Teknik destek

Hizmet desteği

Etkinlikler

Önerilen ürünler

USB-C Güç Dağıtımı--USB-C kablosunu hızlı şarj yapan nedir?

23 Ağustos 2022
USB-C Güç Dağıtımı--USB-C kablosunu hızlı şarj yapan nedir?


Type-C arayüzü ortaya çıkmadan önce, USB kablosu sadece 2.5W güç sağlayabiliyordu, USB Type-C kablosu ise maksimum gücün 5V/3A (15W) olmasına izin veriyordu. Power Deliver (PD) protokolü benimsendiğinde, voltaj ve akım 20V/5A (100W) olarak çıkarılabilir; bu da USB arayüzü üzerinden büyük cihazların güç kaynağını sağlar; örneğin büyük bir pil ile dizüstü bilgisayarı şarj etmek gibi.

Peki, USB-C kablosunun hızlı şarj olmasını sağlayan nedir?

Fİlk olarak, USB-C arayüzü ve USB-C kablosu hakkında bir şeyleri gözden geçirelim

1. PIN'in Fonksiyon TanımısUSB Type-C

Type-C, USB arayüzünün bir türüdür. Ön tarafa önem vermeyen tek USB konnektörüYan tarafve geriYan tarafYerleştirildiğinde. USB standart şarj etme, veri iletimi, video iletimi, ses iletimi, ekran çıkışı ve diğer işlevleri destekler.





USB Type-C ile eski standartlar arasındaki bir diğer fark ise çift rol yeteneğidir. Her USB Type-C kablosunun her iki ucu da aynalanır; bu da iki bağlı cihazın birbirleriyle iletişim kurarak ana bilgisayar mı yoksa çevre cihazı mı olarak var olmaları gerektiğine karar vermek zorundadır. Rollerin iletişimi veri ve güç için ayrı ayrı yapılmalıdır ve bu çalışmalar kablo bağlandıktan sonra yapılmalıdır.

Veri iletişimi için kullanılan ana porta Downstream Facing Port (DFP) denirken, çevresel porta Upstream Facing Port (UFP) denir. Güç kaynağı açısından ise güç kaynağı ucu (Kaynak) ve güç tüketimi ucu ise sink ucu (Lavabo) olarak adlandırılır. Bazı cihazlar, veri üzerinde hem Çift Verinin Rolleri (DRD) hem de güç kaynağında Çift Güç Rolleri (DRP) yeteneğine sahip olabilir. The CCteliki cihaz arasındaki bağlantı sırasında güç kaynağının rolünü tanımlar; Type-C "Konfigürasyon Kanalı Pini CC" aracılığıyla iletişim kurar



2. USB-C'den USB-C'ye kablo nasıl bağlanır?

Tam özellikli USB-C'den USB-C'ye Gen 2 kablosunun kablo diyagramı aşağıdaki gibidir ve P-Shine Electronic Tech Ltd. tarafından sağlanmıştır.

Durum (1) Ters çevrilmemiş doğrudan bağlantı



Yukarıdaki görsel, kabloTers çevrilmemiş. Soldaki soketten sağdaki sokete kadar, RX1 çifti RX1 çiftine, RX2 çifti RX2 çiftine bağlı; D+ D+'ya, D- D-'ye, SBU1 SBU2'ye ve CC1 CC1'e bağlıdır. .

Bazen kablonun her iki ucundaki VCONN'ların bağlanması gerekmez (B5'ten B5'e). ElektronikMark(E-mark) çipi USB-C konnektörünün PCB'sine, sol fişin B5'ine ve sağ fişin B5'ine takılmıştırİhtiyaçbirbirine bağlı

Eyalet (2)Fdudaklı bağlantı



Soldaki fiş ve priz aynı kaldığında, sağdaki priz iseayrıcaaynı kalır, ancak sağdaki fiş bir taraftan diğerine değişir (USB-C ön ve arka takmayı destekler), USB-C bağlantısıters çevrildi

Bu durumda, soldaki soketten sağdaki sokete kadar RX1 çifti TX2 çiftine, RX2 çifti TX1 çiftine, D+ hala D+'ya, D- hala D-'ye, SBU1 SBU1'e, SBU2 SBU2'ye ve CC1 CC2'ye bağlı.tel. Şimdi, yüksek hızlı veri soldaki RX1+/- ve TX1+/- üzerinden sağdaki TX2+/- ve RX2+/- ile iletiliyor.

Hem sol hem sağ fişTers dönecek. Toplamda dört farklı bağlantı yöntemi olduğu anlaşılıyor, ancak aslında sadece iki yöntem var: direkt (her iki ucu aynı anda çevirmek doğrudan ile eşdeğerdir) ve tek taraflı flipped.

Bu nedenle, USB-C'den USB-C'ye olan 3.1 kablo kablosunda dört çift yüksek hızlı sinyal çifti görebilirsiniz, ancak aynı anda sadece iki çift çalışıyor, wTek taraflı fiş kapandığında, diğer iki serbest sinyal çifti orijinal çalışan çiftin yerini alabilirs. Ya da güç kaynağı veya veri transferi için ana ve çevresel roller değiştikçe, sinyal çiftleri sürekli olarak değiştirilir.

USB 3.1 sisteminde, doğru iletişimin sağlanabilmesi için her olası bağlantı durumu için RX/TX veri çiftlerinin bir çoklu cihaz kullanılarak yapılandırılması gerekir.Aşağıdaki şekil, USB Type-C portları arasındaki veri çiftlerinin yönlendirme olanaklarını göstermektedir; fiş ve prizin yönü her terminalde CC1/CC2 durumu ölçülerek bilinebilir, CC mantık denetleyicisi çoklu cihazın yönlendirme yapılandırmasını ya çoklayıcıda ya da USB yonga setinde tamamlayabilir.




3. USB-C Güç Dağıtımı--USB-C kablosunu hızlı şarj yapan nedir?

USB PD3.0 sadece kablonun güç kaynağıyla ilgilidir ve veri iletimiyle ilgisi yoktur. Geleneksel USB-A şarj kabloları sadece iki kablodan oluşabilir: VBUS ve Gound. Ancak, PD 3.0 uyumlu bir USB-C-USB-C kablosu için en az üç kablo gerekir: VBUS, Gound ve CC (Kanal Konfigürasyonu).

Kullanmayan bir USB Type-C kablosundaaGüç transfer protokolü olan bu yöntem, kaynak ucundan lavabo ucuna güç aktarımı yöntemi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir



USB Type-C kablosunun kaynak ucunda VBUS'u açıp-kapatmak için her zaman bir MOSFET anahtarı bulunur, VBUS akımını algılama yeteneğine sahip olabilir, ana işlevi aşırı akım koşullarını tespit etmektir,içindeki VBUS deşarj devresi aşırı akım oluştuğunda çalışmaya başlar. CC1 ve CC2'nin tespit devreleri hem kaynak hem de yutucu uçlarda bulunur.

CC'nin (Kanal Konfigürasyonu) rolüteliki bağlı cihaz için güç kaynağını yapılandırmaktır. Başlangıçta, USB Type-C arayüzünün VBUS'unda güç kaynağı yoktur. Sistem, kablo bağlantısı sırasında cihazın rolünü tanımlamalıdır.Prizdeki CC hattının voltajı yukarı çekilen cihaz güç tedarikçisi (kaynak) olarak tanımlanırken, voltajı aşağı çekilen cihaz güç tüketicisi (lavabo) olarak tanımlanır.



Yukarıdaki şekil, rolün nasıl belirleneceğini gösteriyorsgüç kaynağı ve tüketimi, kablo yönü ve akım besleme kapasitesi. Kaynak uçtaki CC1 ve CC2, direnç Rp tarafından yukarıya çekilir ve izlenen CC1/CC2, hiçbir şey bağlı olmadığında her zaman yüksek voltajdadır. Lavabo bağlandıktan sonra, CC1 veya CC2'nin voltajı direnç Rd tarafından aşağı çekilir. Kabloyda sadece bir CC kablosu olduğu için kaynak hangi kabloyu olduğunu anlayabiliyorTarafınCC alçak tutuluyor. Lavabodaki CC1/CC2 voltajı da izlenir, once a CCtelyukarı çekildiği tespit edilirse, voltaj seviyesindeki değişim sink'e kaynağın akım besleme kapasitesini bildirir. Devredeki pull-up direnci Rp ayrıca bir akım kaynağı ile değiştirilebilir; bu kaynak entegre devreye kolayca uygulanabilir ve V+ besleme voltaj hatalarına karşı bağışık olabilir.

Lavaboda, aşağı çekilen direnç Rd'nin tanımlanmış değeri 5.1'dirKΩ, yani CC'nin voltajıtelkaynaktaki çekme direnci Rp'nin değeriyle (veya akım kaynağının akım değeri) belirlenir. Otobüs akımında 3 seviye vardır tanımlanmış olanlar. En düşük CCtelvoltaj (yaklaşık 0.41V), varsayılan USB güç spesifikasyonuna (USB 2.0 için 500mA veya USB 3.0 için 900mA) karşılık gelir ve daha yüksek CCtelvoltaj (yaklaşık 0.92V) ) 1.5A akım kapasitesine karşılık gelir. Eğer CCtelvoltaj yaklaşık 1.68V'dur, buna karşılık gelenMaksimum akım besleme kapasitesi 3A'dır. İlgili veriler aşağıdaki şekle atıfta bulunabilir



Aşağıdaki şekil, güç kaynağı tarafının (Source) güç tüketimi tarafına bağlıdır (Smürekkep), normal bir USB-C'den USB-C'ye kablo kullanarak.

Başlangıçta, kaynak soketteki CC1 ve CC2, direnç Rp ile yüksek voltaja çekilir ve lavabodaki CC1 ve CC2, çekme direnci Rd ile düşük voltaja çekilir.

Kablo bağlandıktan sonra, CC1 veya CC2 kablonun yerleştirme yönüne bağlı olarak daha yüksek bir voltaja çekilir. Bu durumda kablo ters halde değildir, kaynak uçtaki CC1 ve lavabo ucundaki CC1 bağlantılıdır,CC1 üzerindeki voltaj Rp ve Rd tarafından etkilendikten sonra yeni bir değer ortaya çıkar; bu voltaj sink tarafından ölçülür ve böylece kaynağın akım besleme kapasitesi bilinir.

Bu durumda, CC1'in bağlandıktan sonra voltajı yaklaşık 1.65V'dur, bu da kaynağın maksimum 3A akım sağlayabileceği anlamına gelir.

CC'den sonratelbağlantı kuruldu, VBUS üzerindeki 5V voltaj açılır.

Güç dağıtım protokolü olmayan sistemlerde, veri yolunun akım kaynağı Rp/Rd ile belirlenir, ancak kaynak sadece 5V sağlar



Güç Dağıtımı (PD) protokolü benimsendikten sonra, USB Type-C sisteminin veri yolu voltajı maksimum 20V'a çıkarılabilir, veri yolu voltajı ve akımla ilgili kaynak ile sink arasındaki iletişim, CC kablosu üzerinden seri BMC kodlarının iletilmesiyle sağlanır

USB Type-C sisteminin sistem çerçeve diyagramı, kaynağından alınan PD protokolü dahil olmak üzereYan taraflavaboyaYan tarafaşağıdaki şekilde gösterilmiştir



Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, kaynak tarafında bir voltaj dönüştürücü bulunur ve bu dönüştürücü kaynak tarafı PD kontrolcüsü tarafından kontrol edilir. Voltaj dönüştürücü, giriş voltaj koşullarına ve en yüksek veri yolu gerilim gereksinimlerine bağlı olarak Buck, Boost, Buck-Boost veya flyback dönüştürücü olabilir. Emniyet Merkezi Yönetimi aracılığıyla PD iletişimitelayrıca PD kontrolcüsünün kontrolündedir. USB PD sistemi ayrıca Vconn gücünü CC'ye aktarmak için bir anahtara ihtiyaç duyartel.

Kabloyun bağlantısı kurulduğunda, PD protokolünün SOP iletişimi CC üzerinden başlartelgüç iletiminin spesifikasyonunu seçmek için,Sink, kaynağın sağlayabileceği güç yapılandırma parametrelerini (veri yolunun voltaj ve akım verileri) sorar. Güç talebi s'den beriMürekkebison genellikleİlgiliCihazınlavabo(örneğin şarj cihazı gibi), s'nin gömülü sistem kontrolörüMürekkebiuç, ilgili spesifikasyonları belirlemek için kaynak uçun PD kontrolcüsüyle iletişim kurmalıdır.

Aşağıdaki şekil, batan bir PD kontrolcüsünün daha yüksek bir veri yolu voltajı talep ettiğini göstermektedir.



CC'deki lavabo ile kaynak arasındaki iletişimTel aşağıdaki adımlar gibi görünüyor:

1. SMürekkep tarafı, kaynak tarafın yetenek verilerini elde etmek için kullanılır.

2. Kaynak, yetenek veri bilgisini sağlar.

3. Yutucu, kaynak tarafından sağlanan yetenek veri bilgisinden uygun güç yapılandırma parametrelerini seçer ve buna karşılık gelen bir talep gönderir.

4. Kaynak talebi kabul eder ve veri yolu voltajını ilgili parametreye göre değiştirir. Otobüs gerilim değişimleri sırasında, lavabonun akım tüketimi mümkün olduğunca küçük tutulur. Kaynak uçta veri yolu voltajının yükseltilme süreci, tanımlanmış voltaj artırma hızına göre gerçekleştirilir.

5. Veri yolu voltajı nihai değere ulaştıktan sonra, kaynak veri yolu voltajının stabilleşmesini beklerve sonraGüç hazır sinyali göndermekbatıyor, aBu noktada, lavabo mevcut tüketimini artırabilir. Aynı iletişim süreci, sink veri yolu voltajının düşmesini istediğinde gerçekleşir, veri yolu gerilim düşüşü sırasında, kaynak aktif veri yolu boşalması yoluyla bus voltajını hızla azaltan bir şant devresi aktive eder. Nominal değere ulaştıktan sonra, kaynak veri yolu voltajının stabilleşmesini biraz daha bekler ve ardından tüketiciye güç hazır sinyali gönderir

Bu iletişim yöntemi, veri yolundaki güç değişikliklerinin kaynak ve sink'in kapasitesi dahilinde olmasını sağlar ve kontrol edilemez koşulları önler. Type-C kablosunun bağlantısı kesildiğinde, veri yolunun gücü de kesilir. ANY yeni bağlantı kesinlikle kablo bağlantı algısını yapar ve voltaj her zaman 5V'ta, yaniokablo bir cihazdan diğerine bağlandığında yüksek voltajı önleyebilir.

USB PD iletişimi, tek satırlı bir iletişim kodu olan Bi-phase Mark Code (BMC) kullanır. Veri 1'in iletimi, yüksek ve düşük voltajlar arasında bir geçiş süreci gerektirir ve veri iletimi 0 sabit bir yüksek voltaj veya düşük voltajdır. Her veri paketi, 0/1 dönüşümlü bir önsöz, paketin başlangıcını (SOP), bir paket başlığı, bilgi veri baytları, CRC döngüsel yedeklik kodu ve paketin sonu (Paketin Sonu) kodu içerir. Packet, EOC), aşağıdaki şekle bakınız:



Aşağıdaki şekil, yoğun bir şekilde genişletilmiş hale kadar veri yolu voltajının artırılması gerektiren bir PD iletişiminin dalga formunu göstermektedir. Önsözün dizesi, son genişletilmiş dalga formundan görülebilir.



BMC iletişim verileri, Ellisys'in EX350 analizörü gibi USB PD çözücü ile çözülebilir. Bu araçla, PD iletişiminin verileri yakalanabilir ve her veri paketinin anlamı görüntülenir; bu veriler, CC üzerindeki veri yolu voltaj değeri, dalga formu gibi zamanla ilgili verileri içerirtel, vb., aşağıdaki şekle bakınız




4. Güç yapılandırma listesi

USB PD 3.0 spesifikasyonu aşağıdaki güç kaynağı yapılandırma listesini tanımlar:



Önceden tanımlanmış 4 ayrı voltaj değeri vardır: 5V, 9V, 15V ve 20V. 5V, 9V ve 15V için maksimum akım 3A'dır. 20V konfigürasyonda, kablo normalse, izin verilen maksimum çıkış 20V/3A'dır(60W). Özel olarak özelleştirilmiş bir kabloELectronicMark (E-Mark)kullanılırsa, ilgili veriler 20V/5A'ya büyütülebilir(100W). En yüksek voltaj ve gücü destekleyen bir sistemDerecesiAyrıca tüm düşük voltaj ve gücü desteklemelidirDerecesis.


5. KabloELectronicMark (E-Mark) ve E-Mark çipi nasıl çalışır?

USB Type-C spesifikasyonu, farklı özelliklere sahip çeşitli kabloları tanımlar. Düşük hızlı USB 2.0 kablosu için özel bir gereklilik yoktur. Ama USB 3.1 kabloları içinsüperhızlı veri iletimi veya akımı 3A'yı aşan kablolar,ELectronicMarkkullanılmalı. Aşağıdaki şekilde gösterilen kablo, kablonun özelliklerini tanımlama işlevi olan bir IC içerir. Bu canlı kablo ayrıca sinyal şekillendirme için IC içerebilir ve bunların hepsi VCONN'dan güç gerektirirWierkablodan.



Kabloya ait VconnELectronicMarkçip, 1 değerinde bir aşağı çekilen direnç Ra içerirKΩ ve değeri, genellikle 5.1kΩ olan direnç Rd'den daha küçüktür. Böyle bir kablo takıldığında, kaynak ucu CC1 ve CC2'nin voltaj düşüşünü görür. Belirli voltaj değişimi, sunucuya hangiSonlavabo ucundaki 5.1kΩ dirençle aşağı çekilir, ve hangiSon1 tarafından aşağı çekilirKΩ kabloya direnç, yani tYerleştirme yönüKablonunBelirlenebilir. Ra'nın aşağı çekme etkisi ayrıca kaynak uçun VCONN'un 5V güç kaynağına ihtiyacı olduğunu bilmesini sağlar; bu nedenle CC ucuna güç sağlamak için güç sağlamak zorunda.ELectronicMark.



Aşağıdaki şekil bir test vakasını göstermektedir,whichGüç kaynağı ucu (kaynak), güç tüketim ucuna (lavaboya) bir kablo ile bağlıdır.ELectronicMark, ve kablo ters durumda. Kablo bağlandığında, bir CCtelkaynak ucunda ise bir 1 ile çok düşük bir voltaja çekilirKΩ VCONN tarafından direnç.

KaynakSonbu voltajı algılayacak ve kablonun içinde birELectronicMark çipi, yani 5V VCONN'u CC'ye bağlayacaktelkablonun iç devresine güç sağlamak için.

Daha sonra gerçekleşen PD iletişimi, kaynak ileELectronicMark(SOP' veya SOP olarak adlandırılır), ve kaynak ile lavabo arasındaki iletişim (SOP olarak adlandırılır)




6. Güç kaynağının çift rolü

Bazı USB Type-C cihazları hem kaynak hem de yutucu olarak kullanılabilir ve bunlara çift rolü destekleyen cihazlar denir (Dual Role for Power, DRP). Bu cihazın CC1 ve CC2 terminalleri yüksek ve düşük seviyeler arasında dönüşümlü bir durumdadır. Bağlantı öncesi, bağlantı gerçekleştiğinde, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, her ikisinin CC terminalleri değişir.


Bu durumda, soldaki DRP cihazı kaynak olarak seçilirken, sağdaki DRP cihazı ise lavabo olarak seçilir. Bu durum ayrıca tersine çevrilebilir; bir DRP cihazı kaynak öncesine ayarlanmadıkça (örneğin harici bir güç adaptörüyle beslenirse) veya bataryadan önce (örneğin pil ile beslenirse) ayarlanmadıkça tersine çevrilebilir.

Güç rol değiştirme ayrıca, iki DRP cihazından biri rol değiştirme talebini başlattığı sürece bağlantı sırasında da gerçekleşebilir. Aşağıdaki şekil, böyle bir rol değişimi sürecini göstermektedir.






 

Telif Hakkı 2019 Tüm Hakları Saklıdır.

Bağlantılar: