作者：Bird
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。
（圖片來源：Bird 提供）
接下來的偵測步驟就與 USB BC 無關，而是 Quick Charge 的 HVDCP 偵測步驟了。首先充電器會將圖中連接 D+/D- 的開關斷開，然後將 RDM_DOWN 接上。充電器將 D- 透過 RDM_DOWN 接地的這個動作是要告知裝置，除了 BC 1.2 DCP 外，我還是一個支援 5 V 以上充電電壓的 HVDCP，裝置知道這件事之後，就可以開始透過接下來的協定，向充電器要求 5 V 以上的電壓。
怎麼要求呢？其實還是透過 D+/D- 上的電壓來完成。接下來 D+/D- 上的電壓組合，就決定了充電器會送出什麼電壓：
（圖片來源：Bird 提供）
藉由四種不同的 D+/D- 電壓組合，裝置可以向充電器要求不同的電壓。在 D+/D- 的狀態確定之後，充電器就會開始調整 VBUS 的輸出，以回應裝置的要求。
充電器不一定支援所有的 HVDCP 電壓，比方說大部分的 Quick Charge 手機充電器都只支援到 9 V，這時後裝置如果跟它要 12 V 怎麼辦呢？它就不會送出 12 V，而裝置偵測到這種現象，就知道這個充電器不支援它目前所要求的電壓，這時裝置會繼續往下一級電壓嘗試要求，直到可以滿足需求爲止。
如果我們把一個支援 USB BC 的裝置插到 HVDCP 充電器上會發生什麼事呢？由於 HVDCP 也支援 BC 的 primary detection，所以 BC 的裝置會認爲這個充電器支援 BC 的大電流充電，並繼續 secondary detection（會由裝置在 D- 上面送出一個 0.6V 的電壓，並檢測 D+ 上的電壓），以辨認是充電專用的 DCP 還是可以傳輸資料兼充電的 CDP。
這時就有兩個很重要的問題：一個是「裝置認爲充電器有什麼能力」，另一個是「充電器認爲裝置要什麼」。當裝置進行 secondary detection 時，因爲充電器在結束 primary detection 之後已經將 D+/D- 斷開，所以裝置在送出 D- 上的電壓時，測量不到 D+ 上有電壓，因而會將充電器當作 CDP 看待，而充電器收到的 D- 上的 0.6 V 電壓時，D+ 應該是在 High-Z 的狀態等待被讀取。查閱上表，發現沒有這個狀態，因此 HVDCP 的辨認就到此爲止，它不會再輸出更高的電壓。
「不相容的裝置插到 HVDCP 上，HVDCP 只能輸出 5 V」這件事非常重要。想像一下，如果一個不支援 Quick Charge 20 V 的裝置插到支援 20 V 的 HVDCP 充電器上，而充電器不小心輸出了 20 V，會發生什麼事？這個電壓很有可能會將裝置燒毀。
小結 #
這一回我們介紹了 Quick Charge 的裝置如何與支援高電壓輸出的 HVDCP 溝通，以取得所需電壓的方式，這些協定牽涉到一些時序和狀態，已經無法用單純的電阻分壓來做到，而需要用到可程式化的電路（通常會用一些充電控制 IC 來處理這些辨認的協定）。
下一回，我們就來看一些這種通訊與辨認的 IC，以及它們如何運作的。
（責任編輯：賴佩萱）
