¿Cómo diseño una fuente de alimentación de 2A o más para mis dispositivos USB de consumo?

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Entiendo que muchos de mis dispositivos de consumo cargados por puertos USB pueden cobrar a tasas más altas que 0.5A. Sin embargo, en las pruebas, he descubierto que no consumen más que esto.

Configuración de prueba

  • Tengo una fuente de alimentación que produce entre 0 y 30 voltios, y de 0 a 20 amperios.
  • Configuré el voltaje a 5 voltios, luego conecté un USB hembra a los cables correctamente.
  • Cuando enchufo un Samsung Galaxy S4 Mini, tira alrededor de 0,44 amperios. Es lo mismo con un Samsung Galaxy Tab Pro.
  • Sin embargo, cuando conecto un iPad Air con un cable de iluminación oficial, solo extrae alrededor de 0,11 amperios.
  • También, intenté conectar un reloj inteligente ZGPAX S28 y todavía tenía unos 0,44-0,45 amperios.

La fuente de alimentación es más que capaz de generar el máximo de 2.1 amperios, ¿por qué no lo hace al menos para las tabletas?

¿Qué debo hacer en mi configuración de prueba para convencer a los dispositivos de que consuman su corriente de carga máxima?

    
pregunta joshglen

7 respuestas

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La razón por la que sus dispositivos Apple / Samsung no consumen más corriente es simple. Se debe a que hay una comunicación de datos adicional entre el dispositivo Apple / Samsung y sus fuentes de alimentación dedicadas. Esto hace que ambos dispositivos se reconozcan entre sí y acuerden una mayor corriente a utilizar. El cargador establece ciertos voltajes en las líneas de datos USB y esto es reconocido por el teléfono o la tableta.

Su suministro de 20 amperios no suministra estos voltajes en las líneas de fecha, por lo que no "habla" con su dispositivo Apple / Samsung, por lo que estos asumen que es un cargador "tonto" normal y no consumen más corriente de lo que está permitido por USB estándar, que normalmente es de 100 o 500 mA

Para cargar un dispositivo Apple, ponga esos voltajes en las líneas de datos:

corriente deseada: 2,000mA D-: 2.0V D +: 2.75V

También,dependiendodecuánllenaestélabatería,lacorrientedecargatambiénestálimitada.Soloserámáximocuandolabateríatengaunacargadel30-70%(estosnúmerossonsolomisuposición).Lacargaconunacorrientealtaesmalaparalabateríacuandoestámuybajaocasillena.

Fuentes:

Adafruit: Los misterios de la carga de dispositivos Apple

Voltaic: elección de voltajes de pin USB

    
respondido por el Bimpelrekkie
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Aquí hay un artículo más completo que enumera la identificación patentada del resistor-divisor conocido D + / D- Esquemas para cargadores de alta potencia. La esencia es:

  

2.0V / 2.0V - baja potencia (500mA)

     

2.0V / 2.7V - iPhone de Apple (1000mA / 5 vatios)

     

2.7V / 2.0V - iPad de Apple (2100mA / 10 vatios)

     

2.7V / 2.7V - 12 vatios (2400mA, posiblemente utilizado por Blackberry)

     

D + / D- cortocircuitados juntos - USB-IF BC 1.2 estándar

     

1.2V / 1.2V - dispositivos Samsung

Los valores de Samsung coinciden con lo que se indica en enlace a través del divisor de resistencia de 10k / 33k para 2A Cargadores de tabletas Galaxy.

Como dije en mis otros comentarios, también hay chips disponibles que implementan algunos de estos, por ejemplo. MAX14667 , TPS2513 , USB2534 de Microchip o CYUSB3324 . La hoja de datos de este último también proporciona más detalles sobre los dispositivos Samsung:

  

Los dispositivos Samsung siguen múltiples métodos de carga. Algunos   Los dispositivos Samsung (tabletas Samsung Galaxy) utilizan una   Método de carga patentado en el que los pines D + y D   están sesgados al mismo potencial (~ 1.2 V). El samsung   Los dispositivos de la serie Galaxy S (S3, S4) siguen el USB-IF BC   Estándar de carga v1.2 para modo DCP, CDP y SDP de   operaciones

El USB-IF BC 1.2 tiene estos requisitos para el modo DCP:

  
  • Las líneas de datos D + y D– están en cortocircuito con una impedancia máxima de la serie de 200 Ω.

  •   
  • No debe cortar la fuente de alimentación hasta que el voltaje caiga por debajo de 2V o la corriente exceda de 1.5A

  •   
  • El consumo de corriente máximo absoluto permitido pero no requerido es el límite del conector USB 2.0, hasta 5A

  •   

Además, la nota de Cypress dice que el 2.7V / 2.7V - > 2.4A es [también] utilizado por Apple. La discusión en los foros de TI en los que los empleados de TI intervinieron (para su TPS2513A) indica lo mismo. Un empleado de TI dijo :

  

Comenzando desde iPad3, se usa la batería de 42Whr, el tiempo de carga prolongado comienza a ser un problema. Compare el tiempo de carga, desde la batería al 0% hasta el 100%, el cargador de 2.1A tarda 6 horas, el cargador de 2.4A toma 5 horas y 40 minutos. Así que 20mins más rápido, pero no mucho.

     

Creemos que la razón principal por la que el cargador de la versión 2.4A de Apple es para una mejor experiencia de usuario al cargar y jugar al mismo tiempo. Cuando reproduzco videojuegos de alta calidad, como el Infinity II y la carga al mismo tiempo, el aumento de porcentaje de la batería de mi iPad3 es muy lento, por ejemplo, 30 minutos más tarde, solo aumenta el 2% que me vuelve loco.

     

Mientras utilizo el cargador de 2.4A, el estado de la batería aumenta más rápido, al menos me siento normal, de acuerdo.

    
respondido por el Fizz
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La fuente de alimentación es más que capaz de generar el máximo de 2.1 amperios, ¿por qué no lo hace al menos para las tabletas?

El estándar USB no permite que se extraigan más de 500 mA de un puerto USB 1 estándar. Hasta que el dispositivo establezca comunicación con el dispositivo host USB, no tiene forma de saber cuánta corriente está disponible.

El estándar USB en realidad requiere que los dispositivos consuman no más de 100 mA antes de comunicarse con el host y solicitar más energía. Esto es importante porque un concentrador USB sin alimentación estándar consumirá 500 mA - 100 mA por sí mismo y 100 mA para cada uno de sus puertos. Esto significa que un concentrador sin alimentación no puede y no debe intentar suministrar 500 mA a un dispositivo USB.

El estándar fue diseñado de esta manera para soportar una variedad de usos.

Obviamente, solo Apple sigue el estándar y consume solo 100 mA antes de solicitar más energía.

La realidad es que pocos puertos USB no pueden suministrar 500 mA sin que se les solicite. Muchos ni siquiera se molestan en controlar el consumo de corriente y apagan los dispositivos USB que no son compatibles. Casi siempre es seguro extraer 500 mA de un puerto USB sin pedirle al puerto host la potencia máxima.

Las nuevas especificaciones de USB permiten puertos de mayor potencia. Sin embargo, una vez más, debe solicitarse que cumpla con la especificación.

Los cargadores USB normalmente no son inteligentes y no implementan un puerto host USB completo. Usan algunos atajos, generalmente usando resistencias en las líneas D + y D para indicar al dispositivo USB que el cargador es capaz de tener más energía sin una solicitud oficial.

Además, algunos dispositivos, como la línea Apple iOS, también controlarán el voltaje proporcionado y reducirán el consumo de corriente según la caída de voltaje. Por ejemplo, si un cargador informa que puede suministrar 2A, pero el voltaje no se mantiene en 5 V, el dispositivo iOS consumirá menos que la corriente máxima. No se cargará por debajo de 4.5V, ni por encima de 5.5V. Por lo tanto, no solo el cargador tiene que presentar las señales correctas para indicar que la corriente completa está disponible, sino que también debe mantener una buena regulación en el consumo de corriente máximo.

Tenga en cuenta que esta es una característica de seguridad. El dispositivo de carga no solo debe poder suministrar la corriente, sino que el cable USB utilizado debe poder transportarlo. Puede que no parezca mucha corriente, pero hay muchos cables USB delgados muy baratos en el mercado que se calentarán notablemente con 2A fluyendo a través de sus conductores de tamaño insuficiente. Pon eso debajo de una almohada inflamable y deja que el calor se acumule, y es posible que encuentres más que un aislamiento derretido.

Apple no solo verifica el cargador, sino también el cable (usando sus chips patentados dentro del conector del cable) para que puedan evitar la responsabilidad por posibles pérdidas asociadas con los cargadores y el cableado peligrosos.

Sin embargo, mientras esté utilizando el cable que viene con el dispositivo, no debería tener ningún problema con este aspecto y puede concentrarse en la señalización del cargador.

  

¿Qué debo hacer en mi configuración de prueba para convencer a los dispositivos de que consuman su corriente de carga máxima?

El estándar de Apple ha sido adoptado libremente por otros, o aceptado por otros, y consiste en colocar niveles de voltaje específicos en las líneas D y D + a una corriente baja. La colocación de aproximadamente 2.0V en la línea D y 2.75V en la línea D + indicará que 2A (10W) está disponible para la carga. Esto se puede hacer con resistencias simples:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Si sigue este circuito en su configuración, debería encontrar que al menos los dispositivos Apple se cargan a 2 amperios o más, y es posible que sus otros dispositivos también se carguen a esta tasa.

    
respondido por el Adam Davis
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Puede intentar usar controlador de puerto de carga dedicado .

Según la especificación, puede detectar los siguientes esquemas de cobro:

  
  1. El divisor 1 DCP, debe aplicar 2 V y 2,7 V en las líneas D + y D– respectivamente (TPS2513, TPS2514)
  2.   
  3. El divisor 2 DCP, debe aplicar 2.7 V y 2 V en las líneas D + y D– respectivamente (TPS2513, TPS2514)
  4.   
  5. El divisor 3 DCP, requerido para aplicar 2.7 V y 2.7 V en las líneas D + y D- respectivamente (TPS2513A, TPS2514A)
  6.   
  7. FC1.2 DCP, necesario para acortar la línea D + a la línea D–
  8.   
  9. Modo corto en cortocircuito del estándar de telecomunicaciones chino YD / T 1591-2009, necesario para acortar la línea D + a la línea D–
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  11. 1.2 V en ambas líneas D + y D–
  12.   
    
respondido por el bcelary
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20 amperios es lo que el suministro es capaz de entregar, y lo que sea que se conecte toma lo que necesita de esos 20 amperios.

Por ejemplo, si tiene el suministro configurado para una salida de 5 voltios y coloca una resistencia de 5 ohmios en su salida, suministrará 1 amperio a la resistencia porque eso es todo lo que quiere la resistencia con 5 voltios.

También podría colocar veinte resistencias de 5 ohmios en paralelo, y suministrará 1 amperio a cada una de ellas para un total de 20 amperios.

    
respondido por el EM Fields
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Un dispositivo USB solo consumirá la cantidad de corriente que sabe que definitivamente puede extraer sin causar daños al cargador. Los dispositivos Apple y Samsung no tienen idea de cuánto es seguro sacar de su cargador, por lo que recurren al estándar USB. El estándar USB dice "0.5 amperios es seguro". (Si el cargador se identifica como un cargador USB pero no puede manejar 0.5 amperios, no es culpa del teléfono sino del problema del cargador).

La única forma de convencer al dispositivo para que tome más corriente es implementar la comunicación en el cargador que ocurriría entre un dispositivo Apple y un cargador Apple, o un dispositivo Samsung y un cargador Samsung. No es muy difícil, y puedes comprar cargadores de calidad decente a precios razonables que hacen esto. Su cargador no lo hace, por lo que 0.5 A es el límite.

    
respondido por el gnasher729
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Todos los dispositivos USB tienen que comportarse cuando están conectados a un puerto de datos USB, que suministrará 100 mA de forma predeterminada, 500 mA cuando se "pregunte". Eso es lo que estás recibiendo.

Si conecta las señales de Datos + y Datos a través de una pequeña resistencia (para protección ... alrededor de 100 ohmios), cumplirá con la especificación de carga de batería USB, que permite que un dispositivo extraiga un mínimo de 1.5A.

    
respondido por el Dave Haynie

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