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一文看懂pd协议和qc协议的区别

文章出處:电子发烧友 人氣:發表時間:2021-03-01

PD协议芯片资料链接

充电技术应考虑的问题

第一:电池的接受能力

充电这个事情,说的通俗一点,就是喂饱电池。那首先得考虑一下电池的感受。以目前市面上比较流行的iphonexplus,华为P9,乐2,小米note为例,电池容量都不超过3000mAH。按照4.35V作为最高电压,1.5C充电来看,最大可能接受的充电功率约为20W,当然,这是极限情况。除了功率接收能力,还要涉及到电流接受能力。在1.5C充电时,3000mAH的电池充电电流将达到4.5A,因此,电池触点和电芯内部的电流传输结构都要进行必要的优化。

第二:适配器的功率提供能力

在不考虑接口承受能力的情况下,20W功率对适配器来说是轻而易举。但是传统的MicroUSB接口,在标准规范里面最大电流承载能力是2A,最高电压是5.25V。仅仅有10.5W,无法达到20W的要求。怎么解决这个问题呢?显然有两种解决方案,增大电流,或者提升电压。如果不改动物理接口,增大电流是不可能的选项,所以,提升电压,是MicroUSB时代的唯一选项,这就是高通QC快速充电方法的由来。所以,我们可以看到,1.5A是QC标准比较推荐的电流,因为2A是MicroUSB的极限,业界的普遍共识是,不要把器件用到极限值,而是要预留余量。在这方面,OPPO与高通走了相反的道路,他们给MicroUSB在物理上打了补丁,增加了额外的接触针,专门用来传输大电流。最大充电电流达到了4.5A,但是电压维持在5V不变。同样达到了超过20W的功率传输。而Type-C接口的出现,让这个问题不再存在,因为TYPE-C口最高支持5A输入电流,完全能够满足现有手机电池的快速充电需求。

 

第三:手机的充电管理及散热能力

手机的充电管理及散热能力。充电管理,必然涉及到电压变换,恒流控制等环节,带来充电效率的下降和散热问题。因此,理论上最佳的充电设计方案是,手机内部不做充电管理,完全交给外部适配器去控制。在这一点上,QC是比较吃亏的,因为高电压低电流输入,必然导致手机内部要进行能量转换,变为低电压和大电流。这会带来手机散热上的大问题。所以,从技术的角度来看,QC的历史局限性,已经凸显。更为严重的问题是,TYPE-C接口和USBPD中都严禁采用除USBPD以外的方式来调整充电电压。高通为此做出了很大的努力去说服USB-IF组织,试图在TYPE-C接口中,让QC和PD同时存在。但是,很可惜,被无情的拒绝了,最新的TYPE-C1.2和USBPD3.0维持了关于这一特性的描述。因此,QC不论在技术上还是在理论上,都将面临着被淘汰的危险。当然,高通自身是很清楚这一趋势的。因此,已经在最新的处理器内核中,集成了USBPD的协商功能。

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USB-PD快速充电通信原理

USB-PD的通信是将协议层的消息调制成24MHZ的FSK信号并耦合到VBUS上或者从VBUS上获得FSK信号来实现手机和充电器通信的过程。

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如图所示,在USB-PD通信中,是将24MHz的FSK通过cAC-Coupling耦合电容耦合到VBUS上的直流电平上的,而为了使24MHz的FSK不对PowerSupply或者USBHost的VBUS直流电压产生影响,在回路中同时添加了zIsolation电感组成的低通滤波器过滤掉FSK信号。

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USBPD的原理,以手机和充电器都支持USBPD为例讲解如下:

1)USB-OTG的PHY监控VBUS电压,如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻(不是OTGHost模式,OTGHost模式的ID电阻是小于1K的),就说明该电缆是支持USBPD的;

2)USB-OTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USBPD设备策略管理器,策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号,并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息,就根据USBPD规范解析该消息得出USBPD充电器所支持的所有电压和电流列表对;

3)手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对,并将电压和电流对加在Request消息的payload上,然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上;

4)充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机,同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出;

5)手机收到Accept消息,调整ChargerIC的充电电压和电流;

6)手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流,从而实现快速充电的过程。

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pd协议和qc协议的区别

USB-PowerDelivery(USBPD)是在一条线缆中同时支持高达100W电力传输和数据通信的协议规范。USBType-C则是一个全新的正反插USB连接器规范,能够支持USB3.1(Gen1和Gen2)、DisplayPort和USBPD等一系列新标准。USBType-C端口默认最高可支持5V3A。如果在USBType-C端口中实现了USBPD,它就能支持USBPD规范中定义的100W功率(5V20A)。因此,拥有USBType-C端口并不意味着它支持USBPD。

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