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USB-IF电池充电规格与测试
发布时间:2011/8/16 18:56:00 来源:
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隸屬USB-IF下的Battery Charging 工作小組(主要參加者多為手機相關廠商,如Nokia, Qualcomm, Motorola, 中國大陸TMC…等),歷經多年的討論,即將推出最新版(V1.1)的「電池充電規格」,此規格主要在製定透過USB介面充電的裝置與提供透過USB介面充電的設備(如系統、充電座)間的規範,特別是把USB標準的供電量從500mA提升到1.5A的最大可能,企圖統一目前混亂的局面(各國都有自己訂定的規格),也避免使用者因為透過USB介面充電而遭遇問題。(左圖一:USB介面專用充電器)

此外該電池充電規格還允許PC和集線器提供更高等級的電流,因而能夠縮短所連接可攜式設備(Portable Device)的充電時間。就如同USB-IF總裁Jeff Ravencraft所說的: 該電池充電規格允許多種可攜式設備透過USB埠或標準的充電器進行充電,因而無需為不同的設備攜帶多個充電器。

重點項目

V1.1的電池供電規格中定義了四個新的品項:智慧充電器(Dedicate Charger)、可支持智慧充電的系統(Charging Host)、能透過 USB充電的設備(Portable Charging Device)與新定義的多功能USB介面規範(Accessory Charger Adapter)。

規格中定義了一種機制,使可攜式設備能夠檢測到它們是連接到壁式充電器、大電流主機、集線器,或是連接到常規的主機或集線器。若可攜式設備連接到壁式充電器、大電流主機或集線器,則該設備可以即刻汲取大於500mA的電流。若可攜式設備連接到一台PC或集線器上,則按照USB 2.0規格的要求,需要將該設備的電流限制為2.5mA、100mA或500mA。

此一規格也製定了可攜式設備如何判斷供電裝置的方法,在符合USB規格的情況下,允許周邊裝置透過USB界面,安全的充電並使用裝置。而且也製定了可攜式設備在哪些情況下可以使用多大的電流等規範,讓系統廠商有規則可循。例如可攜式設備可以再符合特定條件下,使用100mA的電流來進行不限時間的充電動作等等,因尋此一規範,就算是不小心插入到一般系統的USB界面,也不會造成損傷。另外透過監控D+ 與 D-兩根主要訊號線的電壓與電流變化,Portable Device也能夠判斷目前連接的設備是一般系統的USB界面、專用充電器或是具充電功能的USB界面。

圖二︰Dedicate Charger的辨識機制
USB-IF-Battery_clip_image004

相關的測試規範

因各國大多沒有對USB界面的充電器訂定特別的測試,而為了統一手機等可攜式設備的充電器規格,中國自2007年起,規定所有的可攜式設備須提供透過USB界面充電的功能,並進一步規範USB介面充電器的性能。至於USB-IF則尚未公佈正式的測試規範,草擬的相關文件則是USB Charging Port V0.1與ACA V0.6.,其測試概要分為參數測試和智慧充電器判別機制測試。
參數測試 :

  1. 規定的電壓、電流、電阻、電容和時間
  2. 最大充電電流為1.8A,最大輸出電流為1.5A(充電器)與0.5A(系統)
  3. 產品標準的最大電流需以輸出電壓為3.6V時測量到的電流為準,允許+50%的誤差

智慧充電器判別機制測試 :

  1. 目前的規範利用D+和D-信號線做為判別的依據

針對USB-IF訂定的四種產品項目,除了智慧充電器(Dedicated Charger)只需做部分修改就可符合協會的規範外,能符合規範的其他類型產品目前還未上市。
而USB-IF所訂定的「電池充電規格」與中國大陸所製訂的規格最大不同處便在於其所支援的品項。

項目 USB-IF規範 中國YDT1591-2006
定義品項

Dedicated Charger、Charging Host、Portable Charging Device、Accessory Charger Adapter

Dedicated Charger
輸出電壓 DC :4.75V-5.25V DC :4.75V-5.25V
輸出電流

500-1500mA

300-1800mA
D+ / D- 處理 D+和D-短接 D+和D-短接
輸出電壓與輸出電流之間關係 有詳細的定義和規範 需要符合給出的輸出電壓和電流關係圖
界面 USB A / Micro USB AB USB A
設備判別機制 對判別機制和要求有詳細的定義和規範。 “當手機測檢測到鏈接的供電界面中D+和D- 處於短接狀態時,表明所連接的裝置為本標準定義的充電器。否則表明所連接的裝置不屬於本標準定義的充電器,在此情況下手持機側應啟動限流措施,吸收電流不大於500mA”

雖然市面上已經出現部分宣稱符合「電池充電規格」的電源管理晶片,不過目前USB-IF還沒有開始進行認證測試,國內除了測試實驗室百佳泰等少數長期參與「電池充電規格」討論與訂定的廠商外,有許多廠商甚至還不知道有這份規格的存在。 而針對現有的USB-IF測試規範,百佳泰也已協助了充電器廠商完成測試。利用百佳泰自己開發的PDET測試製具,量測包括輸出電壓、過衝電壓、短路恢復時間、相關電組和電容以及輸出電流等測試內容。並且正向USB-IF提案相關的測試規範。

圖三:百佳泰開發的PDET測試製具
USB-IF-Battery_clip_image006
圖四: USB充電設備的列舉流程
USB-IF-Battery_clip_image008

 

現有電池充電規格待改善之處

V1.1的電池供電規格的規格書雖然可以提供較大電流的充電需求,但基於要相容於舊有的USB裝置,並沒有大幅改正USB裝置描述元的部份,特別是最大電流(Max Power)、HUB描述元等,硬體上雖然可以透過機制來判斷是否要進入”大電流”狀態,但對作業系統而言,並沒有辦法取得資訊或控制過程,所以目前已有由微軟所主導的新版規格針對此點在討論。新版規格書主要是針對韌體與軟體的部分,希望作業系統可以探知”充電”的過程與狀態,例如預計充電時間,電流使用狀態,電流分配,過電流警示等。相信有了這些突破,在不久的將來,支援USB充電的系統將可以扮演一個快速又聰明的“充電站”。

 
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