如何“正確地”用USB為電池充電

摘要：隨著USB埠已經(jīng)無所不在，將它做為通用充電埠的概念也逐漸被市場所接受。然而，要達到真正的通用性，是一件知易行難的工作。本文將說明設計人員在開發(fā)備受期待、且無所不在的USB充電埠時常遭遇到的挑戰(zhàn)。

　　為什么充電時間這么長？

　　所謂提供“快速”充電，究竟代表什么意義？它取決于你對“快速”的定義──而且通常都歸結于消費者的期望。常聽到的例子是，“我在家為我的手機、MP3播放器或其他裝置充電時，只要幾個小時；但在公司，用我的筆電、螢幕和新的轉接器，卻得花上一整天的時間充電！”

　　所以，我們得從任何一臺裝置都會配備的“原廠”充電器開始討論，因為充電體驗是消費者滿意度的最基本要求。

　　每臺裝置所配備的墻式原廠充電器通常會在資料接腳上放一個識別標記，讓裝置知道可以安全地充入更多電流。在某些情況下，如果碰到無法辨識的主機，它就不會讓裝置進行充電。此標記通常是以特定電壓的形式放在D+、D-或兩個接腳上。

　　圖1所示為采用此方法的墻式充電器的常見架構，它采取的配置方式是可以讓制造商銷售更多配件的。沒錯，對任何一款可攜式產(chǎn)品來說，銷售專用配件絕對是其業(yè)務計劃的一部分。消費者買了需要充電的產(chǎn)品以後，約有一半的比例會多買一個充電器。理由很簡單，我們不喜歡隨身攜帶充電器，所以會在每個常停留的地方像辦公室或車內(nèi)放一個充電器。

　　圖1：墻式充電器的常見架構

　　什么是“正確的”充電電流？

　　這里先做一個提示：答案可能會有三個。

　　在分析USB充電之前，你首先需要一個能用來量測Vbus電流的系統(tǒng)，并量測D+和D-接腳上的電壓。這可透過建置能將周邊和主機都插上的電路板，并將其D+、D-和Vbus線路露出來以進行分析。

　　現(xiàn)在通過一個經(jīng)由轉接板（interposer）連接的設備來評估充電電流。讓我們假設，我們都很聰明地知道原廠充電器施加在D+和D-上的電壓，同時重新建立一個獨立的充電電路來證實我們的猜測。然後，我們施以正確的電壓，就與原廠充電器施加在D+和D-上的電壓相同，但是充電電流與我們先前的結果并不一樣。

　　現(xiàn)在，讓我們來檢查功率 ─ 并不是看裝置是否插好電，而是看功率級別。

　　電池的功率級別在充電中扮演了重要角色。我們許多從事手機設計的人都知道，完全放電的鋰離子電池在真正開始充電前，需要先慢慢地進行細流（trickle）充電。

　　此情況當然也會讓你搞不清楚到底有沒有取得最佳的充電電流。插到USB埠的周邊裝置在充飽電之前，可能會有好幾個不同的充電點。通常，它會有一個低充電模式，以供剛才提到細流充電之用。它也可能對何時該對電池正常充電有不同的充電狀態(tài)。最後，它可能會有一個電池充飽的充電狀態(tài)。

　　因此，你需要觀察當電池沒電、充電到一半，以及充飽電池等不同期間，充電電流各會是多少。聽起來很耗時間？那當然──但這是完全了解充電特性的必要之惡。

　　充電與資料傳輸有可能兼具嗎？

　　現(xiàn)在我們比較了解消費者的充電器配置，以及如何觀察它的充電電流。對許多應用來說（諸如PC、螢幕和擴充基座），你會希望能夠快速充電，并具備同時傳輸資料的能力。

　　在這方面，市場上仍有許多疑慮，認為可能性不高。理由是基于許多原廠充電器會在USB埠的D+和D-接腳上施加電壓的這個事實。由于USB的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊是以USB 1.1 3.3V和USB 2.0 400mV為基礎，由于需要將不同的電壓施加在這些線路上，所以不可能同時進行通訊與列舉（enumeration）。

　　但這個規(guī)則有一些例外。舉例來說，當你第一次將裝置插入USB埠時，裝置會要求你下載特定裝置的軟體到主機上。有些手機為了同步作業(yè)，便會有此要求，因此有助于在通訊時，同時以較高的電流進行充電。因此，對于裝置的通訊和充電，裝置可透過特定的軟體驅動程式來設定限制。

　　但USB充電并非完全不可行，事實上，業(yè)界正在努力推動這項工作。USB-IF電池充電規(guī)范 1.2修訂版（BC 1.2）已經(jīng)制訂完成，以因應數(shù)據(jù)與充電并行的這項挑戰(zhàn)。

　　BC 1.2是專為統(tǒng)一USB 2.0充電特性的未來應用所制訂。它的想法是希望透過一套通用的USB充電規(guī)范標準，盡量減少垃圾掩埋場中堆積如山的手機充電器?；趶U棄物減量的考量，歐盟已經(jīng)是此規(guī)范的早期采用者。特別是，它承諾將在能傳輸數(shù)據(jù)的行動電話中采用相同的Micro-USB接頭。但是，歐盟尚未完全采用BC 1.2規(guī)范。

　　BC 1.2規(guī)范中包括充電下行埠（CDP）模式，可允許數(shù)據(jù)傳輸和較高的充電電流。舉例來說，如果，主機或集線器上的D+感測到0.4V至0.8V的電壓，那們D-就會以0.5V至0.7V回應。

　　更多有關調(diào)配時序的細節(jié)都可在規(guī)范中找到。一旦CDP建立好了，周邊裝置最高能取得1.5A的電流，并同時傳輸資料。采用這項技術的裝置，包括手機在內(nèi)，都將會在今年內(nèi)問世。

　　USB埠已滲入我們的生活，以作為電源供應之用，但我們必須采取明智策略，才能善加運用這項功能。

　　希望本文關于USB充電的基本介紹能幫助你朝正確的方向發(fā)展，從而不要重蹈他人的覆轍。