如何为消费类USB设备设计2A或更高的电源？

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我了解我的许多通过USB端口充电的消费类设备可以以高于0.5A的速率充电。但是，在测试中，我发现它们的消耗量不超过此数量。

测试设置

我有一个输出0至30伏，0至20安的电源。
我将电压设置为5伏，然后将母USB正确连接到电线。
当我插入三星Galaxy S4 Mini时，它的电流约为0.44安。三星Galaxy Tab Pro也是如此。
但是，当我使用官方的避雷线连接iPad Air时，它的电流仅为0.11安培。
此外，我尝试连接ZGPAX S28智能手表，但仍约为0.44-0.45安培。

电源不仅能够输出最大2.1安培的电流，那么为什么至少不给平板电脑供电呢？

在测试设置中，我需要做什么以说服设备消耗其最大充电电流？

power-supply battery-charging

— 乔什格伦
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读这个。但是首先要问自己：为什么要强制向平板电脑馈电20A？

— 尼克·阿列克谢耶夫

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最大充电电流由数据USB线路中的电阻器协商，并由设备中的充电控制器IC限制。

— pjc50 2015年

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我不是要强制提供20安培的电流！我正在尝试提供2.1安培的电流，但平板电脑无法从我的电源接受它，即使它是从真实的苹果或三星电源获得的

— Joshglen 2015年

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除了需要进行收费率协商外，您还需要能够支持它的电线-大多数USB电缆为28号，并且根据长度的不同，它们之间的压降会很大。

— user2813274

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这个问题涉及使用实验室电源，测试设备的电流消耗以及询问有关USB电源消耗和USB规格的根本原因。这是本网站的主题，应重新打开。一旦完成，我可以添加一个相当全面的答案，这将有助于未来的电子工程师设计用于消费类设备的USB电源，尽管这里还有许多其他人可以做到这一点，并且可能会击败我。现有的答案还不错，但是还有更多。

— 亚当·戴维斯

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Apple / Samsung设备不消耗更多电流的原因很简单。这是因为Apple / Samsung设备与其专用电源之间存在其他数据通信。这使两个设备彼此识别并同意使用更高的电流。充电器会在USB数据线上设置某些电压，手机或平板电脑会识别出该电压。

您的20 Amps电源未在日期行上提供这些电压，因此不会与您的Apple / Samsung设备“交谈”，因此，它们假定它是普通的“哑”充电器，并且消耗的电流不会超过USB标准所允许的电流通常只有100或500 mA

要给苹果设备充电，请将这些电压输入数据线：

所需电流：2,000mA D-：2.0V D +：2.75V

同样，取决于电池的电量，充电电流也会受到限制。仅当电池充满30％-70％的电量时，电池电量才会达到最大值（这些数字只是我的猜测）。当电池电量非常低或几乎充满时，用大电流充电对电池不利。

资料来源：

Adafruit：Apple设备充电的奥秘

Voltaic：选择USB引脚电压

— 比彭雷基
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一点补充，这里：即使设备会与电源通信（通常是通过跨数据引脚的简单配置电阻来完成的，您也可以在该Google上进行搜索，它们很容易设置）我不知道哪一个设备会消耗超过0.5A的电流。实际上，1A非常罕见，因此在那里实际上您的规格很多。

— Alzurana

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也许您的意思是0.1 A而不是1 A？我认为0.1A是通过USB（规范中）而不枚举的最大电流。

— W5VO 2015年

@ W5VO确实是这样，我的电话号码太大了，改了。但是根据维基百科，最大电流为0.5A。虽然没有提到0.1A，但也许我忽略了这一点。

— Bimpelrekkie 2015年

@Alzurana，我有一个平板电脑可以从USB汲取0.8A电流，但前提是数据线短路。我还有一部智能手机，当数据线短路时，它会消耗超过0.5A的电流。断开数据线连接时，所有电流均小于0.5A。

— Bimpelrekkie 2015年

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非枚举设备仅允许消耗100mA电流。一旦在常规端口上进行枚举，它就被限制为要求的数量，最大为500mA。充电设备端口可以具有更高的限制。

— 尼克·约翰逊

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这是一篇更完整的文章，列出了大功率充电器的已知专有电阻分压器D + / D-识别方案。要点是：

2.0V / 2.0V –低功耗（500mA）

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

2.7V / 2.0V –苹果iPad（2100mA / 10瓦）

2.7V / 2.7V – 12瓦（2400mA，可能由Blackberry使用）

D + / D-一起短路– USB-IF BC 1.2标准

1.2V / 1.2V –三星设备

三星的值与该示意图 ^[原始源]所示的值相符，该值通过用于2A Galaxy平板电脑充电器的10k / 33k电阻分压器获得。

就像我在其他评论中所说的那样，还有一些现成的芯片可以实现其中一些功能，例如MAX14667，TPS2513，Microchip的USB2534或CYUSB3324。后者的数据表还提供了有关Samsung设备的更多详细信息：

三星设备遵循多种充电方法。某些三星设备（三星Galaxy平板电脑）使用专有的充电方法，其中D +和D-引脚偏置为相同的电势（〜1.2 V）。三星Galaxy S系列（S3，S4）设备遵循USB-IF BC v1.2充电标准，用于DCP，CDP和SDP操作模式。

在USB-IF BC 1.2有这些要求的DCP方式：

D +和D–数据线短路，最大串联阻抗为200Ω。

在电压降至2V以下或电流超过1.5A之前，请勿切断电源

允许但不要求的绝对最大电流是USB 2.0连接器的极限，最高5A

另外，赛普拉斯的笔记还说苹果也使用2.7V / 2.7V-> 2.4A。TI员工参与的TI论坛讨论（针对他们的TPS2513A）也表明了这一点。TI员工说：

从iPad3开始，使用42Whr电池，长充电时间开始成为一个问题。比较充电时间，从0％电池到100％电池，2.1A充电器需要6个小时，2.4A充电器需要5个小时40分钟。因此要快20分钟，但不多。

我们认为Apple发布2.4A充电器的主要原因是为了在同时充电和播放时提供更好的用户体验。当同时玩Infinity II等高质量视频游戏并充电时，我的iPad3的电池电量增加非常缓慢，例如30分钟后，仅增加2％，这使我发疯。

使用2.4A充电器时，电池状态增加得更快，至少我感觉正常，可以接受。

— 嘶嘶声
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电源不仅能够输出最大2.1安培的电流，那么为什么至少不给平板电脑供电呢？

USB标准不允许从标准USB 1端口提取超过500mA的电流。在设备与USB主机设备建立通信之前，它无法知道有多少可用电流。

USB标准实际上要求设备在与主机通信并请求更多功率之前，汲取的电流不得超过100mA。这很重要，因为标准的无电源USB集线器自身将消耗500mA-100mA，每个端口消耗100mA。这意味着没有电源的集线器不能也不应该尝试向USB设备提供500mA的电流。

以这种方式设计标准以支持各种用法。

显然只有Apple遵循该标准，并且在请求更多功率之前仅消耗100mA电流。

现实情况是，很少有USB端口在不被要求的情况下无法提供500mA的电流。许多人甚至都不想监视电流消耗并关闭不兼容的USB设备。从USB端口汲取500mA的电流几乎总是安全的，而无需询问主机端口的最大功率。

较新的USB规格允许使用更高的电源端口。同样，必须要求它符合规范。

USB充电器通常不是智能的，并且不会实现完整的USB主机端口。他们使用一些捷径-通常在D +和D-线上使用电阻来向USB设备发送信号，表明该充电器无需官方即可提供更大的功率。

此外，某些设备（例如Apple iOS系列）还将监视所提供的电压，并根据电压降缩减电流消耗。例如，如果一个充电器报告它可以提供2A电流，但是电压不能保持在5V，则iOS设备消耗的电流将小于最大电流。它不会在4.5V以下或5.5V以上充电。因此，充电器不仅必须提供正确的信号以指示可用的全部电流，而且还必须在最大电流消耗下保持良好的调节。

请记住，这是一项安全功能。充电设备不仅需要能够提供电流，而且所用的USB电缆也需要能够提供电流。电流似乎不大，但是市场上有许多非常便宜的细USB电缆，随着2A流过其尺寸过小的导体，它们会显着升温。将其放在易燃的枕头下，让热量积聚，您可能会发现不仅熔化的绝缘材料。

Apple不仅要验证充电器，还要验证电缆（使用电缆连接器内的专有芯片），从而避免与危险的充电器和接线相关的可能损失承担责任。

不过，只要您使用设备随附的电缆，就不会在这方面遇到任何问题，并且可以专注于充电器的信号传输。

在测试设置中，我需要做什么以说服设备消耗其最大充电电流？

Apple标准已经被其他人宽松地采用，或者被其他人接受，并且包括以低电流在D-和D +线上放置特定的电压电平。在D-线上放置约2.0V的电压，在D +线上放置2.75V的电压，则信号2A（10W）可用于充电。这可以通过简单的电阻器来完成：

原理图

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

如果您在设置中遵循此电路，则应该发现至少Apple设备以2安培或更高的电流充电，并且您可能会发现其他设备也以该速率充电。

— 亚当·戴维斯（Adam Davis）
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您可以尝试使用专用的充电端口控制器。

根据规范，它可以检测以下收费方案：

分压器1 DCP，要求分别在D +和D–线上施加2 V和2.7 V（TPS2513，TPS2514）

分压器2 DCP，要求分别在D +和D–线上施加2.7 V和2 V（TPS2513，TPS2514）

分压器3 DCP，要求分别在D +和D-线上施加2.7 V和2.7 V（TPS2513A，TPS2514A）

BC1.2 DCP，需要将D +线短路到D–线

中国电信标准YD / T 1591-2009短路模式，要求将D +线短路到D–线

D +和D–线上均为1.2 V

— 酒神
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您确定第1点中的描述正确吗？您似乎有2 V两次2.7 V。

— user2943160 '16

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@ user2943160谢谢。复制/粘贴错误。固定它。

— bcelary

BC1.2 DCP Point4 在D +和D-之间需要一个电阻。这可能很短（零欧姆电阻），但也可能更高（最高200欧姆）。不知道为什么不对这个分析器进行更多的投票，因为这是最好的建议。

— florisla

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电源能够提供20安培的电流，无论您连接到它什么，它都会从20安培中获取所需的电量。

例如，如果您为5伏输出设置了电源，并在其输出上放置了5欧姆电阻，则它将为该电阻提供1安培的电流，因为这就是电阻两端所要的5伏电压。

您还可以在电源两端并联放置20个5欧姆电阻，它将为每个电流提供1安培的电流，总共20安培。

— 电磁场
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我不需要20安培！我只希望2.1能够提供更多功能。我想知道是什么限制了我的电源电流，而不是真正的苹果或三星充电器。

— 乔什格伦

正如其他人这样恰当地指出的那样，正是对象与其充电器之间的数据交换允许对象要求大量电流以便快速充电。但是很大：但是，当您从手机中拔出手机并将其插入USB时，规则都会改变，无论手机要求什么，USB都会给它带来令人愉悦的满足感。

— EM Fields

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USB设备只会消耗它知道绝对可以消耗的电流，而不会造成充电器损坏。苹果和三星设备不知道可以从充电器中安全提取多少电量，因此它们只能使用USB标准。USB标准说“ 0.5安培是安全的”。（如果充电器将自己标识为USB充电器，但不能处理0.5安培的电流，那不是手机的问题，而是充电器的问题）。

说服设备消耗更多电流的唯一方法是在充电器中实现Apple设备与Apple充电器或Samsung设备与Samsung充电器之间的通信。这不是很困难，您可以以合理的价格购买质量好的充电器。您的充电器无法做到这一点，因此限制为0.5A。

— gnasher729
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当连接到USB数据端口时，所有USB设备都必须工作，默认情况下会提供100mA的电流，“很好地询问”时将提供500mA的电流。那就是你得到的。

如果通过一个小电阻器（用于保护……大约100欧姆）将Data +和Data-信号连接在一起，则将符合USB电池充电规范，该规范允许设备消耗至少1.5A的电流。

— 戴夫·海妮（Dave Haynie）
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