9922 快速充电控制器

型号 : 9922

支援快速充电：QC2.0 / QC3.0 / PE+ / PE+2.0 / USB PD
适用各品牌电子负载

9922提供快速充电技术〈QC2.0、QC3.0、PE+、PE+2.0、USB PD〉测试解决方案

第1章介绍

博计开发的9922 Quick Charger Controller同时提供Quick Charger、Pump Express、USB PD 3种快速充电装置模拟测试。 9922可以模拟手机、平板及笔电等装置的快速充电控制信号，对于各种快速充电技术的充电器提供快速的测试与验证。

9922前端的香蕉端子可直接与博计的电子负载面板相连接，利用电子负载模拟充电器的负载吃载所需的电流。而与待测物的连接则分别有提供一Micro USB与一USB Type C的硬体介面。产品外观图和Micro USB/Type C脚位定义如下图所示。快速充电器的输出由USB Type A 或Type C 的介面接口，再透过特定的连接线(如USB Type A – Micro USB, USB Type A – USB Type C, USB Type C – USB Type C等) 连接到9922 Quick Charger Controller 的Micro USB 或USB Type C 输入端。

USB Type-C 脚位定义

USB Type A 与 Micro USB 脚位定义

1-1 设备连接与使用

1. 开启电子负载的电源，接着将9922香蕉插头端子组插入电子负载面板的 Load +/- 与 Vsense +/- 端。 9922的插头端子组是设计完全相容3310F系列电子负载的Load与 Vsense端子连接器，另外附件中的连接器转接线组，适合9922无法直接插入电子负载的输入连接器时使用。

2. 提供5V电源输入可由Micro USB或D-SUB接头选择其一输入电源，以供应9922电路工作电源。电源输入的连接器位于9922的背面板上。
当使用 Micro USB 为9922的工作电源时，由随货附的适配器(Adapter)或任一V=5V,I≧0.1A 的电源供应器经输出电缆线连接供电。

3. 使用 D-SUB 为9922的工作电源时，3302F 机框需选购”9922 Power Supply”, 再用电缆线连接3302F 背面板 D-SUB 连接器与9922后，9922便可由3302F供应电源。
待测物连接9922的Micro USB或USB Type C接头。
依序连接完成后即可开始测试。

1-2 面板操作

1. MODE按键

按下MODE键，可以依序选择各种快充控制技术QC 2.0 -> QC 3.0 -> PE+ -> PE+ 2.0 -> PD，需选择与待测快速充电充电器相同的控制技术，以便执行控制。

2. UP按键

调高设定电压数值。在模式QC3.0和PE+2.0时有分短按、长按；按住 UP 按键不放可快速调高电压数值。

3. DOWN按键

调低设定电压数值。在模式QC3.0和PE+2.0时有分短按、长按；按住 DOWN 按键不放可快速调低电压数值

4. UP+DOWN按键

由于PE+和PE+2.0的控制技术中在不吃载的条件下会自动回复至+5V，故避免使用者在更换输出电压后来不及按下电子负载的Load ON 按键开始吃载测试，造成待测的PE+ 或PE+2.0 快充充电器自动回复至+5V，9922设计了一个参数供使用者调整电压持续输出的时间0~5.0秒（PE+和PE+2.0使用）；这个时间内9922 会持续吃载以避免待测物电压回复到初始值+5V。提供使用者在 0~5秒内按下电子负载的 Load ON 按键开始吃载测试。

按下 UP, DOWN 两键2秒进入 Programmable Hold Time 模式。
按下UP或DOWN按键增加或减少 Hold Time时间设定0~5秒，解析度0.1S。
按下START按键确认完成设定，并退出模式。

5. START按键

短按：开始依设定值改变输出电压

长按2秒：开始依设定值改变输出电压，并且储存MODE所选择的模式状况和PE模式吃载时间到EEPROM 记忆体中，储存完毕后LED闪烁三次，在下一次启动9922 时自动载入设定值以方便使用者不须再次设定。

按键操作列表

第2章 Quick Charger 2.0与3.0

因应手持装置、手机、平板的电池容量加大后，使用5V/1A，5W标准充电器导致充电时间过长，除了QC 1.0 5V/2A,10W 充电器较5W 标准充电器可降低50% 充电时间的方案外，Quick Charge 2.0 是Qualcomm 对行动装置能提供更快速充电的方案，当行动装置与充电器都符合Quick Charge 2.0 协议时，充电器接受行动装置的指令，提高充电器功率输出达到对行动装置电池快速充电。
具体来说Quick Charge 2.0 提供5V, 9V, 12V, 20V, 最大18W 四段电压充电,其符号是闪电加圆圈有Class A与Class B 两种，如下图所示，其中Class A支援三种电压(5 /9/12V)，Class B支援四种电压(5/9/12/20V)。

QC 2.0的原理

充电器是侦测 USB 上D+与D-的电压来控制充电器的输出电压，如下表所示

QC 2.0的控制方式

博计的9922 Quick Charger Controller针对QC 2.0测试能够模拟D+, D-的各种电压组合来验证测试充电器的输出电压，还能够模拟连接及移除对充电器的连接，来验证充电器能够立即自动停止高电压输出降为5V，确保功能正常符合Quick Charge 2.0 的规范

QC Charger Application Connect Diagram

目前市面上已经有许多厂商的产品支援 Quick Charge 的装置, 如 HTC, SONY, MOTOROLA, Google, Samsung, Asus 等。
由于Quick Charge 2.0 具有缩短充电时间显著的效能, 对消费使用者相当便利, 预计未来会愈来愈普遍,当然充电器也须从目前标准5V/1A 5W 向上提升到15W 或18W,才能有能力快速充电。
除了Quick Charge 2.0外,Qualcomm也推出下一代Quick Charge 3.0快速充电技术,采用最佳电压智慧演算法(Intelligent Negotiation for Optimum Voltage, INOV)可以进一步减少功率损耗达45% ,Quick Charge 3.0以0.2V增减量,从3.6V到20V电压让手机获得最适电压来达到提高充电效率并改善发热问题。

9922在QC 2.0操作说明

1. 选择模式

按下MODE按键切换到QC2.0，此时QC2.0的LED灯亮起

2. 设定输出电压

按下UP、DOWN按键增减电压设定5.0~20.0V

3. 开始

按下START按键开始改变输出电压值

QC 3.0的原理

充电器是侦测 USB 上D+与D-的电压及脉波来控制充电器的输出电压，如下表所示

QC3.0的控制方式

QC 3.0与QC 2.0不同点为增加电压微调功能，D+ PULSE 使Vout电压增加0.2V，D- PULSE 使Vout电压减少0.2V，测试结果如下图，16个D+ PULSE 使Vout电压增加3.2V，16个D- PULSE 使Vout电压减少3.2V。

Quick Charge 3.0 Ramp Up 3.2V and Ramp Down 3.2V

博计9922 的 Quick Charger Controller，能够模拟D+,D-的脉波控制0.2V的增量与减量来验证测试充电器的输出电压，确保符合Quick Charge 3.0的规范。如下图所示...

9922在QC 3.0操作说明

1. 选择模式

按下MODE按键切换到QC3.0，此时QC3.0的LED灯亮起

2. 设定输出电压

短按：按下UP、DOWN按键增减电压设定，解析度0.2V

长按2秒：按下UP、DOWN按键增减电压设定3.6~20.0V

3.开始
按下START按键开始改变输出电压值

第3章 Pump Express Plus & Pump Express Plus 2.0

Pump Express为联发科技的快速充电技术，目前已经推展至3.0版，基本上是使用高电压大电流来提供快速充电，已获得SONY、联想、金立、魅族等品牌业者采用。 Pump Express特点为允许充电器根据电流决定充电所需的初始电压，由手机内的PMIC发出脉冲电流指令通过USB的Vbus传送给充电器，充电器依照这个指令调变输出电压。

联发科目前有两种快速充电规格：

（1） Pump Express Plus为快速直流充电器提供的输出功率小于15W（5V）类似 QC2.0，受控输出固定电压：5V、 7V、9V 、12V，主流输出功率：5V/1A & 5V/1.5A。

（2） Pump Express Plus 2.0为充电器提供的输出功率大于15W，其差别为输出电压可控制，类似QC3.0但是以0.5V 为增减量，从5V到20V电压让手机获得最适当电压来达到提高充电效率并改善发热问题。

Pump Express的原理

使用命令（吃载不同的电流）控制Adapter输出不同电压，如图2 & 3，电流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A，PE在变换电压后需立即吃载至少0.3A 否则电压会自动跳回5V。如下图所示...

Current Pattern - PE+2.0

PE+2.0动作时序图

博计9922的 Quick Charger Controller，能够模拟命令，吃载不同的电流，电流Ilow < 0.13A，Ihigh > 0.3A来验证测试充电器的输出电压,确保符合PE的规范。如下图所示...

PE Charger Application Connect Diagram

9922在PE+操作说明

1. 选择模式

按下MODE按键切换到PE+，此时PE+的LED灯亮起

2. 设定输出电压

按下UP、DOWN按键增减电压设定5.0~12.0V

3. 开始
按下START按键开始改变输出电压值按下START按键开始改变输出电压值

9922在PE+2.0操作说明

1. 选择模式

按下MODE按键切换到PE+2.0，此时PE+2.0的LED灯亮起

2. 设定输出电压

短按：按下UP、DOWN按键增减电压设定，解析度0.5V

长按2秒：按下UP、DOWN按键增减电压设定5.0~20.0V

3. 开始

按下START按键开始改变输出电压值

第4章 USB Type-C支援USB Power Delivery

为了更加普及USB在不同装置供电上的应用，并减少电源线的配置，包括手机及笔电的充电器，全新的USB Power Delivery便应运而生。 USB-IF于日前宣布了这项名为USB Power Delivery（简称PD）的电力传输规范，旨在透过高达20V 5A 100瓦的电力传输量，多达7种电压输出组合，让各种装置均能透过单独一条USB线缆满足供电需求，而缩短装置充电时间的优点，更能优化行动应用的便利性。

Power Delivery的原理

USB PD的通信是将协议层的消息调制成24MHZ的FSK信号并耦合到VBUS上或者从VBUS上获得FSK信号来实现手机和充电器通信的过程。 USB PD的通信是将协议层的消息调制成24MHZ的FSK信号并耦合到VBUS上或者从VBUS上获得FSK信号来实现手机和充电器通信的过程。
以手机和充电器都支持USB PD为例讲解如下：

USB OTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTG ID脚是1K下拉电阻( 不是OTG Host模式，OTG Host模式的ID电阻是小于1K的)，就说明该电缆是支持USB PD的。
USB OTG做正常BCS V1.2规范的充电器探测并且启动USB PD 设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是Capabilities Source 消息，就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表组合。
手机根据用户的配置从Capabilities Source消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上。
充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整Power Supply的直流电压和电流输出。
手机收到Accept消息，调整Charger IC的充电电压和电流。
手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。