USB PD快速充电通信原理

strongerHuang 2020-11-06
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基于PD协议的充电器电路可以维持AC/DC部分不变,只是将QC协议控制器替换为PD控制器。我们都知道快充,但你了解快充吗?


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PD充电协议是什么意思

PD充电协议是USB-IF组织公布的功率传输协议,它可以使目前默认最大功率5V/2A的type-c接口提高到100W,同时谷歌宣布Android7.0以上的手机搭载的快充协议必须支持PD协议,意在统一快充市场。


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PD充电协议是什么意思

USB-PowerDelivery(USBPD)是目前主流的快充协议之一,是由USB-IF组织制定的一种快速充电规范。USB PD透过USB电缆和连接器增加电力输送,扩展USB应用中的电缆总线供电能力。该规范可实现更高的电压和电流,输送的功率最高可达100瓦,并可以自由的改变电力的输送方向。

USB PD和Type-C的关系:

经常会有人把USB PD和Type-C放在一起谈,甚至就把Type-C充电器叫做PD充电器。USB PD和Type-C其实是两码事,USB PD是一种快速充电协议,而Type-C则是一种新的接口规范。Type-C接口默认最大支持5V/3A,但在实现了USB PD协议以后,能够使输出功率最大支持到100W。所以现在许多实用Type-C接口的设备都会支持USB PD协议。


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PD快充协议优势

PD是PowerDelivery,关注的是两个或者多个设备,甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程,电能传输可以是双方向的,甚至是组网的,可以具备系统级供电策略。而QC是QuickCharge仅仅关注的是快速充电问题,电能传输是单方向的,不具备电能组网能力,不支持除了供电以外的其他功能。


当然,很多用户看了以后还是不了解其中的意义,简单的来说,如果PD协议得以普及,你又可以回到此前家里只用一个充电器就可以给所有手机充电的美好时光,甚至更美好的是这个充电器还可以给你的电脑和平板充电,而且手机也可以变身移动电源。


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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,或从VBUS上获得FSK信号来实现手机和充电器通信的过程。

如下图所示,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。

US BPD的原理,以手机和充电器都支持USB PD为例讲解如下:

1)USBOTG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)USBOTG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。

参考来源:

https://blog.csdn.net/weixin_38491862/article/details/80018253

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