USB充电之前世今生(一)

关键字 :RICHTEKUSB BC1.2

很多开关电源方案供应商在推荐其电源方案时会把USB电源方案单独归类,这是为何呢?在我们的直觉之中,USB端口的电源不就是提供一个稳定的5伏输出而已吗?实际上,USB端口的电源具有一定的特殊性,主要体现在下几个方面:

       1. 首先,USB接口是一个对外的接口,所以需要更多的保护及错误诊断措施,保护方式分电源输出端的过压、过流、短路(短路至电池正极或负极,Short  to  Battery/GND)的保护和对数据线的ESD及短路至电源或电池(Short  to  VBUS/Battery)的保护等;
       2. 其次,USB接口的服务对像是各式各样的便携设备,为了更好的服务和兼容不同的外设,USB协会制定了一套USB充电协议,这就是著名的BC1.2协议;
       3. 此外,USB充电线也许会很长(一米甚至更长),所以充电线上会损失较大的电压,到达终端设备的USB接口处电压也许会不足,所以在设计时需要考虑线损补偿;
     

BC是Battery Charging的简写,这是隶属于USB-IF的一个工作小组。BC工作小组的诞生是为了规范便携设备的电池充电的需求,因为此前的USB2.0协议(于2000年颁布)没有预料到便携外设特别是智能手机的发展会如此迅猛。USB2.0协议规定外设从USB充电器抽取电流的最大值为500mA,具体规定如下:



       1. 外设默认只能抽取100mA的电流;
       2. 外设只有在与主机进行功率协商(一系列的握手与配置)成功之后才能抽取最大为500mA的电流;
       3. 当总线进入“挂起”模式(经过一段时间的延迟后,总线上没有数据活动),允许外设吸取的最大电流将被限制至2.5mA。也就说如果便携设备的电池完全耗尽,尝试使用标准的USB端口进行充电时,只能靠2.5mA的电流缓缓的充电直至被系统唤醒。
       

现在的矛盾是要么最大500mA的电流限制无法满足日益增长的电池容量对快速充电的需求,要么没有电流限制的野蛮充电方案隐患重重(很多厂家并没有严格遵守USB协议的规定)。好的充电方案必须知道如何通知便携设备从USB端口吸收多少电流是安全的且对超出预期的事件需要有相应的措施。如果吸收电流超过预期,USB端口将如何响应?将端口完全关断,并一直保持关断状态,直到外设拔出后再重新插入还是触发USB系统复位,重新启动枚举过程等等。BC1.2协议就是在这样中的需求下诞生的,它的目的是统一和规范USB充电方式,成熟版本是发布于2010年12月的1.2版本,所以约定俗成的称作BC1.2协议。

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