Zaloguj się
Wszystkie
28 marca 2024
368
Jak wspominaliśmy w artykule pt. „Historia Uniwersalnego Złącza Szeregowego. Ekspansja USB”, znaczącym obszarem zastosowań USB, który ostatnio niesamowicie się rozwinął, jest dostarczanie zasilania. W ten trend wpisuje się również decyzja UE o przyjęciu USB-C jako standardowego złącza ładowania wszystkich telefonów komórkowych. Kiedy złącze USB pojawiło się po raz pierwszy pod koniec lat 90., mogło dostarczać przy napięciu 5 V prąd o natężeniu zaledwie do 100 mA dla urządzeń „małej mocy” lub do 500 mA dla urządzeń „dużej mocy”, takich jak dysk twardy USB.
Jednak wraz z rozszerzeniem możliwości przesyłania danych poprzez USB 2.0, USB 3.0 i wreszcie USB-C, rozszerzono również możliwości dostarczania zasilania. Szczegółowe omówienie działania procedur dostarczania zasilania po USB znajduje się w kolejnym artykule na ten temat. Zanim przejdziemy do opisu modułów, zrobimy krótkie podsumowanie.
Standard USB 3.0 zachował napięcie zasilania 5 V, ale zwiększył natężenie prądu „dużej mocy” do 900 mA, umożliwiając podłączonemu urządzeniu pobieranie do 4,5 W mocy (zamiast tylko 2,5 W).
Kiedy specyfikacja USB-PD (Power Delivery) została sfinalizowana w 2012 roku, urządzenie mogło przy napięciu 5 V pobierać prąd o natężeniu do 1,5 A lub 7,5 W mocy za pośrednictwem standardowego kabla USB z wtykami typu A i typu B.
Mniejsze 24-stykowe złącza USB-C pojawiły się w 2014 roku, a kiedy specyfikacja USB-PD została poddana kolejnym zmianom w latach 2014, 2016 i 2017, zwiększono również napięcie i natężenie dostarczanego prądu.
Teraz urządzenia mogą żądać zasilania napięciem 5 V, 9 V, 12 V, 15 V lub 20 V i mogą pobierać prąd o natężeniu do 5 A – co odpowiada 100 W przy zasilaniu napięciem 20 V. A od wersji USB-PD 3.0 z 2017 roku, urządzenia mogą również korzystać z protokołu programowalnego zasilania (PPS), który umożliwia zmianę napięcia zasilania w krokach co 20 mV.
To znacznie rozszerza zakres możliwych zastosowań USB-PD i dlatego widzimy tak wiele tanich modułów zaprojektowanych w celu wykorzystania tych zwiększonych możliwości.
Jak działa USB-PD
Jak wspomniano wcześniej, działanie zasilania przez USB zostało szczegółowo opisane w skojarzonym artykule. Jest jednak kilka punktów, które możemy tutaj dodać, a także podsumujemy podstawy negocjacji w protokole USB-PD.
Zasadniczo, USB-PD jest możliwe dzięki niektórym dodatkowym stykom w złączu USB-C. W szczególności chodzi o styki CC1 (A5) i CC2 (B5), które są oznaczone jako piny kanału konfiguracji (Configuration Channel – CC).
Początkowo zasilacz obsługujący USB-PD ustawia napięcie wyjściowe VBUS na wartość 5 V.
Ustawia również każdy ze styków CC swojego wyjścia (wysyłanie) złącza USB-C w stan wysokiego poziomu logicznego za pomocą rezystora polaryzującego Rp, przy czym wartość Rp dobiera się zgodnie z wydajnością prądową zasilacza.
Urządzenia zaprojektowane do zasilania ze złącza USB-C są wyposażone w rezystor polaryzujący Rd podłączony między jednym ze styków CC a masą. Wartość Rd jest wybierana w celu wskazania poziomu prądu wymaganego przez urządzenie.
W rezultacie, gdy kabel z urządzenia jest podłączony do złącza USB-C, spadek napięcia na jednej z linii CC wskazuje zasilaczowi, że:
- podłączono urządzenie obciążenia prądowego lub „przeciążenie”,
- wtyczki USB-C w złączu są odpowiednio zorientowane,
- jest dostępny prąd z zasilacza o pożądanym natężeniu.
Następnie odbywa się wymiana pakietów danych między zasilaniem a obciążeniem za pośrednictwem linii CC, przy użyciu sprzężonego protokołu DC BMC (Biphase Mark Code) lub różnicowego kodowania Manchester. Umożliwia to urządzeniu obciążającemu wskazanie żądanego napięcia zasilania, a następnie zasilaczowi zmianę wyjścia na żądany poziom, jeśli jest to możliwe.
Jak wspomniano powyżej, jeśli zasilacz obsługuje protokół PPS, napięcie można regulować w krokach co 20 mV.
Te negocjacje mogą mieć miejsce tylko wtedy, gdy urządzenie obciążające jest podłączone do zasilacza za pomocą złącza USB-C i odpowiedniego kabla. Nie będzie działać, jeśli używane jest złącze USB typu A, ponieważ nie ma ono żadnych styków CC ani linii wymiany danych.
Początkowa specyfikacja USB-PD Rev.1 z 2012 roku zezwalała urządzeniu podłączonemu poprzez złącza USB 2.0/3.0 typu A i typu B do jednostki nadrzędnej/zasilacza na negocjowanie wyższego napięcia niż 5 V (np. 12 V lub 20 V) za pomocą binarnego sygnału FSK na linii VBUS. Podejście to zostało jednak wycofane wraz z wydaniem USB-PD Rev.2.0 w 2014 roku.
Tak więc większość zasilaczy USB-PD może przez port lub porty USB typu A dostarczać tylko 5 V (lub ewentualnie 12 V).
Należy pamiętać, że protokół negocjacji USB-PD umożliwia przesyłanie energii w dowolnym kierunku – od urządzenia głównego do urządzenia-gościa lub odwrotnie. Na przykład, laptop lub tablet PC może szybko naładować swoją baterię z zasilacza/ładowarki USB-PD, żądając, aby ładowanie odbywało się przy napięciu 9 V, 15 V lub 20 V zamiast 5 V.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
