תמיכה טכנית

תמיכת שירות

אירועים

מוצרים מומלצים

USB-C Power Delivery - מה גורם לכבל USB-C להיטען במהירות?

אוג 23, 2022
USB-C Power Delivery - מה גורם לכבל USB-C להיטען במהירות?


לפני הופעת ממשק Type-C, כבל ה- USB הורשה לספק רק 2.5W של חשמל, בעוד כבל USB Type-C איפשר את ההספק המרבי להיות עד 5V/3A (15W). אם מאמצים את פרוטוקול Power Delivery (PD), ניתן להגדיל את המתח והזרם ל- 20V/5A (100W), המאפשר אספקת חשמל של מכשירים גדולים באמצעות ממשק USB, כגון טעינת מחשב נייד עם סוללה גדולה.

אבל, מה הופך כבל USB-C לטעינה מהירה?

Fאירסט, בואו נסקור על ממשק USB-C וכבל USB-C

1.הגדרת פונקציה של PINsשל USB Type-C

Type-C הוא סוג של ממשק USB. זהו מחבר ה- USB היחיד שלא אכפת לו מהחזיתצדובחזרהצדכאשר הוא מוכנס. הוא תומך בטעינה סטנדרטית USB, העברת נתונים, שידור וידאו, שידור שמע, פלט תצוגה ופונקציות אחרות.





הבדל נוסף בין USB Type-C לתקנים ישנים יותר הוא יכולת התפקיד הכפול שלו. שני הקצוות של כל כבל USB Type-C משוקפים, כלומר שני ההתקנים המחוברים חייבים לתקשר זה עם זה כדי לקבוע אם הם צריכים להתקיים כמארח או כציוד היקפי. התקשורת של התפקידים צריכה להתבצע בנפרד עבור נתונים וכוח, ועבודה זו צריכה להתבצע לאחר חיבור הכבל.

היציאה המארחת המשמשת לתקשורת נתונים נקראת יציאה הפונה במורד (DFP), והיציאה ההיקפית נקראת יציאה הפונה כלפי מעלה (UFP). במונחים של ספק כוח, קצה ספק הכוח נקרא קצה המקור (מקור), וקצה צריכת החשמל נקרא קצה הכיור (כיור). התקנים מסוימים יכולים לכלול הן את היכולת Dual Roles of Data (DRD) בנתונים והן את היכולת Dual Roles of Power (DRP) בספק הכוח. ה-CCתילמגדיר את תפקיד ספק הכוח במהלך החיבור בין שני ההתקנים, תקשורת באמצעות Type-C "Configuration Channel Pin CC"



2. כיצד מחובר כבל USB-C ל-USB-C?

דיאגרמת החיווט של כבל USB-C ל- USB-C Gen 2 בעל התכונות המלאות היא כדלקמן, מסופקת על ידי P-Shine Electronic Tech Ltd.

סטטוס (1) חיבור ישיר לא הפוך



התמונה לעיל מציגה את החיבור כאשר הכבל הואלא הפוך. מהשקע משמאל לשקע מימין, זוג RX1 מחובר לזוג RX1, זוג RX2 מחובר לזוג RX2; D+ מחובר ל-D+, D- מחובר ל-D-, SBU1 מחובר ל-SBU2 ו-CC1 מחובר ל-CC1. .

לפעמים VCONN בשני הקצוות של הכבל לא צריך להיות מחובר (B5 ל B5). כאשר האלקטרוניסימן(סימן אלקטרוני) שבב מותקן על לוח המעגלים המודפסים של מחבר USB-C, B5 של התקע השמאלי ו- B5 של התקע הימניצורךלהיות מחוברים אחד לשני

מדינה (2)Fחיבור מנותק



כאשר התקע והשקע משמאל נשארים זהים, והשקע מימיןגםנשאר זהה, אך התקע מימין משתנה מצד לצד (USB-C תומך בהכנסה קדמית ואחורית), חיבור USB-Cהפוך

במקרה זה, מהשקע משמאל לשקע מימין, זוג RX1 מחובר לזוג TX2, זוג RX2 מחובר לזוג TX1, D+ עדיין מחובר ל- D+, D- עדיין מחובר ל- D-, SBU1 התחבר ל- SBU1, SBU2 ל- SBU2 ו- CC1 מחובר ל- CC2 דרך CCתיל. כעת, נתונים במהירות גבוהה מועברים באמצעות RX1+/- ו- TX1+/- משמאל ל- TX2+/- ו- RX2+/- מימין.

גם התקע השמאלי וגם הימנייכוללהיות הפוך. נראה שיש ארבע שיטות חיבור שונות בסך הכל, אבל למעשה יש רק שתיים, ישירה (היפוך שני הקצוות בו זמנית שווה ערך ישיר) וחד צדדיאד.

לכן, ניתן לראות ארבעה זוגות של זוגות אותות במהירות גבוהה בכבל 3.1 של כבל USB-C ל- USB-C, אך רק שני זוגות פועלים בו זמניתw,כאשר התקע החד-צדדי הפוך, שני זוגות האותות החופשיים האחרים עשויים להחליף את זוג העובדים המקוריs. או כאשר תפקידי המארח והציוד ההיקפי עבור אספקת חשמל או העברת נתונים משתנים, זוגות אותות מתחלפים כל הזמן.

במערכת USB 3.1, יש להגדיר את זוגות הנתונים RX/TX עבור כל מצב חיבור אפשרי באמצעות מרבב כדי שניתן יהיה ליצור תקשורת נכונה.האיור שלהלן מציג את אפשרויות הניתוב של זוגות נתונים בין יציאות USB Type-C, ניתן לדעת את כיוון התקע והשקע על ידי מדידת המצב של CC1/CC2 בכל מסוף, בקר הלוגיקה CC יכול לאחר מכן להשלים את תצורת הניתוב של המרבב, במרבב או בערכת השבבים USB.




3. USB-C Power Delivery - מה גורם לכבל USB-C להיטען במהירות?

USB PD3.0 קשור רק לאספקת החשמל של הכבל, ואין לו שום קשר להעברת הנתונים. כבלי טעינה מסורתיים מסוג USB-A יכולים להיות רק שני חוטים, VBUS ו- Gound. עם זאת, כבל USB-C ל-USB-C התואם ל-PD 3.0 דורש לפחות שלושה חוטים, VBUS, Gound ו-CC (תצורת ערוץ).

בכבל USB Type-C שאינו משתמשaפרוטוקול העברת חשמל, שיטת העברת החשמל מקצה המקור לקצה הכיור מוצגת באיור שלהלן



קצה המקור של כבל USB Type-C מכיל תמיד מתג MOSFET להפעלה / כיבוי VBUS, ייתכן שיש לו את היכולת לזהות זרם VBUS, הפונקציה העיקרית שלו היא לזהות תנאי זרם יתר,מעגל הפריקה של VBUS בו יתחיל לעבוד כאשר מתרחש זרם יתר. מעגלי הגילוי של CC1 ו-CC2 קיימים הן במקור והן בקצה הכיור.

תפקיד ה- CC (תצורת ערוץ)תילהיא להגדיר את ספק הכוח עבור שני התקנים מחוברים. בתחילה, אין ספק כוח על VBUS של ממשק USB Type-C. המערכת צריכה להגדיר את תפקיד ההתקן במהלך חיבור הכבל.המכשיר עם מתח של קו CC על השקע נמשך למעלה יוגדר כספק החשמל (מקור), ואילו המכשיר עם המתח נמשך כלפי מטה יוגדר כצרכן החשמל (כיור).



האיור לעיל מראה כיצד לקבוע את התפקידsשל אספקת חשמל וצריכה, כיוון כבלים ויכולת אספקת זרם. CC1 ו-CC2 בקצה המקור נמשכים גבוה על ידי הנגד Rp, וה-CC1/CC2 המנוטר נמצא תמיד במתח גבוה כאשר שום דבר לא מחובר. ברגע שהכיור מחובר, המתח של CC1 או CC2 נמשך מטה על ידי הנגד. מכיוון שיש רק חוט CC אחד בכבל, המקור יכול לדעת איזההצד שלCC נמשך נמוך. המתח של CC1/CC2 בכיור מנוטר גם הוא, once a CCתילנמצא שהוא נמשך כלפי מעלה, השינוי ברמת המתח שלו יאפשר לכיור לדעת את יכולת האספקה הנוכחית של המקור. ניתן להחליף את נגד המשיכה Rp במעגל גם במקור זרם, שקל ליישם במעגל משולב ויכול להיות חסין מפני שגיאות מתח אספקה V+.

הערך המוגדר של הנגד הנפתח בכיור הוא 5.1KΩ, אז המתח של CCתילנקבע לפי הערך של נגד המשיכה Rp במקור (או הערך הנוכחי של המקור הנוכחי). ישנן 3 רמות של זרם האוטובוס שהוגדרו. CC הנמוך ביותרתילמתח (כ- 0.41V) תואם למפרט ברירת המחדל של מתח USB (500mA עבור USB 2.0 או 900mA עבור USB 3.0), ו- CC גבוה יותרתילמתח (כ 0.92V) ) מתאים ליכולת זרם של 1.5A. אם ה- CCתילהמתח הוא כ 1.68V, המתאיםMיכולת אספקת זרם אקסימום היא 3A. נתונים רלוונטיים יכולים להתייחס לנתון הבא:



האיור שלהלן מדגים מקרה מדידה שבו צד ספק הכוח (Sשלנו) מחובר לצד צריכת החשמל (Sדיו), באמצעות כבל USB-C רגיל ל-USB-C.

בתחילה, הן CC1 והן CC2 על שקע המקור נמשכים עד מתח גבוה על ידי הנגד Rp, וגם CC1 וגם CC2 על הכיור נמשכים למטה למתח נמוך על ידי הנגד הנפתח Rd.

לאחר חיבור הכבל, CC1 או CC2 נמשכים למתח גבוה יותר בהתאם לכיוון הכניסה של הכבל. הכבל במקרה זה אינו במצב הפוך, CC1 בקצה המקור ו- CC1 בקצה הכיור מחוברים,לאחר שהמתח ב-CC1 מושפע מ-Rp ו-Rd, מופיע ערך חדש, מתח זה יימדד על ידי הכיור וכך נדע מהי יכולת האספקה הנוכחית של המקור.

במקרה זה, המתח של CC1 לאחר החיבור הוא כ 1.65V, כלומר המקור יכול לספק זרם מקסימלי של 3A.

אחרי ה-CCתילהחיבור הוקם, מתח 5V ב- VBUS יופעל.

במערכות ללא פרוטוקול אספקת חשמל, יכולת האספקה הנוכחית באוטובוס נקבעת על ידי Rp/Rd, אך המקור מספק רק 5V



לאחר אימוץ פרוטוקול אספקת החשמל (PD), ניתן להגדיל את מתח האוטובוס של מערכת USB Type-C למקסימום של 20Vהתקשורת בין המקור לכיור לגבי מתח האוטובוס והזרם מתבצעת על ידי העברת קודי BMC טוריים על חוט CC.,

דיאגרמת מסגרת המערכת של מערכת USB Type-C כולל פרוטוקול PD מהמקורצדלכיורצדמוצג באיור שלהלן



כפי שניתן לראות באיור לעיל, צד המקור מכיל ממיר מתח, הנשלט על ידי בקר PD בצד המקור. ממיר המתח יכול להיות ממיר Buck, Boost, Buck-Boost או flyback בהתאם לתנאי מתח הכניסה ודרישות מתח האוטובוס הגבוהות ביותר. תקשורת PD באמצעות CCתילנמצא גם בשליטת בקר PD. מערכת USB PD זקוקה גם למתג כדי להעביר את כוח Vconn ל- CCתיל.

כאשר החיבור של הכבל נוצר, תקשורת SOP של פרוטוקול PD מתחיל דרך CCתילכדי לבחור את המפרט של העברת כוח,הכיור ישאל את פרמטרי תצורת החשמל (נתוני מתח וזרם של האוטובוס) שהמקור יכול לספק. מאז דרישת הכוח של sדיוהסוף הוא לעתים קרובותהקשוריםלהתקן המחובר ללחצןכיור(כגון מטען), בקר המערכת המשובץ של ה- Sדיוקצה צריך לתקשר עם בקר PD של קצה המקור כדי לקבוע את המפרטים המתאימים.

האיור להלן מדגים דוגמה של בקר PD שוקע המבקש מתח אוטובוס גבוה יותר.



התקשורת בין הכיור למקור ב-CCחוט נראה כמו השלבים הבאים:

1. הצד דיו חל כדי לקבל את נתוני היכולת של צד המקור.

2. המקור מספק את נתוני היכולת שלו.

3. הכיור בוחר את פרמטרי תצורת החשמל המתאימים מתוך נתוני היכולת המסופקים על ידי המקור ושולח בקשה מתאימה.

4. המקור מקבל את הבקשה ומשנה את מתח האוטובוס לפרמטר המתאים. במהלך שינויי מתח אוטובוס, צריכת הזרם של הכיור נשמרת קטנה ככל האפשר. תהליך העלאת מתח האוטובוס בקצה המקור מתבצע בהתאם למהירות העלאת המתח שהוגדרה.

5. לאחר שמתח האוטובוס מגיע לערך הסופי, המקור ימתין להתייצבות מתח האוטובוסולאחר מכןשליחת אות Power Ready ללחצןכיור aבשלב זה, הכיור יכול להגדיל את הצריכה הנוכחית שלו. אותו תהליך תקשורת מתרחש כאשר הכיור רוצה שמתח האוטובוס יירדבמהלך ירידת מתח האוטובוס, המקור מפעיל מעגל שאנט המפחית במהירות את מתח האוטובוס באמצעות פריקה פעילה של האוטובוס., לאחר שהגיע לערך המדורג, המקור ימתין עוד קצת עד שמתח האוטובוס יתייצב לפני שליחת אות מוכן לחשמל לצרכן

שיטה זו של תקשורת מבטיחה כי כל חילופי כוח על האוטובוס הם בתוך היכולות של המקור ואת הכיור, הימנעות תנאים בלתי נשלטים. כאשר החיבור של כבל Type-C מנותק, גם החשמל באוטובוס כבוי. Aחיבור חדש בהחלט יעשה את גילוי חיבור הכבל, והמתח הוא תמיד ב 5V, כך שהואיכול למנוע מתח גבוה כאשר הכבל מחובר ממכשיר אחד למשנהו.

תקשורת USB PD משתמשת בקוד סימון דו-פאזי (BMC), שהוא קוד תקשורת של שורה אחת. העברת נתונים 1 דורשת תהליך מיתוג בין מתח גבוה ונמוך, והעברת נתונים 0 זהו מתח גבוה קבוע או מתח נמוך. כל חבילת נתונים מכילה מבוא מתחלף של 0/1, התחלה של מנה (SOP), כותרת מנה, בתים של נתוני מידע, קוד יתירות מחזורית של CRC וקוד סוף מנה (סוף מנה). Packet, EOC), ראה את האיור הבא:



האיור שלהלן מראה את צורת הגל של תקשורת PD הדורשת עלייה במתח האוטובוס מצפוף למורחב. ניתן לראות את רצף המבוא מצורת הגל המורחבת האחרונה.



ניתן לפענח נתוני תקשורת BMC באמצעות מפענח USB PD, כגון אנלייזר EX350 של אליסיס. בעזרת כלי זה, ניתן ללכוד את הנתונים של תקשורת PD ולהציג את המשמעות של כל חבילת נתונים, המכילה נתונים הקשורים לזמן כגון ערך מתח אפיק, צורת גל על CCתילוכו', ראה איור להלן.,




4.רשימת תצורות צריכת חשמל

מפרט USB PD 3.0 מגדיר את רשימת התצורות הבאה של ספק הכוח:



ישנם 4 ערכי מתח נפרדים המוגדרים מראש: 5V, 9V, 15V ו- 20V. עבור 5V, 9V ו- 15V, הזרם המרבי הוא 3A. בתצורת 20V, אם הכבל תקין, התפוקה המרבית המותרת היא 20V/3A(60 ואט). אם הותאם במיוחד כבל עםEלקטרוניקסימון (סימן אלקטרוני)משמש, ניתן להגדיל את הנתונים המתאימים ל- 20V/5A(100 ואט). מערכת התומכת במתח ובהספק הגבוהים ביותרכיתהחייב גם לתמוך בכל המתח וההספק הנמוכים יותרכיתהs.


5. כבל עםEלקטרוניקMark (E-Mark) וכיצד פועל שבב E-Mark?

מפרט USB Type-C מגדיר מגוון כבלים עם מפרטים שונים. אין דרישות מיוחדות עבור כבל USB 2.0 במהירות נמוכה. אבל עבור כבלי USB 3.1 התומכיםסופרהעברת נתונים מהירה, או כבלים עם זרמים העולים על 3A,Eלקטרוניקסימןיש להשתמש בו. הכבל המוצג באיור להלן מכיל IC שתפקידו לזהות את מאפייני הכבל. כבל תוסס זה יכול להכיל גם IC לעיצוב אותות, שכולם דורשים חשמל מה- VCONNווירשל הכבל.



ה- Vconn בכבל המכיל אתEלקטרוניקסימןשבב מכיל נגד נפתח Ra של 1KΩ, וערכו קטן יותר מהנגד, שהוא בדרך כלל 5.1kΩ. כאשר כבל כזה מוכנס, קצה המקור יראה את ירידת המתח של CC1 ו- CC2. שינוי המתח הספציפי יגיד למארח איזהקצהנמשך מטה על ידי התנגדות 5.1kΩ של קצה הכיור,ואשרקצהנמשך מטה על ידי 1Kהתנגדות Ω של הכבלאז כ"ט,הוא הכניס כיווןשל הכבלניתן לקבוע. אפקט המשיכה כלפי מטה של Ra מאפשר גם לקצה המקור לדעת כי VCONN זקוק לספק כוח 5V, ולכן הוא צריך לספק חשמל לקצה CC כדי לעמוד בדרישות החשמל שלEלקטרוניקסימן.



האיור שלהלן מציג מקרה מבחן,מהIchקצה ספק הכוח (מקור) מחובר לקצה צריכת החשמל (כיור) באמצעות כבל עםEלקטרוניקסימןוהכבל נמצא במצב הפוך., ניתן לראות כי כאשר הכבל מחובר, CCתילבקצה המקור נמשך למתח נמוך מאוד על ידי 1KΩ התנגדות מקצה VCONN.

המקורקצהיזהה מתח זה וידע שהכבל מכילEלקטרוניקסימון שבבכך שהוא יחבר את 5V VCONN ל- CC.,תילכדי לספק חשמל למעגל הפנימי של הכבל.

תקשורת PD המתרחשת מאוחר יותר תכלול את התקשורת בין המקור לביןEלקטרוניקסימן(נקרא SOP' או SOP"),והתקשורת בין המקור לכיור (הנקראת SOP)




6.תפקיד כפול של ספק כוח

התקני USB Type-C מסוימים יכולים לשמש הן כמקור והן ככיור, והם נקראים התקנים התומכים בתפקידים כפולים (Dual Role for Power, DRP). מסופי CC1 ו- CC2 של מכשיר זה נמצאים במצב של רמות גבוהות ונמוכות לסירוגין. לפני החיבור, ברגע שהחיבור מתרחש, מסופי CC של שניהם ישתנו, כפי שמוצג באיור להלן.


במקרה זה, התקן DRP משמאל נבחר כמקור, והתקן DRP מימין נבחר ככיור. ניתן גם להפוך מצב זה, אלא אם התקן DRP הוגדר תחילה למקור (כגון כאשר הוא מופעל באמצעות מתאם מתח חיצוני), או הוגדר לשקוע ראשון (כגון כאשר הוא מופעל באמצעות סוללה).

החלפת תפקידי חשמל יכולה להתרחש גם במהלך החיבור, כל עוד אחד משני התקני DRP יוזם את בקשת החלפת התפקידים. האיור הבא מציג את התהליך של החלפת תפקידים כזו.






 

זכויות יוצרים 2019 כל הזכויות שמורות.

קישורים: