PD充电是什么?电脑充电器能给手机充电吗?

快充 vs 普充
普通充电
对于 usb type-a standard 转 usb type-b micro 接口的连接线给手机充电。
充电头端的 usb type-a receptacle 作为供电端,在没有充电协议的加持下,
最大只能对外提供 5v@900ma (usb3.0 是 900ma,usb2.0 是 500ma)的充电功率。这是 usb type-a 接口的硬件设计规范。
对于 usb type-a plug 转 usb type-c plug 的连接线给手机充电。
在没有充电协议的加持下,type-c 接口规定,power source 端供电能力取决于cc上的 rp 电阻。power sink 端 cc 下拉 rd=5.1k,根据 cc 分压即可确定 power source 端的供电能力。
由于转接线和充电头可能不是配套的。如果充电头端的 usb type-a receptacle 只能提供5v@900ma,那么即使转接线 type-c plug 端 rp声明为 5v@3a,也没法给手机提供5v@3a 的充电功率,还有可能损坏充电头。
显然,在没有充电协议加持的情况下,type-c 转接线最大可以支持 5v3a 的充电功率,type-b micro 转接线最大可以支持 5v@900ma 的充电功率,这都是单纯的硬件设计规范。
快速充电
实际上,不管是 type-c 接口,还是 micro usb 接口,都出现过超过硬件接口设计规范的充电功率产品。这些都是快充协议的功劳,而且大都是利用转接线中的 usb2.0 d+/- 两个线完成通讯(注意这里的通信不是 usb通信,只是利用 d+/- 两根线,设计的通讯协议而已。详细协议此文不做介绍)。
手机市场巨大,各家虽然都采用同样的充电接口,但是基本都设计了自家的私有快充协议。
关于手机的快充,有三点是关键。充电头、充电线、充电设备。
以华为 mate40 手机为例,支持最新的 fcp 快充协议,在使用原装充电器和充电线的情况下,最大支持66w(11v@6a)充电。
连接充电后,首先充电头端会发起 fcp 快充识别协议,同时充电线的接头里面也设计有识别 ic。当充电头通过 fcp 协议正确识别了手机和充电线后,手机充电才会进入超级快充。为了实现 66w 超级快充,充电线材需要承受 6a 的大电流,因此必须设计一个识别 ic,防止使用普通线材发热起火(充电线接口也设计为橘黄色和普通线材做出区分)。
当使用的充电头,或者充电线不是原装的,都只能实现普通充电模式。mate40 同时支持 pd快充,显示为快速充电。原装充电器加充电线才会显示为超级快充。
pd 快充
pd 全称 power delivery,是 usb-if 协会设计并推广的一种快充协议。以统一移动电子设备快充协议混乱的局面。最新的 pd3.1 协议可以最大支持 240w的充电功率,几乎涵盖了所有的移动电子设备。
支持 pd 快充,必须采用 usb-c to usb-c 的连接线,因为 pd 快充是基于 pd 协议实现的。pd 协议是在 configuration channel 上实现的,即下图中的 a5 或者 b5。usb type-a 转 usb type-c 充电线中是没有 cc 通讯的。
如下图,当充电设备通过 usb-c to usb-c 的充电线连接后,双方的 cc 都会连接。经过 power negotiate 后,会实现 pd 快充。
pd 在 power negotiate 上比较简单。如下图,
power source 端发送 source capability(包含1-4组 power level)power sink 根据自身需求请求一组合适的 power levelpower source 安装 power sink 请求提升电压,设置限流阈值即可
抓取 pd 通信波形,以及 vbus 变化情况,如下图。
当然,pd 协议不仅仅会完成 power negotiate,还会继续完成 altmode 配置,为 dp、tbt、usb4、pcie 等高速协议的链接做准备。
笔记本的充电需求一般在 45w-90w,因此type-c 接口就是第一选择,同时支持 pd 快充协议。一个 usb-c 口就可以实现 usb+dp+pd 所有功能。
笔记本电脑的 type-c 充电器虽然最高会支持到 100w,但是根据 pd 充电协议的规则,也是可以给手机充电的。
手机作为 power sink 请求合适自己的 power level 即可。
多协议兼容
私有协议各有优势,但是互不兼容。当 power source 端和 power sink 端的快充协议不一致,那么就犹如 “鸡同鸭讲”,无法实现快充了。
事实上,私有快充协议不兼容问题已经有工程师提出了解决方案,那就是多协议解码器。通信协议实质上就是一定规则的电平变化,那么使用软件配合 mcu 必然可以实现多协议兼容。如果 power source 端或者 power sink 端采用了多协议解码器,就如同一个人学习了多门 “方言”,不管是粤语还是藏语,协议解码器都能 “说” 或者 “听”。
芯海科技就针对多协议充电推出完整的解决方案。
cs32g020 系列是芯海科技推出的支持 usb type-c 和 pd3.0 协议的
usb type-c 控制器,可应用于pc 电源适配器、手机充电器、移动电源、车充、 hub 等领域。cs32g020 内嵌 arm® cortex™-m0 内核,主频最高 48mhz, 可以支持很广范围的工业控制应用和需要高性能 cpu 的场合。内置 64k 字节程序flash,数据 flash 大小可配置(与程序 flash 共享) ,4k 字节 ldrom, 8k 字节 sram。cs32g020 封装包括 qfn24 和 qfn32。
cs32g020支持 pd、qc4.0、scp、fcp、afc 等快充协议。
采用 cs32g020 设计的充电宝,使用 chargerlab power-z kt001 检测充电宝的 usb-c口,发现支持 apple-2.4a、bc1.2、qc2.0/3.0,huawei-fcp、huawei-scp 等多个快充协议。

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