高通Quick Charge快速充电原理分析

1 三段式AC充电器

涓流、恒流、恒压。

2 QC 2.0

2.1 高通Quick Charge 2.0 快速充电原理分析

QC 2.0快速充电需要手机端和充电器都支持才行。

当将充电器端通过数据线连到手机上时,充电器默认的是将D+和D-短接的,这样手机端探测到的充电器类型是DCP(参见本人另一篇博文《高通平台USB 2.0和USB 3.0接口充电器识别原理》),手机以默认的5V电压充电,接着过程如下:

(1)如果手机端使能了快速充电协议,Android用户空间的hvdcp(high voltage dedicated charging port)进程启动,并且在D+上加载0.325V的电压维持超过1.25s上;

(2)充电器检测到D+上电压0.325V维持超过了1.25s,就断开D+和D-的短接,由于D+和D-断开,所以D-上的电压不再跟随D+上的电压0.325V变动,此时开始下降;

(3)手机端检测到D-上的电压从0.325V开始下降维持1ms以上时,hvdcp读取/sys/class/power_supply/usb/voltage_max的值,如果是9000000uV,就设置D+上的电压为3.3V,D-上 的电压为0.6V,否则设置D+为0.6V,D-为0V;

(4)充电器检测到D+和D-上的电压后,就调整充电器端的输出电压。

Table 2-1 QC 2.0充电握手协议

注意:

当DP=3.3V,而DM=3.3V時,充電頭輸出20V。

当DP=0.6V,而DM=3.3V时,表示QC将进入continuous mode(也就是QC 3.0模式)。

  • 参考 smbchg_prepare_for_pulsing()。

2.2 Parallel Charging

Question:单独的PMI8952的充电最大电流是多大?

Answer:单独PMI8952最大充电电流是2.0+A,但是实际电流应该不到2A,主要是依赖于PCB板子的布局和thermal等参数强相关。

Question:如果采用并行充电,那么PMI8952的充电电流一般多大呢?是自动的?还是可以指定的?

Answer:如果是并行充电,PMI和SMB组合最大3.0A左右,自动调节各个通道的电流。

3 QC 3.0

QC 3.0的主要优势是可优化手机内的DC/DC效率:

(1)消除了QC 2.0中固有的会在电压切换时造成的手机发热问题;

(2) QC 3.0通过移除手机DC/DC转换器还可简化无线充电器架构,QC 3.0可大大降低DC/DC转换电路的损耗,从而有效缓解了快充时的发热问题。

由于全面使用了Type-C接口取代原来的MicroUSB接口,QC 3.0最大电流也提升到了3A,因为电压更低所以效率提升最高达38%,充电速度提升27%,发热降低45%。

QC 2.0提供5V、9V、12V和20V四档充电电压,QC 3.0则以200mV为步幅,提供从3.6V到20V电压的灵活选择。采用 QC 3.0时,便携式设备通过USB接口的D+和D-信号提交电压选择请求,在同一时间可能有不规律的USB数据通信。关于QC 3.0支持的总线电压(VBUS) 范围,A级为3.6V至12V,B级为3.6V至20V。QC 3.0在分立模式下等同于QC 2.0,以0V、0.6V、3.3V三级逻辑通过静态D+/D- 值选择VBUS;在连续模式下,新的QC 3.0以200mV小步幅增加或降低VBUS,让便携式设备选择最适合的电压达到理想充电效率,更具灵活性,其最大负载电流限制为3A,最高功率可达60W。

实际产品中都是最大18W(可以认为是9V * 2A),与QC 2.0是一样的。

Table 3-1 QC 3.0充电握手协议

识别顺序:先是5V时电流1.2A,然后电压升到9V,电流下降到0.2A(HVDCP_ICL_VOTER),之后电压降到5V,电流不变;最后电压和电流同时上升,稳定在7V @ 2.2A左右,功率到15~17W左右,这个识别过程大概15秒。

4 QC 4.0

QC 4.0基于USB PD 3.0 PPS。

QC 4.0加入了"智能最佳电压技术"(INOV),并且加入USB PD支持。相比QC 3.0 200mV的步进电压调节档位,QC 4.0进一步优化INOV算法,将调节精度做到了20mV (注:USB PD的电流调节步长是50mA),比上代提了近10倍精度。将充电最高功率调整到28W,方案设计为5V/4.7A~5.6A和9V/3A,舍弃了12V的设计。

5 Acronym

POWER_SUPPLY_DP_DM_DPR_DMR:R means Remove

POWER_SUPPLY_DP_DM_DPF_DMF:F means Floated,High-Z

HVDCP-OPTI:High Voltage Dedicated Charging Port - OPTImization

ARC:Argonant RISC Core

AT91SAM9260:SAM means Smart ARM-based Microcontroller

ATMEL SAMBA:ATMEL Smart ARM-based Microcontroller Boot Assistant

CC2530:TI ChipCon2530

DWC2:Design Ware Controller 2,Apple的嵌入式设备,包括iPad和iPhone都是使用的DWC2

ISP1161:Philips' Integrated host Solution Pairs 1161,"Firms introduce USB host controllers",https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1290054

Quirks:the attributes of a device that are considered to be noncompliant with expected operation

SL811HS:Cypress/ScanLogic 811 Host/Slave,性能上与ISP1161(Integrated host Solution Pairs 1161)相当

TDI:TransDimension Inc.,该公司首先发明了将TT集成到EHCI RootHub中的方法,这样对于嵌入式系统来说,就省去了OHCI/UHCI的硬件,同时降低了成本,作为对该公司的纪念,Linux内核定义了宏ehci_is_TDI(ehci);产品UHC124表示USB Host Controller;收购了ARC USB技术;现已被chipidea收购,chipidea又被mips收购

TLV:TI Low Value,高性价比

TPS:TI Performance Solution

TT:Transaction Translator(事务转换器,将USB2.0的包转换成USB1.1的包)

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