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。
25V DC :4.75V-5.25V 输出电流 500-1500mA 300-1800mA D+ / D- 处理 D+和D-短接 D+和D-短接 输出电压与输出电流之间关系 有详细的定义和规范 需要符合给出的输出电压和电流关系图 界面 USB A / Micro USB AB USB A 设备判别机制 对判别机制和要求有详细的定义和规范。 “当手机测检测到链接的供电界面中D+和D- 处于短接状态时，表明所连接的装置为本标准定义的充电器。否则表明所连接的装置不属于本标准定义的充电器，在此情况下手持机侧应启动限流措施，吸收电流不大于500mA”
　　设备判别机制  对判别机制和要求有详细的定义和规范。 “当手机测检测到链接的供电界面中D+和D- 处于短接状态时，表明所连接的装置为本标准定义的充电器。否则表明所连接的装置不属于本标准定义的充电器，在此情况下手持机侧应启动限流措施，吸收电流不大于500mA”
　　虽然市面上已经出现部分宣称符合「电池充电规格」的电源管理芯片，不过目前USB-IF还没有开始进行认证测试，国内除了测试实验室百佳泰等少数长期参与「电池充电规格」讨论与订定的厂商外，有许多厂商甚至还不知道有这份规格的存在。 而针对现有的USB-IF测试规范，百佳泰也已协助了充电器厂商完成测试。利用百佳泰自己开发的PDET测试制具，量测包括输出电压、过冲电压、短路恢复时间、相关电组和电容以及输出电流等测试内容。并且正向USB-IF提案相关的测试规范。
            

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”。

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