Battery Charging介紹

BC1.2 spec 定義了設(shè)備通過(guò) USB 端口充電的檢測(cè)、控制和報(bào)告機(jī)制，這些機(jī)制是 USB2.0
規(guī)范的擴(kuò)展，用于專用充電器（DCP）、主機(jī)（SDP）、hub（SDP）和 CDP（大電流充電端口）對(duì)設(shè)備的充電和 power up。這些機(jī)制適用于兼容
USB2.0 的所有主機(jī)和外設(shè)。

1、Background

PD （portable device） 便攜式設(shè)備連接到 host 或 hub 后，USB2.0 協(xié)議規(guī)定了 PD 汲取電流的最大值：

bus suspend 時(shí)最大汲取電流 2.5mA；

bus 沒(méi) suspend 并且未被配置時(shí)最大汲取電流 100mA；

bus 沒(méi) suspend 并被配置時(shí)最大汲取電流 500mA.

如果 PD 連接到 CDP， DCP， ACA-Dock， ACA，在 PD 未配置時(shí)汲取最大電流限制是1.5A，或者遵循 suspend
的規(guī)則。

2、SDP、DCP、CDP

標(biāo)準(zhǔn)下行端口（SDP）：Standard Downstream Port，PC 的典型端口，這種端口的 D+ 和 D- 上都有下拉電阻。最大電流為
500mA。當(dāng) USB 處于這種模式時(shí)既可以為外部設(shè)備（手機(jī)充電、充電寶）充電，也可以起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫║ 盤、手機(jī)上傳/下載）。

專用充電端口（DCP）：Dedicated Charging Port，適配器、車載充電器等端口，這種端口不可以傳輸數(shù)據(jù)，但可以提供 1.5A
以上的電流，端口的 D+和 D- 短路，不需要枚舉。

充電下行端口（CDP）：Charging Downstream Port，這種端口即支持大電流 1.5A 充電，也可以兼容 USB2.0
的數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)榭梢灾С謧鬟f數(shù)據(jù)，所以 D+ 和 D- 也必須有下拉電阻。

3、物理接口

注意 VBUS 和 GND 引腳長(zhǎng)，插入 USB 時(shí)會(huì)先接通。

4、BC1.2 識(shí)別過(guò)程

VBUS 檢測(cè)：在 PD 端的電路可以檢測(cè) VBUS，可以判斷連接是否有效。電路中的參考電壓 VOTG_SESS_VLD 一般在 0.8V~4V
之間，當(dāng)總線上的電壓高于這個(gè)值，即 VBUS 》 VOTG_SESS_VLD，則說(shuō)明 USB 連接有效。

DCD（數(shù)據(jù)連接檢測(cè)）：這個(gè)階段不是一定有的，因?yàn)?USB 端口是否支持?jǐn)?shù)據(jù)連接是未知的，有可能支持也有可能不支持。如果這個(gè)階段 D+ 端口或者 ID
端口在 900ms 內(nèi)都沒(méi)有檢測(cè)到連接，那么就必須開(kāi)始首次檢測(cè)。

首次檢測(cè)：這個(gè)階段主要是判斷 USB 端口是充電應(yīng)用還是傳輸數(shù)據(jù)。首先 VDP_SRC 和 IDM_SINK 的開(kāi)關(guān)閉合，將電壓 VDP_SRC 接入
D+ 端口，D+ 端口的電壓一般為 0.6V，然后檢測(cè) D- 端口電壓。如果檢測(cè)到 D- 端口電壓小于規(guī)定的參考電壓，即 VD- ＜ VDAT_REF
則端口判定為 SDP 類型；若大于規(guī)定的參考電壓，則判定為 CDP 類型或者 DCP 類型。

二次檢測(cè)：該階段是確認(rèn) USB 為充電口之后是否可以支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸協(xié)議，這樣就可以區(qū)分 CDP 和 DCP。首先 VDM_SRC 的開(kāi)關(guān)閉合，這時(shí)將
D- 拉高至 0.6V，然后檢測(cè) D+ 的電壓，如果 D+ 小于規(guī)定的參考電壓，即 VD+ ＜ VDAT_REF 則判定端口為
CDP；如果大于規(guī)定的參考電壓則判定端口為 DCP。

5、充電器識(shí)別過(guò)程

下圖是手機(jī)插入充電器后發(fā)生，一系列的決策邏輯流程，只需要看藍(lán)色字體，其他顏色字體所述邏輯不常見(jiàn)。

6、私有快充協(xié)議

由于 BC1.2 并非強(qiáng)制性協(xié)議，許多廠家基于 BC1.2 研發(fā)了自己的私有快充協(xié)議。比如高通的 QC，聯(lián)發(fā)科的 PE（Pump Express）
等。由于充電功率和電壓電流相關(guān) P=UI，提高電壓或者電流就可以提高充電功率，在電池容量一定的情況下，功率越大充電速度越快。高通的 QC 和聯(lián)發(fā)科的 PE
快充方案技術(shù)原理是一樣的，都是通過(guò)增大充電電壓來(lái)提高充電功率。

7、線損補(bǔ)償

由 U=IR 知道充電電流越大，USB 充電線上的壓降也就越大。尤其在車載設(shè)備上，隨著 USB
線的增長(zhǎng)或者充電電流的增大，到達(dá)手機(jī)端的電壓很可能達(dá)不到5V，可以通過(guò)線損補(bǔ)償來(lái)解決此類問(wèn)題。

8、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)行快充技術(shù)主要分為兩大陣營(yíng)：低壓快充和高壓快充。

低壓快充以 OPPO 的 VOOC 閃充為代表，通過(guò)增大充電電流的方式來(lái)提高充電功率。

優(yōu)點(diǎn)：發(fā)熱量小、能量轉(zhuǎn)換效率高

缺點(diǎn)：硬件需要定制，成本高，兼容性差

高壓快充以高通 QC 為代表，其他廠家技術(shù)原理和高通一樣都是基于 BC1.2，通過(guò)增大充電電壓來(lái)提高充電功率。

優(yōu)點(diǎn)：兼容性好、繼承性好、穩(wěn)定

缺點(diǎn)：發(fā)熱量大，能量轉(zhuǎn)換效率低

基于 Type-C 接口的 USB Power Delivery 充電標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱 typec-PD，支持 100W 充電，采用多電芯后可以支持
120W、135W 甚至更高的充電功率。