Зарядка через USB-порт

Появление и первые версии

Универсальная последовательная шина (USB) была представлена в 1996 году и стала одним из самых удобных интерфейсов для электронных устройств. Разработку поддержали Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC и Nortel, чтобы упростить подключение периферии к ПК и повысить скорость передачи данных. Изначально USB обеспечивал ток всего 500 мА, и возможность зарядки устройств считалась второстепенной функцией.

Зарядные устройства Victron Energy

Высококачественные зарядные устройства для долговечной службы и надежной работы

Зарядное устройство Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

Идеально подходит для использования в мастерских, а также для зарядки аккумуляторов автомобилей, мотоциклов, лодок и кемперов.

Купить

Зарядное устройство Blue Smart IP65 Charger 12/15

Благодаря классу защиты IP65, устройство устойчиво к пыли и воде, что делает его идеальным для использования в жестких условиях.

Купить

Зарядное устройство Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащено Bluetooth-интерфейсом для простого настройки и мониторинга через приложение VictronConnect. Высокая эффективность и надежность делают его идеальным решением для коммерческих, промышленных и морских применений.

Купить

Посмотреть больше

Типичная сеть состоит из хоста (например, ПК) и подключенных устройств — принтера, смартфона или камеры. Данные передаются в обоих направлениях, но питание всегда поступает от хоста к устройству. Для USB 1.0 и 2.0 доступная мощность составляла 5 В / 500 мА, а для USB 3.0 – 900 мА. Это позволяло заряжать небольшие литий-ионные аккумуляторы, хотя возникали риски перегрузки при подключении многих гаджетов одновременно.

Ограничения и зарядка

Благодаря напряжению 5 В и току 500 мА, доступным для версий USB 1.0 и 2.0, и 900 мА для USB 3.0, USB может заряжать небольшой литий-ионный аккумулятор с одним элементом. Однако существует опасность перегрузки USB-хаба при подключении слишком большого количества гаджетов. Зарядка устройства, потребляющего 500 мА, подключенного вместе с другими нагрузками, превысит лимит тока порта, что приведет к падению напряжения и возможному сбою системы. Чтобы предотвратить перегрузку, некоторые хосты включают схемы ограничения тока, которые отключают питание при превышении нагрузки.

Оригинальный USB-порт может заряжать только небольшой литий-ионный аккумулятор с одной ячейкой. Зарядка блока на 3,6 В начинается с подачи постоянного тока до пикового напряжения 4,20 В/элемент, после чего напряжение достигает пика, а ток начинает спадать. Из-за падения напряжения в кабеле и разъемах, которое составляет около 350 мВ, а также потерь в цепи зарядки, напряжение питания 5 В может быть недостаточно высоким для полной зарядки аккумулятора. Это незначительная проблема; аккумулятор будет заряжаться лишь примерно до 70 процентов заряда и обеспечит немного более короткое время работы, чем при полностью насыщенном заряде. Преимущество: литий-ионный аккумулятор прослужит дольше, если его не заряжать полностью.

Стандартные USB-штекеры A и B, как показано на рисунке 1, имеют четыре контакта и экран. Контакт 1 обеспечивает +5 В постоянного тока, а контакт 4 образует землю, которая также подключается к экрану. Два более коротких контакта, 2 и 3, обозначены D- и D+ и передают данные. Во время зарядки аккумулятора эти контакты не имеют никакой другой функции, кроме как согласование тока.

Рисунок 1: Конфигурация контактов стандартных USB-разъемов A и B, если смотреть со стороны соединяемых штекеров

Контакт 1 (красный провод) передает +5 В постоянного тока, а 4 – заземление (черный провод). Корпус подключается к земле и обеспечивает экранирование. Контакт 2 (белый провод D-) и контакт 3 (зеленый провод D+) передают данные.

Кроме стандартных конфигураций типа A и типа B с 4 контактами, существуют также USB Mini-A, Mini-B, Micro-A и Micro-B, которые имеют идентификационный контакт, позволяющий определить, какой конец кабеля подключен. Внешний контакт 1 является положительным, а контакт 4 — отрицательным. USB-кабели обычно имеют стандартный тип A с одного конца и тип B, Mini-B или Micro-B с другого. Новый разъем типа C, описанный позже, имеет 24 контакта и работает по стандарту USB 3.1.

Подача питания

USB 2.0 с током 500 мА имеет ограничения при зарядке большого аккумулятора смартфона или планшета. Если во время зарядки смартфона включить яркий экран, это может привести к разрядке аккумулятора, поскольку USB не может удовлетворить обе эти потребности. Подключение высокоскоростного дисковода требует более 500 мА, и это может создать проблемы с питанием оригинального USB-порта.

В 2008 году USB 3.0 решил проблему дефицита питания, увеличив ток до 900 мА. Такое ограничение тока было выбрано для того, чтобы тонкий провод заземления не препятствовал высокоскоростной передаче данных при полной нагрузке.

Из-за потребности в большей мощности, Форум разработчиков USB в 2007 году опубликовал Спецификацию зарядки аккумулятора, которая обеспечивает более быстрый способ зарядки от USB-хоста. Это привело к появлению специального порта зарядки (DCP), который служит USB-зарядным устройством, обеспечивая ток 1500 мА и выше путем подключения DCP к розетке переменного тока или транспортному средству. Для активации DCP контакты D- и D+ внутренне соединены резистором 200 Ом или меньше. Это отличает DCP от оригинальных портов USB, которые передают данные. Некоторые продукты Apple ограничивают ток зарядки, подключая резисторы разного значения к контактам D+ и D-.

Для поддержки зарядки и передачи данных при использовании DCP предлагается Y-образный кабель, который подключается к оригинальному порту USB для потоковой передачи данных и к порту DCP для удовлетворения потребностей в зарядке. Это кажется логичным решением, но спецификация соответствия USB гласит, что «использование Y-образного кабеля запрещено на любой периферийной USB-системе», что означает, что «если периферийная USB-система требует больше энергии, чем разрешено спецификацией USB, для которой она разработана, то она должна иметь автономное питание». Y-образные кабели и так называемые адаптеры для зарядки аксессуаров (ACA) используются без очевидных трудностей.

Задается вопрос: «Могу ли я повредить свое устройство, подключив его к USB-зарядному устройству, которое обеспечивает больший ток, чем 500 мА и 900 мА?» Ответ – нет . Устройство потребляет только необходимую мощность, не больше. Аналогично подключению лампы или тостера к розетке переменного тока. Лампе нужно мало тока, тогда как тостер работает на максимуме. Большая мощность от USB-зарядного устройства сократит время зарядки.

Функции сна и зарядки

В большинстве случаев выключение компьютера также отключает USB. Некоторые ПК имеют USB-порт с функцией сна и зарядки , который остается включенным и может использоваться для зарядки электронных устройств, когда компьютер выключен. USB-порты с функцией сна и зарядки могут быть красного или желтого цвета, но стандарта не существует. Dell добавляет значок молнии и называет его «PowerShare», тогда как Toshiba использует термин «USB Sleep-and-Charge». USB-порты с функцией сна и зарядки также могут быть обозначены аббревиатурой USB поверх изображения аккумулятора.

USB 3.1 – разъем типа C

Как и большинство других успешных технологий, USB на протяжении многих лет породил несколько версий разъемов и кабелей. Зарядные устройства USB не всегда работают так, как заявлено, а время зарядки медленное. Несовместимость между конкурирующими системами существует, преднамеренно или по недосмотру.

Компании, контролирующие стандарты USB, осознают эти недостатки и предложили разъем и кабель типа C на основе стандарта USB 3.1. Вместо использования четырехконтактных разъемов, как в классических разъемах типа A и типа B, разъем типа C имеет 24 контакта и является двусторонним, то есть его можно подключать любым способом. Он поддерживает ток 900 мА и по команде подает 1,5 А и 3,0 А через шину питания 5 В во время потоковой передачи данных. Это приводит к потреблению энергии 7,5 и 15 Вт соответственно, в отличие от 2,5 Вт при использовании оригинального USB (ток, умноженный на напряжение = мощность). Разъем типа C может выдавать до 5 А при 12 В или 20 В, обеспечивая 60 Вт и 100 Вт соответственно. На рисунке 2 показано расположение контактов разъема USB Type-C.

Рисунок 2: Конфигурация контактов разъема USB Type-C

Стороны A и B являются зеркальными отражениями. Некоторые контакты соединены параллельно для получения большей мощности и более надежных соединений.

Новые устройства поставляются с разъемом USB-C и USB 3.1, но потребители просят два или три обычных порта USB 3.0 на своих гаджетах, чтобы поддерживать то, что так хорошо работало в прошлом. USB 3.1 обратно совместим с USB 2.0 и USB 3.0, а также с классическими разъемами типа A и типа B. Во время перехода на тип C доступны адаптеры для преобразования, но ожидайте более низкую скорость передачи данных с адаптерами, чем предлагает USB 3.1.

Из-за наличия более высоких токов и напряжений в системе Type-C по сравнению со стандартными разъемами A и B, неправильная цифровая команда может привести к повреждению устройства. Команды могут поступать от устройства или адаптера, что требует измененных требований к питанию. Рекомендуется использовать только совместимые или надежные бренды при экспериментах с более высокими напряжениями и токами в USB-разъемах.