家庭用USBデバイス用に2A以上の電源を設計するにはどうすればよいですか？

USBポートで充電する私の家庭用デバイスの多くは、0.5Aより高いレートで充電できることを理解しています。ただし、テストでは、これ以上消費しないことがわかりました。

テスト設定

• 私は、0から30ボルト、0から20アンペアを出力する電源を持っています。
• 電圧を5ボルトに設定し、メスのUSBを正しくワイヤーに接続しました。
• Samsung Galaxy S4 Miniを接続すると、約0.44アンペアの電流が流れます。Samsung Galaxy Tab Proでも同じです。
• しかし、iPad Airを公式の稲妻ケーブルで接続すると、0.11アンペア程度しか引き込まれません。
• また、ZGPAX S28スマートウォッチを接続してみましたが、まだ約0.44〜0.45アンペアでした。

電源は最大2.1アンペアを出力する能力を超えているので、なぜそれが少なくともタブレットに対応しないのですか？

デバイスが最大充電電流を消費するように説得するには、テストセットアップで何をする必要がありますか？

Apple / Samsungデバイスがより多くの電流を引き込まない理由は簡単です。これは、Apple / Samsungデバイスと専用の電源装置との間で追加のデータ通信が行われているためです。これにより、両方のデバイスがお互いを認識し、使用する電流を大きくすることに同意します。充電器はUSBデータラインに特定の電圧を設定し、これは電話またはタブレットによって認識されます。

20アンペアの電源は日付線にこれらの電圧を供給しないため、Apple / Samsungデバイスと「通信」しないため、これらは通常の「ダム」充電器であると想定し、USB標準で許可されている以上の電流を引き込まないこれは通常100または500 mAです

アップルデバイスを充電するには、これらの電圧をデータラインに入力します。

希望電流：2,000mA D-：2.0V D +：2.75V

また、バッテリーの充電量によっては、充電電流も制限されます。バッテリーが30〜70％充電されている場合のみ最大になります（これらの数値は私の推測です）。高電流での充電は、バッテリーの残量が非常に少ないか、ほとんど充電されていない場合、バッテリーに悪影響を及ぼします。

出典：

Adafruit：Appleデバイス充電の謎

Voltaic：USBピン電圧の選択

これは、高出力充電器用の既知の独自の抵抗分圧器D + / D-識別方式をリストするより完全な記事です。要点は次のとおりです。

2.0V / 2.0V –低電力（500mA）

2.0V / 2.7V – Apple iPhone（1000mA / 5ワット）

2.7V / 2.0V – Apple iPad（2100mA / 10ワット）

2.7V / 2.7V – 12ワット（2400mA、Blackberryで使用される可能性があります）

D + / D-短絡– USB-IF BC 1.2標準

1.2V / 1.2V – Samsungデバイス

Samsungの値は、2A Galaxyタブレット充電器用の10k / 33k抵抗分割器を介してこの回路図 ^{[元のソース]に}示されている値と一致します。

私は私の他のコメントで言ったように、また、これらのいくつかを実装して、既製のチップ、例えばあるMAX14667、TPS2513、マイクロチップ社のUSB2534やCYUSB3324。後者のデータシートには、Samsungデバイスの詳細も記載されています。

Samsungデバイスは複数の充電方法を採用しています。一部のSamsungデバイス（Samsung Galaxy Tablets）は、D +ピンとD-ピンが同じ電位（約1.2 V）にバイアスされる独自の充電方法を使用しています。Samsung Galaxy Sシリーズ（S3、S4）デバイスは、DCP、CDP、およびSDP動作モードのUSB-IF BC v1.2充電規格に準拠しています。

USB-IF BC 1.2は、これらの要件がある DCPモードのために：

• D +およびD–データラインは、200Ωの最大直列インピーダンスで互いに短絡されています。

• 電圧が2Vを下回るか、電流が1.5Aを超えるまで、電源を遮断しないでください。

• 絶対最大電流引き込みは許可されていますが、必須ではありません。USB2.0コネクタの制限で、最大5Aです。

また、サイプレスのノートには、2.7V / 2.7V-> 2.4AがAppleでも使用されていると書かれています。TIの従業員が（彼らのTPS2513Aのために）声を上げたTIフォーラムでの議論も同じことを示しています。TIの従業員は言った：

iPad3以降、42Whrバッテリーが使用され、長い充電時間が問題になり始めています。バッテリー0％から100％までの充電時間を比較すると、2.1A充電器は6時間、2.4A充電器は5時間40分かかります。20分ほど速くなりますが、それほどではありません。

Appleが2.4A充電器をリリースした主な理由は、充電と再生を同時に行うときのユーザーエクスペリエンスを向上させるためだと考えています。Infinity IIのような高品質のビデオゲームをプレイし、同時に充電しているとき、iPad3のバッテリーパーセンテージの増加は非常に遅く、たとえば30分後には2％しか増加しないので、私は夢中になります。

2.4A充電器を使用している間、バッテリーの状態はより速く増加します。少なくとも、私はそれを普通に感じています。

電源は最大2.1アンペアを出力する能力を超えているので、なぜそれが少なくともタブレットに対応しないのですか？

USB規格では、標準のUSB 1ポートから500mA以上を引き出すことはできません。デバイスがUSBホストデバイスとの通信を確立するまで、利用可能な電流量を知る方法はありません。

USB規格では、実際には、ホストと通信してより多くの電力を要求する前に、デバイスが100mAを超えないことを要求しています。標準の無電源USBハブは、それ自体で500mA〜100mA、各ポートで100mAを消費するため、これは重要です。これは、電力が供給されていないハブがUSBデバイスに500mAを供給しようとすることはできませんし、すべきではないことを意味します。

この標準は、さまざまな使用法をサポートするためにこのように設計されました。

明らかにAppleだけが規格に準拠しており、より多くの電力を要求する前に消費するのは100mAだけです。

実際には、いくつかのUSBポートが要求されない限り500mAを供給できません。多くの人は、電流消費を監視したり、非準拠のUSBデバイスを遮断したりすることさえしません。ホストポートに最大電力を要求せずに、USBポートから500mAを引き出すのはほとんど常に安全です。

新しいUSB仕様では、より高い電力のポートを使用できます。ただし、これも仕様に準拠するように要求する必要があります。

USB充電器は通常インテリジェントではなく、完全なUSBホストポートを実装していません。彼らはいくつかの近道を使います-一般的にD +とD-ラインに抵抗を使って、充電器が公式の要求なしでより多くの電力を供給できることをUSBデバイスに知らせます。

さらに、Apple iOSラインなどの一部のデバイスも、提供される電圧を監視し、電圧降下に基づいて消費電流を縮小します。たとえば、充電器が2Aを供給できると報告したが、電圧が5Vに留まらない場合、iOSデバイスは最大電流よりも少ない電力を消費します。4.5V以下、または5.5V以上では充電されません。したがって、充電器は、全電流が利用可能であることを示すために正しい信号を提示する必要があるだけでなく、最大電流引き込みでも良好なレギュレーションを維持する必要があります。

これは安全機能であることを覚えておいてください。充電デバイスは電流を供給できる必要があるだけでなく、使用するUSB​​ケーブルもそれを運ぶことができる必要があります。電流のようには思えないかもしれませんが、市場には非常に安価な細いUSBケーブルが数多くあり、2Aが小さめの導体を流れると著しくウォームアップします。それを可燃性の枕の下に置き、熱を蓄積させてください、そしてあなたは溶けた断熱材以上のものを見つけるかもしれません。

Appleは充電器を検証するだけでなく、ケーブル（ケーブルコネクタ内の独自のチップを使用）も検証するため、危険な充電器や配線に関連する損失の可能性に対する責任を回避できます。

ただし、デバイスに付属のケーブルを使用している限り、この側面について問題はなく、充電器の信号に集中できます。

デバイスが最大充電電流を消費するように説得するには、テストセットアップで何をする必要がありますか？

アップルの規格は、他の人によって大まかに採用されているか、他の人に受け入れられており、特定の電圧レベルをD-およびD +ラインに低電流で配置することで構成されています。D-ラインに約2.0V、D +ラインに2.75Vを配置すると、2A（10W）が充電可能になります。これは簡単な抵抗器で行うことができます：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

セットアップでこの回路に従うと、少なくともAppleデバイスが2アンペア以上で充電され、他のデバイスもこのレートで充電される場合があります。

専用の充電ポートコントローラーをお試しください。

仕様によると、次の充電方式を検出できます。

1. D +およびD–ラインにそれぞれ2 Vおよび2.7 Vを印加するために必要な除算器1 DCP（TPS2513、TPS2514）
2. D +およびD–ラインにそれぞれ2.7 Vおよび2 Vを印加するために必要なDivider 2 DCP（TPS2513、TPS2514）
3. D +およびD-ラインにそれぞれ2.7 Vおよび2.7 Vを印加するために必要なDivider 3 DCP（TPS2513A、TPS2514A）
4. BC1.2 DCP、D +ラインをD–ラインに短絡するために必要
5. 中国の通信規格YD / T 1591-2009短絡モード、D +ラインをD–ラインに短絡するために必要
6. D +およびD–ラインの両方で1.2 V

20アンペアは、電源が供給できる能力であり、それに接続するものは何でも、その20アンペアから必要なものを取り出します。

たとえば、電源が5ボルトの出力用に設定されていて、その出力に5オームの抵抗を配置した場合、抵抗に必要なすべての抵抗が5ボルトであるため、抵抗に1アンペアが供給されます。

また、電源に25オームの抵抗を並列に接続すると、それぞれに1アンペアで合計20アンペアが供給されます。

USBデバイスは、知っている電流量のみを引き出します、充電器に損傷を与えることなく確実に引き込むことができるいるます。アップルとサムスンのデバイスは、充電器からどれだけ安全に引き出せるかわからないため、USB標準に依存します。USB規格は「0.5アンペアは安全です」と述べています。（充電器がUSB充電器として認識されているが、0.5アンペアを処理できない場合、それは電話の故障ではなく、充電器の問題です）。

より多くの電流を引き込むようにデバイスを説得する唯一の方法は、AppleデバイスとApple充電器間、またはSamsungデバイスとSamsung充電器間で発生する通信を充電器に実装することです。それはそれほど難しくなく、これを行うリーズナブルな価格でまともな品質の充電器を購入することができます。充電器はそれを行わないので、0.5 Aが限界です。

すべてのUSBデバイスは、デフォルトで100mAを供給するUSB​​データポートに接続されたときに動作する必要があります。それはあなたが得ているものです。

Data +信号とData-信号を小さな抵抗（保護のために100オーム程度）を介して接続すると、デバイスが最低1.5Aを消費できるUSBバッテリー充電仕様に準拠することになります。