Battery Charging v1.2 spec (BC1.2)

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 suspend 并且未被配置時(shí)最大汲取電流 100mA；bus 沒 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)傳輸的作用(U 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)都沒有檢測(cè)到連接，那么就必須開始首次檢測(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。

各階段拆分后的連接圖如下

Data Contact Detect, Not Attached

Data Contact Detect, Standard Downstream Port

Primary Detection, DCP

Primary Detection, CDP

Primary Detection, SDP

Secondary Detection, DCP

Secondary Detection, CDP

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。

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。