USB-IF电池充电规格与测试
隶属USB-IF下的Battery Charging 工作小组(主要参加者多为手机相关厂商,如Nokia, Qualcomm, Motorola, 中国大陆TMC…等),历经多年的讨论,即将推出最新版(V1.1)的「电池充电规格」,此规格主要在制定透过USB接口充电的装置与提供透过USB接口充电的设备(如系统、充电座)间的规范,特别是把USB标准的供电量从500mA提升到1.5A的最大可能,企图统一目前混乱的局面(各国都有自己订定的规格),也避免用户因为透过USB接口充电而遭遇问题。
此外该电池充电规格还允许PC和集线器提供更高等级的电流,因而能够缩短所连接可携式设备(Portable Device)的充电时间。就如同USB-IF总裁Jeff Ravencraft所说的: 该电池充电规格允许多种可携式设备透过USB埠或标准的充电器进行充电,因而无需为不同的设备携带多个充电器。
图一: USB界面专用充电器
重点项目
V1.1的电池供电规格中定义了四个新的品项:智慧充电器(Dedicate Charger)、可支持智能充电的系统(Charging Host)、能透过 USB充电的设备(Portable Charging Device)与新定义的多功能USB接口规范(Accessory Charger Adapter)。
规格中定义了一种机制,使可携式设备能够检测到它们是连接到壁式充电器、大电流主机、集线器,或是连接到常规的主机或集线器。若可携式设备连接到壁式充电器、大电流主机或集线器,则该设备可以即刻汲取大于500mA的电流。若可携式设备连接到一台PC或集线器上,则按照USB 2.0规格的要求,需要将该设备的电流限制为2.5mA、100mA或500mA。
此一规格也制定了可携式设备如何判断供电装置的方法,在符合USB规格的情况下,允许周边装置透过USB界面,安全的充电并使用装置。而且也制定了可携式设备在哪些情况下可以使用多大的电流等规范,让系统厂商有规则可循。例如可携式设备可以再符合特定条件下,使用100mA的电流来进行不限时间的充电动作等等,因寻此一规范,就算是不小心插入到一般系统的USB界面,也不会造成损伤。另外透过监控D+ 与 D-两根主要讯号线的电压与电流变化,Portable Device也能够判断目前连接的设备是一般系统的USB界面、专用充电器或是具充电功能的USB界面。
图二︰Dedicate Charger的辨识机制
相关的测试规范
因各国大多没有对USB界面的充电器订定特别的测试,而为了统一手机等可携式设备的充电器规格,中国自2007年起,规定所有的可携式设备须提供透过USB界面充电的功能,并进一步规范USB接口充电器的性能。至于USB-IF则尚未公布正式的测试规范,草拟的相关文件则是USB Charging Port V0.1与ACA V0.6.,其测试概要分为参数测试和智慧充电器判别机制测试。
参数测试 :
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规定的电压、电流、电阻、电容和时间
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最大充电电流为1.8A,最大输出电流为1.5A(充电器)与0.5A(系统)
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产品标准的最大电流需以输出电压为3.6V时测量到的电流为准,允许+50%的误差
智慧充电器判别机制测试 :
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目前的规范利用D+和D-信号线做为判别的依据
针对USB-IF订定的四种产品项目,除了智能充电器(Dedicated Charger)只需做部分修改就可符合协会的规范外,能符合规范的其他类型产品目前还未上市。
而USB-IF所订定的「电池充电规格」与中国大陆所制订的规格最大不同处便在于其所支持的品项。
图三:百佳泰开发的PDET测试制具
图四: USB充电设备的列举流程
现有电池充电规格待改善之处
V1.1的电池供电规格的规格书虽然可以提供较大电流的充电需求,但基于要兼容于旧有的USB装置,并没有大幅改正USB装置描述元的部份,特别是最大电流(Max Power)、HUB描述元等,硬件上虽然可以透过机制来判断是否要进入"大电流"状态,但对操作系统而言,并没有办法取得信息或控制过程,所以目前已有由微软所主导的新版规格针对此点在讨论。新版规格书主要是针对韧体与软件的部分,希望操作系统可以探知"充电"的过程与状态,例如预计充电时间,电流使用状态,电流分配,过电流警示等。相信有了这些突破,在不久的将来,支持USB充电的系统将可以扮演一个快速又聪明的"充电站"。