Администрирование Железо Как работает зарядка USB, или как не спалить свой смартфон Thu, July 19 2018  

Поделиться

нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.


Как работает зарядка USB, или как не спалить свой смартфон Печать
Добавил(а) microsin   

Мир техники наконец-то пришел к согласию вокруг стандартов устройств зарядки, после многих лет разброда и шатания между множеством не совместимых друг с другом коннекторов и адаптеров питания. Повсеместное распространение для портативных устройств получил разъем Micro-B, или microUSB, хотя еще все-таки наблюдается некоторая фрагментация с попытками перейти на новый коннектор USB-C, который вроде должен был бы заменить коннекторы USB micro-B линейки смартфонов Galaxy. Еще одно очевидное исключение из стандартизации - коннектор Apple Lightning, в остальном micro USB уничтожил склонность индустрии плодить индивидуальные коннекторы для подключения к зарядным устройствам.

Nexus 6P 640x360

Лет 15 назад Вам всегда нужно было запастись корректным источником питания для каждого своего устройства. Часто такой блок питания даже не был как-то помечен. Сегодня все изменилось - Вы можете зарядить свой телефон даже дома у приятеля, подключить свой планшет для зарядки к любому компьютеру, посмотреть фотографии с цифровой камеры на своем телевизоре, и все это благодаря стандартизованному коннектору. Однако с этим появилась новая проблема: подача питания от USB. Не все зарядные устройства USB, коннекторы и кабели для них сделаны одинаковыми. Вы наверное заметили, что некоторые настенные адаптеры для зарядки мощнее других. Также иногда одно гнездо USB на планшете или ноутбуке более мощное (или иногда работает быстрее), чем другие. На некоторых настольных компьютерах (desktop PC), даже когда они выключены, Вы все равно можете заряжать свой смартфон от их разъемов USB. В таком многообразии поведения легко запутаться, поэтому давайте разберемся, как действительно работает питание от USB.

[Новые стандарты]

many different smartphone chargers1 300x194Прочь, множество различных зарядников! Теперь у нас есть 4 спецификации USB: USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1 - в дополнение к новому коннекторы USB-C. Мы разберемся, где эти стандарты значительно отличаются друг от друга, но по большей части будем фокусироваться на USB 3.0, поскольку он уже встречается чаще всего.

В сети USB всегда имеется только один хост, и чаще всего одно подчиненное устройство (хотя в теории подчиненных устройств может быть и несколько). В большинстве случаев компьютер (PC) это хост, и смартфон, планшет или камера будут устройством. Питание всегда поступает от хоста к устройству, хотя данные могут передаваться в обоих направлениях. Так происходит, когда Вы копируете файлы туда и обратно между компьютером и своим телефоном.

Коннектор на кабеле USB-C:

USB Type C pinout plug

Гнездо USB-C на корпусе устройства:

USB Type C pinout receptacle

Назначение сигналов:

Мнем. Вывод Функция
GND A1, A12, B1, B12 Земля, общий провод для питания и всех сигналов.
TX1+ A2 Канал 1 передачи. Используется для USB или альтернативных режимов работы.
TX1- A3
TX2+ B2 Канал 2 передачи. Используется для USB или альтернативных режимов работы.
TX2- B3
RX1+ B11 Канал 1 приема. Используется для USB или альтернативных режимов работы.
RX1- B10
RX2+ A11 Канал 2 приема. Используется для USB или альтернативных режимов работы.
RX2- A10
VBUS A4, A9, B4, B9 + питания. Опционально по спецификации USB PD (PD обозначает Power Distribution) тут может быть напряжение +5V, +9V, +12V и +20V (в зависимости от ревизии интерфейса).
SBU1 A8 SBU расшифровывается как SideBand Use, т. е. "для стороннего использования". Обычно применяется для передачи аналогового стереосигнала аудио.
SBU2 B8
CC1 A5 Контакты для определения ориентации подключения разъема, канал коммуникации PD. B5 только на гнезде, расположенном на корпусе устройства.
CC2 B5
VCONN B5 Только на коннекторе кабеля.
D+ A6, B6 Канал данных (B6 только на гнезде, расположенном на корпусе устройства).
D- A7, B7 Канал данных (B7 только на гнезде, расположенном на корпусе устройства).

Разберемся с цифрами стандартов. Обычное гнездо или коннектор USB 1.0 или USB 2.0 имеет 4 вывода, и в их кабеле 4 провода (качественные кабели также могут иметь экран, соединяющий внешние металлические части коннекторов, подключенные к земле GND). 4 вывода расположены на коннекторе в один ряд; внутренние два из них передают данные (это сигналы D+ и D-), и внешние предоставляют источник питания 5V. Порты USB 3.0 добавляют дополнительный ряд из 5 контактов, так что USB 3.0 совместимые кабели имеют 9 проводов. В контексте реального передаваемого тока питания (в миллиамперах, или mA) есть 3 вида порта USB, как это диктует стандарт: стандартный нисходящий порт (standard downstream port), заряжающий нисходящий порт (charging downstream port) и выделенный для зарядки порт (dedicated charging port). Обозначим их для краткости сокращениями SDP, CDP и DCP соответственно. Первые два из них можно найти на своем компьютере (и они должны быть помечены соответствующим образом), и третий относится к "тупым" настенным адаптерам.

В спецификациях USB 1.0 и USB 2.0 стандартный порт SDP может предоставить для зарядки ток до 500 mA (0.5A). Порт USB 3.0 поднимает ток до 900 mA (0.9A). Порты CDP и DCP предоставляют ток до 1500 mA (1.5A). USB 3.1 поднимает пропускную способность данных до 10 Gbps (этот ражим называется SuperSpeed+), что делает его эквивалентным первой генерации интерфейса Thunderbolt [2]. USB 3.1 также поддерживает передачу тока 1.5A и 3A через шину 5V.

Anker 60W 12A 6 Port USB Charger

6-портовое зарядное устройство 60W-12A фирмы Anker.

iOrangeE Type C to Type A USB C cable

Кабель iOrangeE с коннектором USB-C, создающий соединение между портами Type C и Type A.

Charge Pit Universal Charging Station

Charge Pit Universal Charging Station.

Anker Car Charger

Зарядное устройство автомобиля компании Anker.

Coocheer Desktop Power Center

Coocheer Desktop Power Center.

iClever BoostCube 4 Port USB Charger

iClever BoostCube 4-Port USB travel charger.

Apple iPad Charger

Стандартное зарядное устройство iPad фирмы Apple, которое заряжает быстрее, чем штатное, поставляемое с телефоном зарядное устройство (оно по размеру меньше).

Sabrent 60 Watt 12 A 10 Port Rapid Charger

Sabrent 60W 12A 10-Port Rapid Charger.

Satechi 7 Port USB Charging Station

7-портовая зарядная станция компании Satechi. Три USB-порта, предназначенные для зарядки планшетов, помечены соответствующим образом.

Tylt Energi Desktop Charging Station

Tylt Energi Desktop Charging Station.

У USB-C совершенно другой коннектор. Он универсальный, так что его можно воткнуть в любой ориентации, и он все равно будет работать, в отличие от обычного коннектора USB и коннектора наподобие Lightning фирмы Apple [3]. USB-C также может иметь теоретически удвоенную пропускную способность USB 3.0, и может передавать больше мощности. Apple соединила USB-C с интерфейсом USB 3.1 на своем 12-дюймовом MacBook и новом MacBook Pro. Мы также увидим USB-C на серьезных современных телефонах популярных брендов, включая Samsung Galaxy S8, Google Pixel и OnePlus 3T. Однако могут быть также порты USB с коннекторами старого стиля, поддерживающие возможности стандарта 3.1.

Спецификация USB также позволяет реализовать порт для зарядки "в режиме сна" (sleep-and-charge), когда порты USB остаются активными на выключенном компьютере. Возможно, что Вы заметили такое на своем desktop PC, когда через материнскую плату на USB всегда подается некоторое питание, но некоторые ноутбуки также могут иметь поддержку sleep-and-charge.

В продаже есть множество зарядных устройств, которые не удовлетворяют этим спецификациям - чаще всего это настенные зарядные устройства. Например, зарядное устройство Apple iPad предоставляет 2.1A на 5V; зарядник Amazon Kindle Fire дает ток 1.8A; многие зарядные устройства автомобиля выдают ток от 1A до 2.1A.

[Как можно спалить устройство USB?]

Бывают обычные порты USB с нагрузочной способностью 500 mA и специально выделенные порты для зарядки, которые могут дать ток до 3000 mA. Возникает важный вопрос: если например телефон поставляется с зарядным устройством на 900 mA, сгорит ли он при подключении к зарядному устройству iPad на 2100 mA?

Если ответить кратко, то ничего плохого не произойдет. Вы можете подсоединить любое устройство USB любым подсоединяемым кабелем USB в любой порт USB и ничего не сгорит - фактически использование более мощного зарядника должно ускорить заряд батареи устройства. Как ни странно, но кабель USB тоже может влиять на скорость зарядки, старайтесь для зарядки выбрать кабель короче и качественнее, чтобы у его проводов было меньшее сопротивление [4].

Более длинный ответ требует рассмотрения, насколько старо Ваше устройство, как быстро оно может быть заряжено, и может ли быть заряжено вообще от конкретного зарядного устройства. В 2007 году разработчики стандарта USB (USB Implementers Forum) опубликовали спецификацию зарядки батарей (Battery Charging Specification), которая стандартизовала способы ускоренной зарядки устройств USB либо передачей увеличенного тока через порты USB компьютера PC, либо при использовании настенного адаптера зарядки. Вскоре после этого в продаже стали появляться устройства USB, в которых реализована поддержка этой спецификации.

Если у Вас современное устройство USB, то можете подключить его в мощный порт USB и радоваться ускоренной зарядке. Однако если у Вас старое устройство, то есть (весьма мало вероятная) возможность, что оно не будет правильно заряжаться через порты USB, реализующие Battery Charging Specification. В таком случае зарядка будет работать на старых, оригинальных (на 500 mA) портах PC USB 1.0 и USB 2.0.

[Дополнительные замечания по быстрой зарядке]

Некоторые новые телефоны предоставляют особенные возможности быстрой зарядки, часто под разными именами. Наиболее известна функция Qualcomm Quick Charge [5], которая работает на телефонах платформы Snapdragon. Для быстрой зарядки обычно Вам нужно иметь либо адаптер, поставляемый вместе с телефоном, либо соответствующим образом помеченный адаптер от другого производителя. Иначе зарядка будет занимать несколько часов.

Есть еще кое-что, о чем следует знать. Хотя PC могут иметь 2 вида портов USB - стандартный SDP или заряжающий CDP, производители OEM не всегда помечают порты соответствующим образом. В результате может случиться, что устройство будет заряжаться от одного порта, но не будет заряжаться (или будет заряжаться медленно) от другого. Медленная зарядка скорее всего будет от портов USB старых компьютеров. Однако есть случаи, когда на некоторых старых очень дешевых материнских платах шина питания USB подключена напрямую (без ограничителя тока на 0.5A) к блоку питания, в этом случае зарядка тоже может быть быстрой, если порт определился не как порт хоста, а как порт зарядного устройства. Многие вендоры теперь помечают значком молнии заряжающие порты CDP на ноутбуках, и в некоторых случаях эти порты могут предоставлять питание для зарядки, даже когда ноутбук закрыт (находится в состоянии сна).

Некоторые внешние устройства, такие как 3.5-дюймовые жесткие диски возможно также требуют для питания повышенной мощности, большей, чем могут предоставить обычные USB-порты SDP. Именно по этой причине такие устройства снабжаются кабелем USB с двумя хвостами с одной стороны (Y-cable), или такие внешние устройства должны получать питание от адаптера AC.

В любом случае современные устройства и зарядники USB упрощают зарядку и подключение наших гаджетов в сравнении с тем, как это было раньше. И с новым интерфейсом USB-C все стало еще проще, потому что при подключении совсем не нужно беспокоиться о правильной ориентации разъема.

[Ссылки]

1. How USB Charging Works, or How to Avoid Blowing Up Your Smartphone site:extremetech.com.
2. Thunderbolt (interface) site:wikipedia.org.
3. Lightning (connector) site:wikipedia.org.
4. Качество кабеля USB и зарядка смартфона.
5. Quick Charge Device List site:qualcomm.com.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page