USB-C Power Delivery - Wat maakt een USB-C-kabel snel opladen?
23 augustus 2022
USB-C Power Delivery - Wat maakt een USB-C-kabel snel opladen?
Voordat de Type-C-interface verscheen, mocht de USB-kabel slechts 2,5 W stroom leveren, terwijl de USB Type-C-kabel het maximale vermogen toestond tot 5 V/3 A (15 W). Als het Power Deliver (PD)-protocol wordt aangenomen, kunnen de spanning en stroom worden verhoogd tot 20V/5A (100W), waardoor grote apparaten van stroom kunnen worden voorzien via de USB-interface, zoals het opladen van een laptop met een grote batterij.
Maar, Wat maakt een USB-C-kabel snel opladen?
FTen eerste,Laten we eens kijken naar de USB-C-interface en de USB-C-kabel
1. Functiedefinitie van PINsvan USB Type-C
Type-C is een vorm van USB-interface. Het is de enige USB-connector die zich niets aantrekt van de voorkant kant en terugkantwanneer het is ingebracht. Het ondersteunt USB-standaard opladen, gegevensoverdracht, videotransmissie, audiotransmissie, weergave-uitvoer en andere functies.
Een ander verschil tussen USB Type-C en oudere standaarden is de mogelijkheid om een dubbele rol te vervullen. Beide uiteinden van elke USB Type-C-kabel zijn gespiegeld, wat betekent dat de twee aangesloten apparaten met elkaar moeten communiceren om te bepalen of ze als host of als randapparaat moeten bestaan. De communicatie van de rollen moet afzonderlijk worden uitgevoerd voor data en stroom, en dit werk moet worden uitgevoerd nadat de kabel is aangesloten.
De hostpoort die voor datacommunicatie wordt gebruikt, wordt Downstream Facing Port (DFP) genoemd en de perifere poort wordt Upstream Facing Port (UFP) genoemd. In termen van voeding wordt de kant van de voeding de bronkant genoemd (Source) en de kant van het stroomverbruik de sink-kant (Sink). Sommige apparaten kunnen zowel de Dual Roles of Data (DRD)-mogelijkheid op de gegevens als de Dual Roles of Power (DRP)-mogelijkheid op de voeding hebben. Het CC draaddefinieert de rol van de voeding tijdens de verbinding tussen de twee apparaten en communiceert via de Type-C "Configuration Channel Pin CC"
2.Hoe wordt een USB-C naar USB-C kabel aangesloten?
Het bedradingsschema van de volledig uitgeruste USB-C naar USB-C GEN 2-kabel is als volgt, verstrekt door P-Shine Electronic Tech Ltd.
Status (1) Onomgedraaide directe verbinding
De afbeelding hierboven toont de aansluiting wanneer de kabel is Niet omgedraaid. Van de socket aan de linkerkant naar de socket aan de rechterkant, het RX1-paar is verbonden met het RX1-paar, het RX2-paar is verbonden met het RX2-paar; D+ is verbonden met D+, D- is verbonden met D-, SBU1 is verbonden met SBU2 en CC1 is verbonden met CC1. .
Soms hoeven de VCONN's aan beide uiteinden van de kabel niet te worden aangesloten (B5 t/m B5). Wanneer de elektronische merken(E-keur) chip is geïnstalleerd op de printplaat van de USB-C-connector, de B5 van de linker stekker en de B5 van de rechterstekker nodig hebbenmet elkaar verbonden zijn
Staat (2) FVerbinding met lipjes
Wanneer de stekker en het stopcontact aan de linkerkant hetzelfde blijven, en het stopcontact aan de rechterkant ook blijft hetzelfde, maar de stekker aan de rechterkant verandert van de ene naar de andere kant (USB-C ondersteunt het insteken aan de voor- en achterkant), de USB-C-aansluiting Gespiegeld
In dit geval is van de socket aan de linkerkant naar de socket aan de rechterkant het RX1-paar aangesloten op het TX2-paar, het RX2-paar is verbonden met het TX1-paar, D+ is nog steeds verbonden met D+, D- is nog steeds verbonden met D-, SBU1 Connect met SBU1, SBU2 met SBU2 en CC1 verbonden met CC2 via de CC draad. Nu worden high-speed gegevens verzonden via RX1+/- en TX1+/- aan de linkerkant naar TX2+/- en RX2+/- aan de rechterkant.
Zowel de linker als de rechter stekker kunnenworden omgedraaid. Het lijkt erop dat er in totaal vier verschillende verbindingsmethoden zijn, maar er zijn er eigenlijk maar twee, direct (beide uiteinden tegelijk omdraaien is gelijk aan direct) en eenzijdige flipped.
Daarom kunt u vier paren high-speed signaalparen zien in de 3.1-kabel van de USB-C naar USB-C-kabel, maar slechts twee paren werken tegelijkertijd, wWanneer de eenzijdige stekker wordt omgedraaid, kunnen de andere twee vrije signaalparen het originele werkende paar vervangens. Of als de rollen van de host en de randapparatuur voor voeding of gegevensoverdracht veranderen, worden signaalparen voortdurend omgeschakeld.
In het USB 3.1-systeem moeten de RX/TX-gegevensparen met behulp van een multiplexer voor elke mogelijke verbindingstoestand worden geconfigureerd, zodat een correcte communicatie tot stand kan worden gebracht.De onderstaande afbeelding toont de routeringsmogelijkheden van gegevensparen tussen USB Type-C-poorten, de oriëntatie van de stekker en het stopcontact kan worden gekend door de status van CC1/CC2 op elke terminal te meten, de CC-logische controller kan vervolgens de routeringsconfiguratie van de multiplexer voltooien, hetzij in de multiplexer of in de USB-chipset.
3.USB-C Power Delivery - Wat maakt een USB-C-kabel snel opladen?
USB PD3.0 heeft alleen betrekking op de voeding van de kabel en heeft niets te maken met de gegevensoverdracht. Traditionele USB-A-oplaadkabels kunnen slechts twee draden zijn, VBUS en Gound. Een USB-C naar USB-C-kabel die voldoet aan PD 3.0 vereist echter ten minste drie draden, VBUS, Gound en CC (Channel Configuration).
In een USB Type-C-kabel die geen gebruik maakt van eenprotocol voor stroomoverdracht, de methode voor stroomoverdracht van het bronuiteinde naar het gootsteenuiteinde wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding
Het bronuiteinde van de USB Type-C-kabel bevat altijd een MOSFET-schakelaar voor het in-/uitschakelen van VBUS, het kan VBUS-stroom detecteren, de belangrijkste functie is het detecteren van overstroomomstandigheden,het VBUS-ontlaadcircuit erin begint te werken wanneer er overstroom optreedt. De detectiecircuits van CC1 en CC2 bevinden zich zowel aan de bron- als aan de sink-uiteinden.
De rol van de CC (Channel Configuration) draadis om de voeding voor twee aangesloten apparaten te configureren. In eerste instantie is er geen voeding op de VBUS van de USB Type-C-interface. Het systeem moet de rol van het apparaat tijdens de kabelverbinding definiëren.Het apparaat met de spanning van de CC-lijn op het stopcontact omhoog getrokken, wordt gedefinieerd als de stroomleverancier (bron), terwijl het apparaat met de naar beneden getrokken spanning wordt gedefinieerd als de stroomverbruiker (sink).
Bovenstaande figuur laat zien hoe je de rol kunt bepalensvan de stroomvoorziening en het verbruik, de kabeloriëntatie en de stroomvoorziening. De CC1 en CC2 aan de bronzijde worden hoog getrokken door de weerstand Rp, en de bewaakte CC1/CC2 staat altijd op een hoge spanning als er niets is aangesloten. Zodra de gootsteen is aangesloten, wordt de spanning van CC1 of CC2 naar beneden getrokken door de weerstand Rd . Omdat er maar één CC-draad in de kabel zit, kan de bron zien welke kant van de CC wordt laag getrokken. De spanning van CC1/CC2 bij de gootsteen wordt ook bewaakt, on.v. een CC draadblijkt te zijn opgetrokken, zal de verandering in het spanningsniveau de gootsteen laten weten wat de stroomvoorziening van de bron is.De pull-up weerstand Rp in de schakeling kan ook worden vervangen door een stroombron, die eenvoudig te implementeren is in een geïntegreerde schakeling en immuun kan zijn voor V+ voedingsspanningsfouten.
De gedefinieerde waarde van de pull-down weerstand Rd bij de sink is 5.1KΩ, dus de spanning van de CC draadwordt bepaald door de waarde van de pull-up weerstand Rp aan de bron (of de huidige waarde van de huidige bron). Er zijn 3 niveaus van busstroomdie zijn gedefinieerd. De laagste CC draadspanning (ongeveer 0,41 V) komt overeen met de standaard USB-voedingsspecificatie (500 mA voor USB 2.0 of 900 mA voor USB 3.0) en de hogere CC draadspanning (ongeveer 0,92 V) ) komt overeen met een stroomcapaciteit van 1,5 A. Als de CC draadspanning is ongeveer 1,68 V, de bijbehorende Mde gemiddelde stroomvoorziening is 3A. Relevante gegevens kunnen verwijzen naar de volgende figuur
De onderstaande figuur toont een meetgeval waarin de voedingszijde (Source) is aangesloten op de stroomverbruikszijde (Sinkt), met behulp van een normale USB-C naar USB-C-kabel.
In eerste instantie worden zowel CC1 als CC2 op de bronbus door de weerstand Rp tot een hoge spanning getrokken, en zowel CC1 als CC2 op de spoelbak worden door de pull-down weerstand Rd naar beneden getrokken tot een lage spanning.
Nadat de kabel is aangesloten, wordt CC1 of CC2 omhoog getrokken tot een hogere spanning, afhankelijk van de insteekrichting van de kabel. De kabel is in dit geval niet in een omgedraaide toestand, de CC1 aan de bronkant en CC1 aan de gootsteenkant zijn aangesloten,nadat de spanning op CC1 is beïnvloed door Rp en Rd, verschijnt er een nieuwe waarde, deze spanning wordt gemeten door de sink en weet zo wat de stroomvoorzieningscapaciteit van de bron is.
In dit geval is de spanning van CC1 na aansluiting ongeveer 1,65V, wat betekent dat de bron een maximale stroom van 3A kan leveren.
Na het CCdraadverbinding tot stand is gebracht, wordt de 5V-spanning op VBUS ingeschakeld.
In systemen zonder stroomvoorzieningsprotocol wordt de stroomvoorzieningscapaciteit op de bus bepaald door Rp/Rd, maar de bron levert slechts 5V
Na toepassing van het Power Delivery (PD)-protocol kan de busspanning van het USB Type-C-systeem worden verhoogd tot maximaal 20V, wordt de communicatie tussen de bron en de gootsteen met betrekking tot busspanning en -stroom tot stand gebracht door seriële BMC-codes op de CC-draad te verzenden
Het systeemframediagram van het USB Type-C-systeem, inclusief het PD-protocol van de bron kant naar de gootsteen kantwordt weergegeven in de onderstaande figuur
Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, bevat de bronzijde een spanningsomvormer, die wordt aangestuurd door de PD-controller aan de bronzijde. De spanningsomvormer kan een Buck-, Boost-, Buck-Boost- of flyback-converter zijn, afhankelijk van de ingangsspanningsomstandigheden en de hoogste busspanningsvereisten. PD-communicatie via de CC draadstaat ook onder controle van de PD-controller. Het USB PD-systeem heeft ook een schakelaar nodig om de Vconn-stroom over te schakelen naar een CC draad.
Wanneer de verbinding van de kabel tot stand is gebracht, start de SOP-communicatie van het PD-protocol via de CC draadom de specificatie van krachtoverbrenging te selecteren,De gootsteen vraagt de parameters voor de stroomconfiguratie (spannings- en stroomgegevens van de bus) die de bron kan leveren. Aangezien de stroomvraag van de sinkteinde is vaak aanverwant op het apparaat dat is aangesloten op de zinken(zoals een oplader), de ingebouwde systeemcontroller van de Sinktend moet communiceren met de PD-controller van de bronzijde om de bijbehorende specificaties te bepalen.
De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van een zinkende PD-controller die een hogere busspanning aanvraagt.
De communicatie tussen de spoelbak en de bron op de CC draad ziet er als volgt uit:
1. De sInktzijde is van toepassing om de capaciteitsgegevens van de bronzijde te verkrijgen.
2. De bron verstrekt informatie over zijn capaciteitsgegevens.
3. De spoelbak selecteert de juiste parameters voor de stroomconfiguratie uit de informatie over capaciteitsgegevens die door de bron wordt verstrekt en verzendt een bijbehorend verzoek.
4. De bron accepteert het verzoek en wijzigt de busspanning naar de overeenkomstige parameter. Bij het wisselen van de busspanning wordt het stroomverbruik van de spoelbak zo klein mogelijk gehouden. Het proces van het verhogen van de busspanning aan de bronzijde wordt uitgevoerd volgens de gedefinieerde spanningsverhogingssnelheid.
5. Nadat de busspanning de eindwaarde heeft bereikt, wacht de bron tot de busspanning is gestabiliseerd en danhet verzenden van een Power Ready-signaal naar de zinkeneenOp dit punt kan de gootsteen zijn stroomverbruik verhogen. Hetzelfde communicatieproces vindt plaats wanneer de gootsteen wil dat de busspanning daalt, tijdens de daling van de busspanning, activeert de bron een shuntcircuit dat de busspanning snel verlaagt door actieve busontlading. Na het bereiken van de nominale waarde wacht de bron iets langer tot de busspanning is gestabiliseerd voordat hij een stroomklaar signaal naar de consument stuurt
Deze communicatiemethode zorgt ervoor dat eventuele stroomveranderingen op de bus binnen de mogelijkheden van de bron en de gootsteen vallen, waardoor oncontroleerbare omstandigheden worden vermeden. Wanneer de verbinding van de Type-C-kabel wordt losgekoppeld, wordt ook de stroom op de bus uitgeschakeld. EenElke nieuwe verbinding zal zeker de detectie van de kabelverbinding doen, en de spanning is altijd op 5V, zodat hetkan hoge spanning vermijden wanneer de kabel van het ene apparaat op het andere is aangesloten.
De USB PD-communicatie maakt gebruik van Bi-phase Mark Code (BMC), een communicatiecode met één regel. De overdracht van gegevens 1 vereist een schakelproces tussen hoge en lage spanningen, en de overdracht van gegevens 0 Het is een vaste hoogspanning of laagspanning. Elk gegevenspakket bevat een afwisselende preambule van 0/1, een SOP-beginpunt, een pakketheader, informatiegegevensbytes, een CRC-code voor cyclische redundantie en een code voor het einde van het pakket (End of Packet). Pakket, EOC), zie de onderstaande figuur:
De onderstaande figuur toont de golfvorm van een PD-communicatie die een verhoging van de busspanning vereist van dicht naar uitgebreid. De volgorde van de preambule is te zien aan de hand van de laatste uitgebreide golfvorm.
BMC-communicatiegegevens kunnen worden gedecodeerd met een USB PD-decoder, zoals de EX350-analysator van Ellisys. Met deze tool kunnen de gegevens van PD-communicatie worden vastgelegd en wordt de betekenis van elk datapakket weergegeven, dat tijdgerelateerde gegevens bevat, zoals busspanningswaarde, golfvorm op de CC draad, enz., zie onderstaande figuur
4. Lijst met stroomconfiguraties
De USB PD 3.0-specificatie definieert de volgende configuratielijst van de voeding:
Er zijn 4 afzonderlijke spanningswaarden die vooraf zijn gedefinieerd: 5V, 9V, 15V en 20V. Voor 5V, 9V en 15V is de maximale stroom 3A. In een 20V-configuratie, als de kabel normaal is, is de maximaal toegestane output 20V/3A (60W). Als een speciaal op maat gemaakte kabel met ELectronisch Markering (E-keur)wordt gebruikt, kunnen de bijbehorende gegevens worden vergroot tot 20V/5A (100W). Een systeem dat de hoogste spanning en vermogen ondersteunt graadMoet ook alle lagere spanning en vermogen ondersteunen graads.
5.Kabel met ELectronisch Mark (E-Mark) en Hoe werkt een E-Mark chip?
De USB Type-C-specificatie definieert een verscheidenheid aan kabels met verschillende specificaties. Er zijn geen speciale vereisten voor een low-speed USB 2.0-kabel. Maar voor USB 3.1-kabels die ondersteuning bieden super snelle gegevensoverdracht of kabels met een stroom van meer dan 3A, ELectronisch Merkenmoet worden gebruikt. De kabel die in de onderstaande afbeelding wordt weergegeven, bevat een IC waarvan de functie is om de kenmerken van de kabel te identificeren. Deze levendige kabel kan ook IC bevatten voor signaalvorming, die allemaal stroom van de VCONN nodig hebben Wiervan de kabel.
De Vconn in de kabel met de ELectronisch Merkenchip bevat een pull-down weerstand Ra van 1KΩ, en de waarde is kleiner dan de weerstand Rd, die doorgaans 5,1 kΩ is. Wanneer een dergelijke kabel wordt ingestoken, ziet het bronuiteinde de spanningsval van CC1 en CC2. De specifieke spanningsverandering zal de gastheer vertellen welke eindewordt naar beneden getrokken door de weerstand van 5,1 kΩ van het zinkuiteinde, en welke eindewordt naar beneden getrokken door de 1KΩ weerstand van de kabel, dus tDe insteekrichtingvan de kabelkan worden bepaald. Het pull-down-effect van Ra zorgt er ook voor dat de bronzijde weet dat VCONN een 5V-voeding nodig heeft, dus het moet stroom leveren aan de CC-kant om aan de stroomvereisten van de ELectronisch Merken.
Onderstaande figuur toont een testcase,WhIchDe voedingszijde (bron) is verbonden met de stroomverbruikszijde (gootsteen) door middel van een kabel met een ELectronisch Merken, en de kabel is omgedraaid. Het is te zien dat wanneer de kabel is aangesloten, een CC draadaan de bronzijde wordt door een 1 naar een zeer lage spanning getrokkenKΩ weerstand van het VCONN-uiteinde.
De bron eindezal deze spanning detecteren en weten dat de kabel een ELectronisch Chip markeren, zodat het de 5V VCONN op de CC aansluit draadom stroom te leveren aan het interne circuit van de kabel.
De PD-communicatie die later plaatsvindt, omvat de communicatie tussen de bron en de ELectronisch Merken(SOP' of SOP genoemd), en de communicatie tussen de bron en de gootsteen (SOP genoemd)
6. Dubbele rol van de voeding
Sommige USB Type-C-apparaten kunnen zowel als bron als als gootsteen worden gebruikt, en ze worden apparaten genoemd die dubbele rollen ondersteunen (Dual Role for Power, DRP). De CC1- en CC2-aansluitingen van dit apparaat bevinden zich in een staat van afwisselend hoge en lage niveaus. Vóór de interconnectie, zodra de verbinding tot stand is gebracht, zullen de CC-klemmen van beide veranderen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
In dit geval wordt het DRP-apparaat aan de linkerkant geselecteerd als de bron en het DRP-apparaat aan de rechterkant als de gootsteen. Deze situatie kan ook worden omgekeerd, tenzij een DRP-apparaat is ingesteld op de eerste bron (bijvoorbeeld wanneer het wordt gevoed door een externe voedingsadapter) of is ingesteld op 'sink' (bijvoorbeeld wanneer het wordt gevoed door een batterij).
Schakelen tussen stroomrollen kan ook plaatsvinden tijdens de verbinding, zolang een van de twee DRP-apparaten het verzoek om van rol te wisselen initieert. De volgende figuur toont het proces van zo'n rolwisseling.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
---%E5%89%AF%E6%9C%AC.png)
---%E5%89%AF%E6%9C%AC.png)
%20and%20How%20a%20Power%20Deliver%203_0%20protocol%20works%20(4).jpg)
%20and%20How%20a%20Power%20Deliver%203_0%20protocol%20works%20(5).jpg)
%20and%20How%20a%20Power%20Deliver%203_0%20protocol%20works%20(6).jpg)
%20and%20How%20a%20Power%20Deliver%203_0%20protocol%20works%20(7).jpg)
%20and%20How%20a%20Power%20Deliver%203_0%20protocol%20works%20(1).png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
