USB Power Delivery 如何在高于 5V 的电压下工作而不损坏 5V 外围设备?

电器工程 电压 USB
2022-01-17 00:17:33

我的手机有一个Qi 无线充电板,通过微型 USB 端口供电。它上面的标记表明它将接受几乎每个 USB 端口提供的典型 5V,或者它将接受 9V 进行“快速充电”。

我的印象是 USB 标准允许的电压不超过 5V。
我的研究表明,USB Power Delivery有多个配置文件(最高 20V),而 Revision 2.0 Version 1.2 包括一个 9V 配置文件。

现在我想知道:如何提供高于通常 5V 的电压而不用担心直接连接昂贵的手机(没有无线垫)时会损坏它们?如果事情在不同的电压下运行,那不会引起问题吗?

在这个例子中,9V 用于快速充电,但那个 9V 可以发送到我的手机吗?手机对此有保障吗?USB 标准允许高达 20V。当只期望 5V 时,这已经很多了。一些“哑”设备直接由 USB 供电,例如廉价的 LED 和没有 IC 的风扇。他们肯定会在 20V 电​​压下爆炸!

我猜电源和外设之间有数据交换,最终告诉电源是否可以提供超过5V的电压。一些 USB 充电线虽然没有数据引脚,但可以加快充电速度。在这种情况下,似乎没有数据引脚将是一个限制。也许电源必须默认为 5V?不幸的是,我找不到关于如何管理不同电位的明确协议/解释。

2个回答

您最初的猜测是正确的,诸如TPS65982之类的 IC 处理功率协商,尤其是处理 5-20V 的整个电压规格。

更新

对于通过 micro-usb 的 USB-PD,需要通过 PD 感知电缆完成。USB-OTG 为微型连接器添加了一个额外的引脚(ID 引脚),该引脚悬空在 micro-b 连接器上。USB-PD 设备使用该引脚来协商电源配置文件,以确定电缆是否支持 PD。

您的“哑”设备不会受到损坏,因为 USB-PD 有一个“启动配置文件”,默认为 5V/2A(在 1.0 版本中):

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正如旁注所说,如果您使用的是“哑”电缆(即使它连接到智能设备),那么您将得到的只是 5V/1.5A。

但是,一旦连接了智能设备,它就可以使用 PD 通信协议(即 24MHz BSFK 协议)通过 V总线协商更高的 PD 配置文件。

PD 2.0 规范有点不同。1.0 的固定功率输出已被弃用,并且有 4 个具有不同电流能力的标称电压电平:

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它也已更新为包括 C 型连接器,正如您所提到的,它具有 CC 引脚,并使用 BMC 编码在该引脚上进行通信。但是需要注意的是,该协议向后兼容也实现了 1.0 的 USB 2.0 设备。

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更新 20170206

根据 Ali Chen 的回答添加新信息。您的设备可能会使用 Qualcomm 快速充电协议,该协议使用数据线进行协商。具体来说,便携式设备在 D+ 和 D- 线上施加一对电压,快速充电 IC 根据 IC 是否配置为连接到 A 类或 B 类设备而施加不同的电压。Quick Charge 3.0的协商表如下:

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要确定这是否适用于您,只需将内部没有数据线的 USB 电缆连接到无线充电器或手机。如果它读取 9V,那么它没有使用快速充电协议来协商电压(或者,至少,它没有通过数据线进行协商,因为可能正在使用其他协议)。此外,可能更有效的是,您还可以将 D+ 和 D- 线放在示波器上,并观察电压变化。这里还有一个状态图供参考,取自 Quick Charge 3.0 IC NCP4371

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资料来源:

https://en.wikipedia.org/wiki/USB_On-The-Go https://electronics.stackexchange.com/a/165808/17582 https://doc.xdevs.com/doc/Standards/USB%203.1/ usb_31_030215/USB%20Power%20Delivery/USB_PD_R2_0%20V1.0%20-%2020140807.pdf http://www.st.com/content/ccc/resource/sales_and_marketing/presentation/product_presentation/group0/5a/b1/8e/ 6c/2b/0d/46/3c/Apec/files/APEC_2016_USB_Power.pdf/_jcr_content/translations/en.APEC_2016_USB_Power.pdf http://www.onsemi.com/pub_link/Collat ​​eral/NCP4371-D.PDF

为了准确起见,我觉得我需要对 BigHomie 的答案进行一些改进。

OP 的主要担心是不会损坏不能容忍高于 5V 的 VBUS 的设备。答案很简单:默认情况下,USB 端口最初提供相同的安全 5V 电源,仅此而已。

电力供应商的更高电压和能力只有在设备(消费者)和端口(供应商)之间相互协商后才能获得。如果设备不支持这种智能,则不会提供更高的功率,也不会出现问题。[附录电力传输能力和协商机制的识别细节繁琐且仍在不断发展,超出了单个 stackexchange 文章的范围]

现在关于 PD 的当前状态:不幸的是,规范的发展似乎比维基百科贡献者费心检查的速度稍快。在新的 PD 规范 Rev.3.0(V1.0a,2016 年 3 月 25 日,+ 2016 年 8 月 2 日的 ECN)中,关于 VBUS 的 BFSK 协商已被贬低。

实际上,PD v1.0 在 VBUS 上通过 BFSK 数据编码进行 PD 协商从未起飞,也许全世界曾经制造过一两个设备。因此,目前,协商 Power Delivery 的唯一方法是通过 Type-C CC 引脚。

[ ADDENDUM2 : PD 也有专有类型,比如高通“Quick Charge”,协议细节未知]

[附录3 :出于纯粹的好奇心进一步研究,看起来 QCOM QCharge 技术已经占领了大部分移动市场,而官方 PD 标准落后,可能会像之前的所有 BC1.1、BC1 一样失败.2、PD1.0、PD2.0《标准》分别]