми не рекомендуємо купувати USB Type-C кабелі або аксесуари від маловідомих брендів. Особливо якщо це шнури для зарядки MacBook. Дуже часто такі кабелі стають причиною виходу з експлуатації дорогого пристрою.

Все о USB-C: подача питания

USB-C позволяет отказаться от проприетарных зарядных устройств с бочкообразной вилкой, которые мы использовали для ноутбуков и множества других устройств. Он борется с проприетарными стандартами зарядных устройств для телефонов, явно делая их несовместимыми, запугивая компании, заставляя их устройства работать с широко доступными зарядными устройствами. Как любитель, вам больше не нужно пропускать 3 А через крошечные разъемы MicroUSB и некачественные кабели для питания потребляющего ток Pi 4. Сегодня все, что вам нужно, это разъем USB-C с двумя резисторами или несколько специальный чип в случае резисторы не совсем получить вас там, где вы хотите быть.

Вы получаете гораздо больше отдачи от затраченных средств с USB-C. Это относится и к власти; ведь не все устройства продержатся на 15 Вт — некоторым захочется больше. Если 15 Вт недостаточно для вашего устройства, давайте посмотрим, как мы можем помочь вам.

Повышение напряжения

Блоки питания USB-C всегда поддерживают 5 В, а некоторые ограничены этим, но поддержка более высоких напряжений — это то, что нужно. Обычные шаги напряжения USB-C: 5 В, 9 В, 15 В и 20 В; Поддержка 12 В не является обязательной и является скорее соглашением. Эти ступени называются SPR, а EPR добавляет в смесь ступени 28 В, 36 В и 48 В — до 240 Вт; требует новых кабелей, но полностью совместим с предыдущими и предыдущими версиями и полностью безопасен в использовании благодаря проверкам кабелей и устройств, которые позволяет выполнять USB-C.

Зарядное устройство должно поддерживать все ступени ниже самой высокой ступени, а это означает, что зарядные устройства с напряжением 20 В также должны поддерживать 5 В, 9 В и 15 В – на практике большинство из них действительно поддерживает, и лишь некоторые может пропустить шаг или два. Вы также можете получить промежуточное напряжение, даже до 3,3 В, используя стандарт PD, называемый PPS (или стандарт AVS для зарядных устройств диапазона EPR) — это не обязательное требование, но вы обнаружите, что довольно много USB- Блоки питания C обязывают, а поддержка PPS обычно указывается на этикетке.

Вы не можете получить более 5 В с помощью одних только резисторов — вам потребуется цифровая связь по линии CC с использованием протокола, называемого USB PD (Power Delivery), который позволяет устройству и блоку питания согласовывать требования к мощности в многофункциональном режиме. способ. Это двунаправленный протокол с постоянной скоростью передачи данных, есть проверки CRC, требования к времени отклика, и он используется практически для всего, что связано с USB-C, даже для согласования высокоскоростных протоколов. Самое главное, USB-C PD очень мощный.

Через USB-C возможно невероятное количество коммуникаций, что позволяет нам создавать умные устройства, как никогда прежде. Он продуман до мелочей — средства связи совместимы как в прямом, так и в обратном направлении: новые зарядные устройства EPR мощностью 140 Вт успешно заряжают старые устройства мощностью 60 Вт со скоростью 60 Вт, а зарядные устройства мощностью 60 Вт по-прежнему можно использовать для более медленной зарядки устройств, требующих 140 Вт. Возможности USB PD выходят далеко за рамки «дайте мне это напряжение, ограниченное этим током» — устройства могут запрашивать друг у друга предпочтения в отношении роли питания, состояния зарядки, менять роли питания на лету, определять, на что способен кабель, и делать все что с учетом безопасности.

Док-станции для всех, пусть никто не уйдет недовольным

Если вы еще не понимаете сложности, позвольте мне рассказать вам о сложном сценарии, который упрощается благодаря USB-C. Представьте себе док-станцию ​​USB-C с портом USB3, портом HDMI и входным портом для зарядного устройства USB-C. Если вы подключите такую ​​док-станцию ​​к своему ноутбуку, не подключая к ней зарядное устройство, ноутбук будет питать эту док-станцию ​​напряжением 5 В с ограничением 1,5 А или 3 А, в зависимости от ноутбука. Это само по себе весьма полезно, когда вам нужен HDMI или дополнительный порт USB3 на ходу, а некоторые такие док-станции также имеют Ethernet — от этого трудно отказаться. В общем, док-станция действует как источник питания, а ноутбук — как источник питания. Однако устройство переворачивается с ног на голову, когда вы подключаете зарядное устройство с высоким напряжением к входному порту зарядного устройства этой док-станции.

Микросхема внутри док-станции обнаружит зарядное устройство и будет выступать в качестве посредника, разговаривая с PD с ноутбуком и зарядным устройством, определяя требования друг друга к питанию и возможности. Скажем, ноутбук интересует 20 В, 3 А, которые может дать зарядное устройство. Промежуточная микросхема скажет ноутбуку прекратить подачу 5 В и вместо этого подготовиться к зарядке от более высокого напряжения, и, как только ноутбук согласится, скажет зарядному устройству увеличить напряжение. За секунду система изменилась полностью — вместо того, чтобы питаться от 5 В от ноутбука, док-станция теперь пропускает 20 В от зарядного устройства к ноутбуку через себя, а питание для собственных нужд получает от тех же 20 В.

Эта смена ролей власти предназначена для выполнения в течение короткого промежутка времени — ваши устройства USB3 и HDMI не будут отключаться, а высокоскоростная связь не будет прерываться, когда происходит смена ролей власти. 20 В также не попадают на 5-вольтовые контакты — док-станция имеет регулировку мощности и вентиль внутри, чтобы предотвратить это. Док-станция также будет работать, если ваш ноутбук или телефон не поддерживает вывод видео через USB-C, и в этом случае все, кроме порта HDMI, будет работать должным образом, а если ноутбук не поддерживает зарядку через USB-C, то переговоры о зарядке потерпят неудачу безопасным способом.

Микросхема док-станции знает бюджет мощности для своих собственных портов USB3 и HDMI и вычитает его из бюджета мощности зарядного устройства, прежде чем представить его ноутбуку, при этом ноутбук точно знает, сколько тока он может потреблять, и может подключаться к этому для питания всего, поддерживая зарядное устройство в хорошем состоянии и не перегружая его. Если используемое оборудование соответствует стандартам USB-C, пользователю не нужно предпринимать никаких мер предосторожности — все в безопасности.

Лучше всего то, что вы можете купить такую ​​док-станцию ​​всего за 10 долларов в Интернете. Все эти функции не являются случайностью или взломом — USB-C предназначен для всего этого и многого другого. Как пользователю, вам больше не нужно покупать ноутбук бизнес-класса, чтобы получить полнофункциональную док-станцию ​​с одним кабелем — многие ноутбуки и телефоны потребительского уровня с данными USB-C и возможностью зарядки могут справиться со всем перечисленным выше, не беспокоясь.

Как они разговаривают?

Если вам нравится узнавать о достижениях потребительских и хакерских технологий, вы обнаружите, что USB-C находится на территории футуристических технологий, когда вы его узнаете. Вы тоже заслуживаете знать, как все это работает — давайте рассмотрим основы силовой связи с PD.

Допустим, вы подключаете зарядное устройство к ноутбуку. Зарядное устройство обеспечивает подтягивание линии CC, ноутбук обнаружит это, и, если ваш ноутбук поддерживает зарядку USB-C, он подтянет линию CC. Затем зарядное устройство подаст 5 В и будет готово говорить PD для чего-то большего, чем это. Как видите, прежде чем станут возможными более высокие напряжения, вам сначала придется пройти путь 5 В и аналоговой связи. Поместите ваши резисторы 5,1 кОм на контакты CC, получите 5 В и уговорите источник питания подать вам оттуда более высокое напряжение.

Резисторы остаются подключенными во время связи – на самом деле комбинация подтягивающего и подтягивающего резисторов должна присутствовать постоянно, чтобы зарядное устройство продолжало подавать ток даже при напряжении намного выше 5 В. Напряжение линии CC используется для того, чтобы Блок питания может быстро определить, когда устройство было отключено от сети, и наоборот — это помогает с такими функциями безопасности, как уменьшение дугового разряда контактов при более высоком напряжении при отключении кабеля и обеспечение того, чтобы зарядное устройство вышло из режимов более высокого напряжения, чтобы оно не отключилось. не разрушить следующее подключенное устройство — что раньше было режимом отказа для некоторых очень ранних зарядных устройств USB-C.

Напряжение холостого хода на шине представляет собой напряжение, создаваемое резисторным делителем.

В результате цифровая сигнализация накладывается на линейное напряжение CC. Можно сказать, что ПД — это полуцифровой протокол. Это требование PD, а также такие требования, как применение VCONN к неиспользуемому в настоящее время контакту для проверки высокоскоростных кабелей или кабелей > 3 А, затрудняют простое подключение контактов CC к периферийному устройству UART или тому подобному. Тем не менее, есть микроконтроллеры с периферийными устройствами PD, как западного, так и восточного дизайна, а также чипы, говорящие о PD, которые вы можете подключить через I2C, если в вашем микроконтроллере его нет.

Возможность говорить PD играет важную роль в том, чтобы сделать USB-C доступным для хакеров. Однако вам не нужно знать жаргон PD, если все, что вам нужно, это высокое напряжение от порта USB-C.

Просто дай мне двадцать вольт

Вы можете купить дружественный IC, чтобы говорить PD для вас. Возможно, вы слышали о «платах запуска PD» — небольшой плате с разъемом USB-C, двумя контактами для вывода напряжения, несколькими перемычками для пайки, если вам повезет, и ИС с достаточным словарным запасом PD, чтобы убедить источник питания это должно дать нам 20 В или 9V. Мы видели, как хакеры использовали триггерные платы и микросхемы PD для преобразования старых ноутбуков и более мощных устройств для получения питания от блоков питания USB-C в ситуациях, когда производитель совершенно не планировал этого.

Специальная отмычка для Ч324К, собранная

Вокруг много триггерных ИС. Мы видели, как хакеры успешно используют IP2721, а в последнее время исследуют микросхемы, такие как Ch324K. Однако большинство из нас просто покупают небольшую печатную плату, на которой все припаяно, и не беспокоятся о конкретных микросхемах; тем не менее, вы захотите получить несколько предложений всякий раз, когда вы намереваетесь разработать устройство с высокими требованиями к напряжению порта USB-C, что касается неожиданных событий, отсутствующих на складе, и всего остального.

Триггерные платы ЧР подходят не для всего. Скажем, вы хотите запитать резистивную нагрузку 8 Ом через USB-C — давайте в качестве примера возьмем паяльник с поддержкой PD. Наконечнику требуется 2,5 А при 20 В и 1,9 А при 15 В. Зарядное устройство мощностью 60 Вт может обеспечить 3 А при 20 В и с радостью запитает вашу нагрузку, поэтому вы можете безопасно настроить плату триггера на 20 В с помощью перемычки для пайки. Но тогда зарядное устройство на 45 Вт может дать только 2,25 А на 20 В, а нагрузка 8 Ом переведет его в режим защиты от перегрузки по току — нужно использовать 15 В, хотя режим 20 В доступен. ИС триггерной платы не разрабатываются с учетом такой логики — поэтому существуют такие проекты, как PD Buddy Sink, объединяющие говорящий чип PD с микроконтроллером, который может обрабатывать более сложную логику.

На самом деле, триггерные платы обычно не предоставляют никакой информации об ограничении тока. Если существует риск перегрузки по току, потому что зарядное устройство не может обеспечить 3 А при напряжении, запрашиваемом триггерной платой, вам просто нужно убедиться, что зарядное устройство вам подходит. используете приборы токовой защиты; они предусмотрены USB-C и выполняются большинством, при этом вы также не хотите, чтобы ваше устройство отключалось каждые несколько секунд. Кроме того, если вам нужен двухролевой порт, который работает с адаптерами OTG или, возможно, может работать с высокоскоростными линиями, микросхема триггера не сможет вам помочь, и вы не можете просто подключить несколько микросхем PD, запрашивающих разные функции. параллельно контактам CC. Мы можем попытаться обойти эти ограничения в следующих статьях, а пока знайте, что триггерные платы занимают свое четко определенное место в вашем арсенале USB-C, и они помогут вам в ваших проектах USB-C, если речь идет о более высоких напряжениях.

Я хочу подарить что-нибудь на двадцать вольт

Что делать, если у вас есть блок питания на 20 В с цилиндрическим разъемом, который вы хотите превратить в зарядное устройство USB-C? Ведь напряжения совпадают. Все не так просто — вы не можете просто воткнуть 20 В в порт USB-C и ожидать, что ваш ноутбук будет заряжаться. На самом деле, ваш ноутбук может умереть, если вы это сделаете — нет гарантии, что волшебный дым не будет выпущен; некоторые ноутбуки имеют защиту от этого, но я был свидетелем того, как это устройство вызывало волшебный выброс дыма, и я бы не хотел, чтобы это случилось и с вами. Вы хотите сделать это правильно, и для этого вам нужно сначала пройти песню согласования PD и потанцевать, ограничив при этом подаваемое напряжение до 5 В.

В Интернете есть адаптеры, которые, кажется, делают за вас по крайней мере части 5 В и частичного разряда — без промежуточных шагов, но, эй, вы можете безопасно их пропустить, если знаете, что 20 В — это то, что нужно вашему устройству. Вам также необходимо убедиться, что ваши 20 В находятся в разумных пределах; иногда адаптер проверит это за вас, а иногда устройство не будет возражать. Также существует довольно много конструкций блоков питания USB-C с входом постоянного тока, которые будут иметь встроенное активное преобразование, поэтому ваши блоки питания на 12 В, 19 В и 24 В можно эффективно использовать с устройствами USB-C.

Мощность, но не всегда навсегда

Есть предостережения относительно питания USB-C. Один из них — соединение двух двухролевых портов вместе — скажем, ноутбука и пауэрбанка. Оба они могут либо обеспечивать питание, либо использовать питание для зарядки, а с USB-C они используют один и тот же порт для обеих этих функций. В результате, если вы хотите зарядить свой модный ноутбук от модного блока питания, вы можете быть удивлены, обнаружив, что вместо этого ваш ноутбук заряжает ваш блок питания — и то же самое может произойти, если вы подключите свой телефон к ноутбуку. Это случается не часто, и кажется, что некоторым производителям повербанков удается избежать такой договоренности; однако другие продукты могут быть не такими успешными.

Эту и другие забавные истории о том, как клиенты реконструируют поведение блокировки своих ноутбуков сторонними производителями, можно легко найти

В USB-C предусмотрен обмен информацией об уровне заряда батареи, но я полагаю, все. Некоторые устройства, которые предоставляют пользователям элементы управления уровня USB-C, покажут вам меню, в котором вы можете проверить — отчасти это делают современные телефоны и Chromebook. Блоки питания с их однокнопочным управлением, если у них вообще есть кнопка, могут этого не делать, и многие ноутбуки также не могут ничего запрашивать, поэтому нам просто нужно подождать и посмотреть, какое возможное решение для производителей стандартизировать. на.

USB-C также позволяет реализовать цифровую подпись для проверки подлинности устройства. Если вы умеете читать между строк, это пахнет DRM, и это так. Некоторые производители устройств, особенно из тёмной триады HP/Dell/Lenovo, будут реализовывать DRM, из-за которого их ноутбук дросселирует процессор, если зарядное устройство или кабель стороннего производителя — даже если это всё те же 100 Вт. В этом есть смысл. когда Dell делает это в тех случаях, когда они подают 6 А через проверенную комбинацию зарядного устройства, кабеля и ноутбука. Но на данный момент, давайте будем честными, сознательным выбором было бы вместо этого выбрать EPR и 140 Вт, и дросселирование в любом случае непростительно.

На тему ноутбуков — если вы когда-нибудь попытаетесь найти ноутбук, который выдает более 5 В на своем порту USB-C, желаю вам удачи. Насколько я знаю, таких ноутбуков не существует, а вам понадобится зарядное устройство и повербанк.

Тем не менее, мы выигрываем

Технических причин, по которым импульсный блок питания должен быть жестко подключен к определенному напряжению, немного, и USB-C разрывает эти цепи. Теперь вы можете получить 9 В или 20 В при 3 А от зарядного устройства на АЗС и небольшой дешевой платы, и вы даже можете заряжать литий-ионные аккумуляторы от зарядного устройства PPS. В возможностях USB-C есть потенциал, который мы только сейчас начинаем использовать. Со временем проприетарные вилки и дурацкие зарядные устройства вокруг нас полностью вымрут, и мы забудем о них, точно так же, как мы забыли обо всех стандартах кабелей для передачи данных мобильных телефонов после того, как MicroUSB пришел к власти. Сколько проприетарных портов для кабеля данных создала только Samsung?

Описание USB Type-C, USB PD и USB PPS

Архитектура USB (универсальная последовательная шина) используется в качестве стандарта для разъемов и связанных с ними сигналов и подачи питания с 1996 года. За это время были многочисленные изменения в спецификациях для повышения производительности систем, использующих эти стандарты. Последние разработки, применимые к конструкциям блоков питания, включают разъем USB Type-C, спецификацию USB Power Delivery и спецификацию USB Programmable Power Supply. Эти усовершенствования делают USB отличным вариантом для подачи питания, тогда как в прошлом USB был в основном поставщиком данных и сигналов с ограниченными возможностями питания. В этом посте мы обсудим взаимосвязь между USB Type-C, USB Power Delivery и USB Programmable Power Supply, а также то, как они связаны с источниками питания.

• USB Type-C: — стандартный разъем USB; Преимущества включают компактный, гладкий и обратимый дизайн.
• USB Power Delivery: — это спецификация, которая позволяет нагрузке и источнику питания согласовывать несколько стандартных уровней подачи питания. USB Power Delivery увеличивает мощность USB до 100 Вт и особенно полезна при подаче питания на несколько устройств.
• Программируемый блок питания USB : это дополнительная спецификация к USB Power Delivery, описывающая, как нагрузка и источник питания взаимодействуют для увеличения уровней подачи питания. Эта функция может быть особенно полезна для зарядки аккумуляторов.

Разъем USB Type-C

Конструкция разъема USB Type-C (также называемая USB-C) симметрична, поэтому его можно подключать любым способом, то есть нет лицевой стороны вверх или вниз. Это позволяет вставлять вилку быстрее и проще, чем в предыдущих конструкциях USB-разъемов. В предыдущих конструкциях соединителя пользователь должен был визуально осмотреть соединитель, чтобы определить правильную ориентацию, или пройти процесс проб и ошибок, вставляя соединитель; создавая легкое, но слишком знакомое неудобство. Еще одна особенность штекера USB Type-C заключается в том, что он имеет закругленные края, и это обеспечивает преимущество самовыравнивающейся характеристики при вставке штекера.

Вилка USB Type-C предназначена для обеспечения среднего уровня мощности (менее 100 Вт), а характеристики, связанные с небольшой вилкой, позволяют подавать питание на широкий спектр компактных электронных устройств. Одним из преимуществ использования USB-разъемов для подачи питания и сигналов является то, что это сложная конструкция с относительно низкими затратами на разработку. Во многом это связано с экономией на масштабе, полученной за счет широкого распространения разъема на глобальном уровне. Еще одним преимуществом является то, что система была проверена большим количеством пользователей и проектов продуктов, а это означает, что дизайн продемонстрировал свою надежность и оставляет очень небольшую вероятность возникновения каких-либо неизвестных проблем в работе. Важно отметить, что USB Type-C обычно стоит дороже, чем USB-разъемы предыдущего поколения, из-за сложности и скорости, которую обеспечивает USB Type-C. Однако по мере того, как разъемы USB Type-C становятся все более распространенными, ожидается, что стоимость будет скорректирована соответствующим образом.

Несоответствующие приложения USB Type-C

Разработчик может решить использовать разъем USB Type-C из-за элегантного дизайна, небольшого размера и низкой стоимости, но решить не соответствовать стандартам USB Power Delivery. Вероятность повреждения оборудования несоответствующей конструкцией будет низкой, если напряжение несоответствующего источника питания составляет 5 В, а максимальный ток нагрузки меньше номинального тока разъема 5 А. Существует значительный риск повреждения нагрузки, если несоответствующий источник питания обеспечивает выходное напряжение, превышающее устаревшее напряжение USB, равное 5 В.

Связь между USB Type-C, Power Delivery и 3.1 Gen 2

Разъем USB Type-C тесно связан с USB 3.1 Gen 2 и USB Power Delivery. Это часто создает путаницу в отношениях между концепциями Type-C, 3.1 Gen 2 и USB Power Delivery. Важно отметить, что хотя эти понятия связаны и дополняют друг друга, они независимы. Устройство или источник питания могут использовать разъем USB и не поддерживать USB 3.1 Gen 2 или USB Power Delivery.

Важно отметить, что протоколы USB могут быть реализованы с разъемами, отличными от указанных разъемов USB. Клиент может выбрать использование протоколов передачи данных и питания USB, чтобы воспользоваться чрезвычайно большими усилиями по разработке и проверке, уже развернутыми USB, но не использовать стандартизированные разъемы USB для создания собственной системы.

USB Power Delivery

Одной из целей USB является обеспечение функциональной совместимости между соответствующими реализациями старых и новых версий спецификаций. В предыдущих версиях стандартов USB подаваемое напряжение было указано равным 5 В. Стандарт USB Power Delivery допускает подаваемое напряжение 5 В, 9В, 15 В или 20 В и мощностью до 100 Вт.

Эволюция уровней мощности USB

USB Power Delivery устанавливает рабочие протоколы, гарантирующие, что более высокое напряжение, доступное в последних версиях USB, не повредит устаревшее оборудование, рассчитанное на работу с напряжением 5 В. Чтобы предотвратить такое повреждение, USB Power Delivery требует, чтобы соответствующее оборудование первоначально подавало 5 В при максимуме 900 мА на нагрузку. Связь между нагрузкой и источником питания может тогда установить более высокий максимальный ток нагрузки и большее рабочее напряжение. Если после подключения нагрузки и источника питания связь не устанавливается, конфигурация источника питания остается равной 5 В и максимальному току нагрузки 900 мА. Если связь между нагрузкой и источником питания будет потеряна после того, как она была установлена, источник питания безопасно вернется к конфигурации 5 В и 900 мА.

Уровни мощности, указанные USB Power Delivery

Приложения USB Power Delivery

Преимущество USB Power Delivery в создании единого источника питания, который можно использовать для питания нескольких продуктов, будет иметь наибольшую выгоду, когда продукты сложные и дорогие. Примером приложения для USB Power Delivery является источник питания, который используется для зарядки сотовых телефонов, ноутбуков, планшетов, смарт-часов и наушников. Все эти продукты достаточно сложны, так что дополнительные затраты и сложность связи с источником питания являются приемлемыми. Кроме того, пользователь может находиться в транспортном средстве, комнате, офисе или путешествовать там, где он ожидает получить питание для этих устройств, но сочетание различных мощностей будет трудно предсказать. В этих сценариях источники питания USB Power Delivery будут согласовываться с каждым устройством, чтобы обеспечить надлежащую конфигурацию напряжения и тока в соответствии с требованиями этой нагрузки.

Хотя заявления о том, что USB Power Delivery обеспечит более быструю зарядку аккумуляторов, не являются ошибочными, они могут быть неправильно поняты. Время, необходимое для зарядки аккумулятора, ограничено конструкцией аккумулятора и мощностью источника питания. Внедрение USB Power Delivery сократит время, необходимое для зарядки аккумулятора, если зарядка аккумулятора ограничивается мощностью зарядного устройства, а не конструкцией аккумулятора. USB Power Delivery не сократит время зарядки по сравнению с источником питания с фиксированной выходной мощностью, если выходная мощность обоих источников одинакова.

Продукты, которые могут не подходить для USB Power Delivery, менее сложны и менее дороги с относительно низким энергопотреблением. Менее дорогие продукты могут быть не в состоянии покрыть затраты на проектирование и производство из-за встроенной в устройство функции USB Power Delivery для связи с источником питания. В большинстве приложений, где источник питания выбирается для питания нагрузки, мощность источника питания будет выбираться только в соответствии с требованиями нагрузки. Если был указан источник питания большей мощности, то избыточная мощность источника питания приведет к тому, что размер и стоимость источника питания превысят требуемые. Мощность источника питания USB Power Delivery должна быть рассчитана на максимальную номинальную мощность настраиваемого источника. Система с небольшой нагрузкой, которая может питаться либо от источника питания USB Power Delivery, либо от источника питания меньшего размера, повлечет за собой снижение стоимости и габаритов при использовании источника питания USB Power Delivery.

USB-программируемый источник питания

Протокол USB-программируемого источника питания обеспечивает больший контроль над подачей питания, чем устаревшие протоколы и протоколы USB Power Delivery. В то время как операционный протокол USB Power Delivery определяет, как источники питания USB обеспечивают дискретные уровни напряжения, операционный протокол USB Programmable Power Supply устанавливает возможность управления выходным напряжением и характеристиками тока источника питания на детальном уровне.

Применение программируемого источника питания USB

Обычное применение, требующее точного управления напряжением и током, предлагаемое программируемым источником питания USB, — это зарядка аккумуляторов. В традиционной топологии зарядного устройства аккумуляторной батареи источник напряжения подается на схему управления зарядом аккумуляторной батареи, а выход системы обеспечивает надлежащее напряжение и ток для зарядки аккумуляторной батареи. Это хорошо работает, когда характеристики зарядного напряжения и тока батареи стандартизированы, и, таким образом, схема зарядки батареи может иметь стандартную конструкцию. Для приложений, где для батареи требуется индивидуальный профиль напряжения и тока, программируемый источник питания USB может быть лучшим решением. С источником питания с программируемым источником питания USB нагрузка будет контролировать состояние батареи и подавать команды источнику питания, чтобы батарея заряжалась с правильным профилем напряжения и тока. Следует отметить, что когда для зарядки аккумулятора используется конфигурация программируемого источника питания USB, команда разработчиков должна будет спроектировать, внедрить и протестировать алгоритм и схемы зарядки аккумулятора, тогда как при выборе стандартной схемы зарядки аккумулятора поставщик аккумулятора схема зарядки выполнила большинство или все эти задачи.

Заключение

Разъем USB Type-C и спецификация USB Power Delivery значительно расширяют стандарты USB. В то время как внедрение полного стандарта позволит значительно улучшить системы, значительные преимущества также могут быть реализованы при реализации только частей нового стандарта и протокола. Ожидается, что разъем USB Type-C будет использоваться во многих традиционных приложениях подачи питания 5 В с требованиями по току нагрузки 5 А или меньше из-за небольшого размера, улучшенной конструкции и низкой стоимости разъема.

Категории:
Новости отрасли
, Выбор продукта

Вам также может понравиться

Power 101: универсальность USB-адаптеров для подачи питания

видео

Сравнение изолированных и неизолированных преобразователей мощности

Блог о мощности

В чем разница между включенным в список UL и признанным UL?

Блог о мощности

Как измерить пульсации и переходные процессы в источниках питания

Блог о мощности

Есть комментарии по этому посту или темам, которые вы хотели бы видеть в будущем?

Отправьте нам письмо по адресу powerblog@cui.