本文討論USB電池充電最新行業標準的推動力及其定義的技術規范,也給出了實現對各種專有便攜充電設備進行大電流充電的USB端口的簡單策略。
電池充電標準的迫切性——BC1.2規范頒布之前
USB得到廣泛普及是因為其能夠為外圍設備供電。USB孕育于上世紀90年代中期,最初的目的是將外部設備(例如鍵盤、鼠標、打印機、外置驅動器等)連接至計算機。隨著越來越多的各種便攜式設備受到青睞,也同樣需要為其供電。利用數據傳輸連接器供電的能力使得USB在便攜式市場具有直接而顯著的優勢。
在2007年第一個電池充電規范頒布之前,嘗試為電池充電本質上是一種冒險——結果非常難以預測。當2000年出現USB 2.0時,外設默認吸收100mA電流,除非明確協商將電流增大至最高500mA。如果總線上經過一段延遲后沒有數據活動,總線將進入“掛起”模式,將允許吸收電流限制到2.5mA。如果便攜設備的電池完全耗盡,嘗試利用標準端口進行充電時,則只能可靠吸收2.5mA電流!
實際上,許多電子設備制造商并不嚴格遵守USB 2.0規范,在其提供的USB端口中不采用這些電流限值。有些(大多數)USB端口無論枚舉還是持續活動都允許100mA電流;有些端口甚至提供500mA電流,而不考慮必要的功率協商。有些便攜設備的應用要求超過100mA的電流,并錯誤假設USB端口總是能夠提供500mA電流。
好的充電方案必須知道如何通知便攜設備從USB端口吸收多少電流是安全的。雖然合乎邏輯,但之前模棱兩可的USB“事態”存在一個主要問題——如果吸收電流超過預期,USB端口將如何響應?有些端口將完全關斷,并一直保持關斷狀態,直到外設拔出后再重新插入;有些端口將觸發USB系統復位,重新啟動枚舉過程。
BC1.2規范的推出
電池充電并不是USB的原始特性,因此,在BC1.2頒布之前,官方并未就為關斷設備的電池充電做出任何規定。通過建立清晰的USB端口供電能力溝通方法,BC1.2規范改進了其中許多問題。
無論可充電電池使用的材料如何,均需在工作和充電期間予以特別考慮。例如,Li+電池制造商有時候規定最低放電水平;超過該門限的深度放電電池需要首先在預處理模式下進行充電,然后再開始完全充電。電池達到標稱條件后,即可采用較高電流,以縮短充電時間,這通常稱為恒流模式。當電池幾乎充滿時,繼續采用恒流模式可能有害。智能充電方案將切換至恒壓模式,對電池進行“浮充”。由于電池的特性復雜,為實現可靠充電,必須采用定制,現在大多數便攜設備在最終產品中包括專用的電池充電控制器。
BC1.2規范的一項附加優勢是規定了對耗盡電池或弱電池的充電。低于“弱電池門限”的電池允許采用高于2.5mA掛起電流的電流進行充電,與端口類型無關。一旦電池達到標稱水平,要求設備在特定的時間內進行枚舉,以便保持從要求枚舉的USB端口吸收較高的電流。