Тема разнообразных USB-зарядников, несмотря на кажущуюся простоту, остается одной из самых “обсасываемых” в интернете, поскольку там есть кучка “неочевидностей”, а зачастую и “непоняток” 🙁 Хотя, казалось бы, все так просто: есть у тебя источник с напряжением 5В, подключайся и пользуйся! 🙂
Поскольку все это многократно “разжевано” вдоль и поперек, то я в двух словах изложу “базовую теорию”, а потом еще поделюсь некоторыми результатами моих собственных экспериментиков, которые я провел в рамках тестирования специализированных платок для USB-зарядок (см. Пурпурные печеньки госдепа).
Если очень коротко, то “теоретическая часть” сводится к следующему (я пока не касаюсь всяких новейших технологий типа Quick Charge и грядущих идей по “мощному” USB – они пока еще не слишком актуальны для большинства ситуаций, а Quick Charge так скорее и просто вреден, а иногда и опасен, для аккумуляторов гаджетов):
1. Абсолютно все современные “умные гаджеты” типа смартфонов/планшетов, перед тем, как начать заряжаться от USB, в самом начале процесса производят проверку на предмет того, сколько максимальной мощности они смогут забрать от источника питания, не рискуя перегрузить его. Эта предварительная фаза обычно называется “handshake” (дословно “рукопожатие”), либо же “считывание сигнатуры зарядки”.
2. Для этой цели используются т.н. “контакты данных” USB – классическая схема USB-соединения предполагает наличие 4-х контактов/проводов: два для подвода напряжения питания, а еще два – для передачи данных. На этапе “хэндшейка” всегда анализируются именно контакты данных, и исходя из этого гаджет принимает решение, каким максимальным током он может начать зарядку (либо же вообще отказаться от зарядки, если ему не нравится ситуация – например, когда контакты данных просто “висят в воздухе”).
3. Исторически сложилось сразу несколько различных способов сообщить гаджету, какую мощность он может забирать (т.н. “сигнатур зарядки”) – просто какое-то время каждый крупный производитель (или группа производителей) считала необходимым “выпендриться” и сделать свой “уникальный фирменный” способ! Помимо всего прочего, еще и с той, довольно-таки “подленькой” целью, чтобы пользователь мог бы воспользоваться только их “родными” зарядками, а не всеми подряд 🙂
Впрочем, со временем, нравы в этой области несколько смягчились и “гуманизировались” – даже компания Apple, один из наиболее упертых “запретителей” чужих зарядок, задним числом в прошивке своих гаджетов сделала кучу “послаблений”! 🙂 Например, исходно мой старенький iPad требовал себе только “сигнатуру Apple”, а иначе просто отказывал в зарядке – но после какого-то очередного обновления версии операционки это ограничение было снято – т.е. даже им, как выяснилось, здравый смысл не всегда чужд! 🙂
Ну а для нужд производителей зарядок и павербанков были разработаны специальные микросхемы, единственной задачей которых является выставление на контактах данных нужной гаджету “сигнатуры” для успешного проведения “хэндшейка” (обычно они умеют подставлять данные всех наиболее распространенных “сигнатур”).
Т.е. мы наблюдаем забавные встречные процессы: с одной стороны, гаджеты стали уже не такими “упоротыми”, как несколько лет назад, а с другой – производители зарядок научились подсовывать гаджетам именно то, что тем хочется увидеть! 🙂
Я “поигрался” немного с одной из таких микросхем (TPS2514), воспользовавшись заказанной ранее “пурпурной” платой: туда необходимо впаять собственно эту микросхему, один крохотный конденсаторчик, и USB-разъем. Выглядит все это так (остается только подвести питание 5В от любого преобразователя напряжения):
После чего вооружился измерительными приборчиками, гаджетами (два планшета и смартфон – все три от разных производителей), кучей разных зарядок и преобразователей напряжения, и кучей всевозможных USB-проводков – и начал мерить и сравнивать, что же у нас получается с током зарядки…
В частности, меня также интересовало, есть ли практическая разница между самым простейшим способом “задания сигнатуры” – накоротко замкнуть контакты данных (это способ, идущий еще из USB-стандарта, и его понимает подавляющее большинство современных гаджетов) и, допустим, использованием микросхем типа TPS2514, где перебираются разные “сигнатуры”?
На этот вопрос я получил ответ быстро: в одном из трех гаджетов это оказалось совершенно без разницы, а вот в двух остальных – да, ток зарядки с микросхемой был немного побольше, где-то до полутора раза максимум. В общем-то, эта разница не особо принципиальна, но все же… Короче, данная микросхема вполне работает, как и ожидалось 🙂
Ну и еще некоторые результаты…
1. Ток зарядки довольно сильно таки зависит от используемого USB-кабеля (ну и, наверняка, также и разъемов – но их состояние/влияние несколько сложнее оценить). Наиболее явный и заметный критерий – это ДЛИНА кабеля! И это при том, что я всегда стараюсь использовать отнюдь не самые дешевые из них… Во всех ситуациях, с короткими (20-30см) кабелями результат был ЗАМЕТНО лучше, чем с длинными (в диапазоне 70-100см). Т.е. все же сопротивление тонкого длинного провода вносит свои коррективы, в некоторых случаях, весьма даже заметные (например, 1200мА с коротким против 700мА с длинным).
Причем, выяснилась еще такая любопытная вещь: в случае разных “сигнатур” в зарядке, относительное снижение потребляемого тока из-за провода разное! Например, с коротко-замкнутыми контактами данных, уменьшение тока при замене кабеля наблюдается с 1200мА до 700мА, а при использовании микросхемы TPS2514 – уже всего c 1500мА до 1200мА… В одном случае разница в 500мА, а в другом – всего-лишь в 300мА.
2. Когда я заменяю провод кабеля на свой любимый медный 20awg (т.е. относительно толстый), то при длинах в районе одного метра или чуть более, каких-либо заметных/улавливаемых потерь вообще НЕ НАБЛЮДАЕТСЯ! Т.е. если есть необходимость использовать длинный USB-кабель для питания (а иногда это удобнее, а в некоторых случаях так и необходимо), то гораздо выгоднее протянуть всю эту длину более толстым проводом, и уж только в самом конце, перед USB-разъемом, установить “сигнатуру” на контактах данных.
Пример этого на фотографии:
Здесь напряжение от преобразователя проходит с минимальными потерями по проводу 20awg длиной более метра, а на конце та самая платка с фото выше (я ее утянул в термо-усадку). Ну и совсем коротенький (20см) кабель-переходник USB–>Micro-USB. В общем, если нужен именно длинный USB-кабель для питания, то вот это – оптимальный вариант.
3. Максимальный ток зарядки на протестированных гаджетах как от моей “походной электростанции”, так и от кучи валяющихся у меня дома “сетевых” зарядок разных производителей, был абсолютно одинаков – около 1.5А. Что в принципе, нормально и по времени зарядки, и с точки зрения сохранности аккумуляторов гаджетов. Единственное исключение – зарядка от Lenovo повышала ток заряда до 1.8А, причем она именно повышала его в процессе – после “хэндшейка” стартовала зарядка током в 1.5А, а через несколько секунд видно было, как зарядник начинает немного увеличивать напряжение (а соответственно, и ток). Ну что ж, оригинальное решение… В принципе, что-то в этом есть! 🙂
ЗЫ: Теперь насчет того, собираюсь ли я использовать эти платки с TPS2514 в составе своей “солнечной электростанции”? В минимальном “базовом комплекте” – пожалуй, нет. Туда пойдет более простенький вариант (нижний на фото), с коротко-замкнутыми контактами данных:
Но для любителей пользоваться длинным зарядным проводом, да еще и сохранить при этом приличный ток зарядки – да, можно будет дополнительно заказать еще и “более продвинутый” вариант (в центре).
Также по теме:
По старым граблям USB зарядок
Пурпурные печеньки госдепа
USB 5V DC/DC преобразователь