【Maker 電子學】USB 電源供應徹底研究—PART5

Posted By Liang Bird on 8 月 23, 2023 in Maker電子學, USB電源, 教學文 | 0 comments

上一回【Maker 電子學】USB 電源供應徹底研究—PART4，我們介紹了 USB 組織自己提出來的 USB Battery Charger 標準、它所定義的充電器類別和識別方法，以及它和各種利用 D+/D- 線上的電壓來識別充電器能力的方法。

這一回我們要繼續介紹 Quick Charge 陣營的快充標準。

可調電壓

我們之前聊的這些利用 D+/D- 上的電壓來辨認充電器輸出電流能力的識別方法，都有一個前提：VBUS 的電壓是 5 V，而我們在第三回時就有說明過，USB type A 連接器每一個隻腳可以流過的電流是有上限的：最早的標準是 1 A、目前大部分通用的零件是 3 A、極少部分的特殊零件可以到 5 A。在 VBUS 爲 5V 的前提下，就算用了最大電流 5 A 的 USB 連接器，充電功率也就最大 25 W 而已，這個功率對手機可能夠了，但對平板、筆電等電池容量更大的裝置卻遠遠不足。

因此以 Qualcomm 爲首的 Quick Charge 陣營就另闢蹊徑：提出了可調 VBUS 電壓的 USB 快充標準。在最大電流不變的前提下，只要提高充電電壓，就可以獲得更大的充電功率。

不過要更動 VBUS 電壓是件非同小可的事，萬一不小心送出過高的電壓給不支援高電壓充電的裝置，是有可能把裝置燒毀的，因此 Quick Charge 對於調整 VBUS 電壓的辨認程序比我們之前提過的，僅利用 D+/D- 上的電阻分壓來辨認要複雜得多。

Quick Charge 2.0 的標準中，定義了幾種不同的充電電壓，也定義了兩種 class：

（圖片來源：Bird 提供）

其實 Class B 就是比 Class A 多一個 20V 的充電標準而已，爲什麼要多分一個 class 呢？因爲在一些電源供應器的安全規範標準如 UL3010 中，20 V 以上是一個門檻。如果你的電源供應器開路電壓小於 20V，取得某些安規認證會稍微容易一點，因此這也是爲什麼有很多筆記型電腦的充電器電壓都是 19.5 V 的原因，它們就是希望在符合某個安規的前提下，盡可能榨出最大的充電功率。

辨識程序

Quick Charge 標準中可以支援 5 V 以上充電電壓的充電器叫做 HVDCP（high-voltage dedicated charging port），裝置與充電器都需要支援 Quick Charge 標準，才能完成辨識程序，開始使用較高的電壓充電。

辨識程序的前半部與 USB BC 的標準相容。首先，當裝置插入充電器時，充電器仍然輸出 5 V 的 VBUS，這時會開始 USB BC 的 primary detection 程序：充電器，也就是 HDVCP 會將 D+/D- 短路在一起，然後裝置會在 D+ 上面送出一個 0.6 V 的電壓，並偵測 D- 上的電壓是否超過一個門檻 VDAT_REF（0.25-0.4V），如果有的話，代表這個充電器有支援 USB BC 1.2 的快充協定。