USB标准电压是5V,手机的9V或者10V是快速充电的电压
常见的USB接口有Type-A,Type-B,Type-C,其中Type-C是一种全新的USB接口,它的推出很好的解决了之前USB接口的各种问题,USB接口输出的标准电压是5V,题主所说的9V甚至10V应该是用于快速充电的输入电压。
快充协议需要Type-C接口加持
随着锂电池技术和智能手机的快速发展,现在的手机或者笔记本电脑配置了容量越来越大的锂电池。电池容量的增大使得快充充电技术走上快车道。加快充电速度意味要加大充电的功率,增加功率要么加大充电电流,要么升高充电电压,其中升高充电电压是非常好的方法。
非Type-C的USB接口电源是固定5V的,电源只能从USB接口输出;而全新的Type-C接口加入了更多的引脚,可以实现电能双向传输,正反方向都可插,集充电、数据传输、显示于一体。作为输出时,输出5V的电压,当充电用时,可以接受更高电压的输入。
Type-C快充充电头有什么特别?
以一个小米45W快充头为例,它的输出电压有5V/2A,12V/2A,15V/3A,9V/2A/20V/2.25A。除了可以输出5V电压给普通手机充电,还可以输出各种比较高的电压,给支持相应快充协议的手机,笔记本电脑或者其它设备充电。这就是Type-C接口的魅力了,当充电器与手机(或者其它设备)连接后,充电器会与手机(或者其它设备)沟通,根据手机(或者其它设备)的需求输出相应的电压。
Type-C接口是怎么工作的?
- USB Type-C设备接口有两种,主设备接口DFP (Downstream Facing Port)和从设备接口UFP (Upstream Facing Port),没有设备连接时,Type-C接口是没有电压的,只会定时提供脉冲电压,用于检测连接,只有建立连接后,主设备接口才会输出电能给从设备接口。还有一种是双向接口DRP(Dual Role port),可以作为主接口也可以成为从接口,像手机的Type-C接口就是双向接口,它可以输出电能,也可以接受电能用于充电。
- 主机(DFP)上的CC pin需要有一个上拉电阻Rp,从机(UFP)则需要有一个下拉电阻Rd。两个设备的CC引脚相互相连后,通过检测电流,主机(DFP)的CC 引脚就可以检测到从机(UFP)的下拉电阻Rd,判断是否连接成功,成功连接后,主机(DFP)才会打开Vbus的电源开关,给从机(UFP)提供电能。因为Type-C接口是对称的,有两个CC引脚(CC1,CC2),接口就可以根据那个CC引脚检测到下拉电阻来确定接口插入的方向,切换RX/TX,建立通讯接口。
- 下拉电阻Rd是一个固定的电阻,阻值是5.1k,上拉电阻Rp是不确定的值,上面也提到了USB Type-C可以提供多种电压的供电模式, 根据不同的Rp阻值,CC引脚就可以检测出不同的电压,从而提不同的供电电压。
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手机充电器电压的提升,主要是为了增加充电电流的同时,通过提高输入电压的方式降低输入电流。
手机充电器电压
USB的标准电压是5V,并且早期的手机充电器的输出电压基本都是5V,输出的电流常用的有1A、2A等。随着手机屏幕的逐渐增大,以及功能系统的不断优化,对手机续航的要求随着提升。想要提高手机的续航时间,就需要增大电池的容量,电池容量增加了,为了保证充电速度,就需要更大的充电电流,所以后来出现了更高输出电流的充电器,比如5V4A。但是电流的增加,对充电器的设计、充电线以及充电接口都会造成一定的影响,那就是发热的控制。所以4A的充电器输出接口是特别设计的,虽然还是标准的USB,但是触点的面积做了更改。
再后来随着更多快充技术的出现,为了提升充电速度的同时,还要保证充电线及接口的使用安全性,就通过提高输入电压的方式减小电流。所以,快充的充电器输出电压已不再是5V,而是更高的电压。电压输入到手机之后,经过电源管理芯片的降压,仍然以低压给电池充电,但是充电电流有所提升,充电的速度也就提升了。但是充电器的接口标准仍然是USB,USB的标准电压是5V,如果充电器直接输出高电压,就会使不支持快充的充电设备烧坏,并且每个手机所支持的快充电压也不同,这一点是如何识别的呢?
手机充电器协议识别
这里就牵扯到了协议识别的问题。USB标准接口为四根线,除了两跟电源外,还有两跟数据线,充电器与手机之间就是通过这两根线的电压来识别充电器的。在充电器刚刚插入手机时,充电器的输出电压仍然是5V,当手机识别到充电器时,会识别充电器所支持的快充协议,也就是握手。如果当前使用的充电器支持手机快充协议,才会按照快充协议的电压输出。这就是为什么同一个手机充电器,有两种甚至多种输出电压规格时,能够判断应该输出多少电压的原因。
不仅快充充电器需要协议识别,标准5V输出的充电器同样有协议识别的问题。这也是为什么充电器混用时,标称输出电流大的充电器充电速度有时反而慢的原因。最终的充电电流是有手机内的电源管理芯片决定的,同时需要识别正确的协议,如果当前充电器的协议不对,就会降低充电电流甚至不充电。
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