Power delivery apple блок питания

Быстрая зарядка и USB Power Delivery: Apple против сторонних блоков питания

В конце апреля в статье Быстрая зарядка: стандарты, особенности и проблемы совместимости мы уже писали о разнообразии стандартов быстрой зарядки, проблемах совместимости и ошибках в реализации протокола Power Delivery. С выходом линейки устройств Apple, поддерживающих быструю зарядку, ситуация только усложнилась. Первой ласточкой стал iPad Pro 12.9, выпущенный в 2015 году и поддерживающий быструю зарядку по протоколу USB Power Delivery при условии использования фирменного кабеля USB-C > Lightning. Новое поколение устройств, включающее в себя iPad Pro 10.5, iPad Pro 12.9 (2017), а также iPhone 8, 8 Plus и iPhone X, также поддерживает быструю зарядку через фирменный кабель. Подтянулись и сторонние производители, наводнившие рынок зарядными устройствами и кабелями USB-C > Lightning, рекламирующими поддержку данных устройств. Но что-то пошло не так.

За прошедшее время мы протестировали несколько зарядных устройств, обещавших поддержку всех моделей iPad Pro и нового поколения iPhone. Для более наглядного представления о параметрах заряда мы использовали датчик-вольтметр от Plugable:

Тестированию подверглись блоки питания от Xiaomi (Xiaomi 45W USB-C Power Adapter), адаптеры Ugreen 30W Type-C Charger (30Вт), BlitzWolf BW-S10 (30Вт) и Inateck 60 W USB C Power Supply (60Вт).

Все эти адаптеры (кроме Xiaomi, производитель которого не декларирует совместимость со сторонними устройствами), по утверждениям производителей, поддерживают быструю зарядку последних поколений устройств от Apple.

Тестирование проводилось с устройствами Apple iPad Pro 10.5, iPad Pro 12.9 (2017), iPhone X. Во всех случаях использовался один и тот же фирменный кабель Apple USB-C > Lightning. В качестве референсного устройства с обоими iPad был испытан блок питания Apple 29W. Результат мы свели в таблицу.

iPad Pro 10.5	iPad Pro 12.9 (2017)	iPhone X
Apple 29W	14.5V/2A	14.5V/2A	14.7V/1A
Xiaomi 65W	Сбой протокола 14.95V/0.06A	Сбой протокола 14.95V/0.06A	9V/1.6А
Ugreen 30W	14.95V/1.9A	14.95V/1.9A	9V/1.6A
BlitzWolf BW-S10	14.95V/1.9A	14.95V/1.9A	9.2V/1.57A
Inateck 60W	Сбой протокола 14.95V/0.06A	Сбой протокола 14.95V/0.06A	9V/1.6A

Два из четырёх блоков питания (Ugreen и BlitzWolf) оказались совместимыми со всем парком устройств Apple, в то время как два других (Xiaomi и Inateck) реализовали стандарт USB PD с ошибками.

Как проявляется ошибка с блоками от Xiaomi и Inateck? Если подключить шнур Apple в зарядку, а затем порт Lightning — в устройство, то происходит следующий процесс. В первую очередь заряд начинает идти со скоростью 5В/2А, через 2-3 секунды устройства пытаются договориться о быстрой зарядке и переключаются на напряжение 14.9В, но вместо положенных 2А ток составляет всего 0.06А. Понятно, что 0.06А — это ошибка реализации протокола, и заряд на такой скорости будет идти очень и очень долго.

Предыдущий опыт подсказывает, что подобные ошибки часто проявляют себя характерным образом. Если подключить тот же шнур USB-C > Lightning сначала стороной Lightning в iPad, а потом стороной USB-C в зарядное устройство, то заряд происходит с правильными параметрами 14.9В/1.95А.

Такая работа — типичная ошибка в реализации протокола USB PD со стороны изготовителей зарядных устройств. Что именно её вызывает, и почему производителям удаётся заряжать мощные ноутбуки, но не получается договориться с техникой Apple?

Вероятно, виновником является кабель Apple USB-C > Lightning. Кабель от Apple спроектирован хоть и «по стандарту» (а точнее – с буквальным следованием соответствующим стандартам как на стороне разъёма USB-C, так и на стороне разъёма Lightning), но по сути — это один большой и очень грязный хак. В частности, у этого кабеля наблюдается ненулевое потребление в простое (микросхемы-конвертеры активны всё время); из-за этого блок питания (даже БП от самих Apple) не может полностью выключить силовые цепи, и всегда потребляет энергию от розетки (кстати, за такую реализацию нужно бить по рукам инженеров, проектировавших кабель).

При этом кабель USB-C > Lightning в простое потребляет порядка 5В/0.0хА (сколько при этом потребляет блок питания, которому не дают отключить силовые цепи — отдельный больной вопрос). Когда кабель подключается к iPad, блок питания уже подаёт на кабель определённый ток с напряжением 5В. Дальше устройства (iPad Pro и блок питания) пытаются договориться, общаясь через микросхемы кабеля USB-C > Lightning; тот запрашивает поддержку протоколов и параметров, затем запрашивает переключение на напряжение 15В. Именно этот запрос БП корректно не отрабатывает.

Если же сам кабель ещё не инициализирован, и сначала подключается стороной Lightning в iPad, а потом USB-C в зарядку, сбоя не происходит. Так что с одной стороны — ошибка контроллера БП, а с другой – скажем так, особенности проектирования кабеля-переходника с USB-C на Lightning. Кабель, с одной стороны, не нарушает спецификацию, но при этом не даёт заснуть блоку питания, который в результате всё время потребляет энергию из сети (при подключении в режиме 24х7 стоимость потреблённого электричества за год может превысить стоимость как кабеля, так и блока питания).

Что интересно, протестированный iPhone X смог договориться с любым из протестированных зарядных устройств.

В качестве бонуса: сторонние кабели USB-C > Lightning и быстрая зарядка

Нам удалось протестировать два сторонних кабеля USB-C > Lightning с заявленной поддержкой быстрой зарядки производства PZOZ. С любым зарядным устройством, включая те, протокол USB Power Delivery в которых реализован с ошибкой, сторонние кабели заряжали оба iPad Pro со скоростью 5V/2A. При этом в iPhone X срабатывала быстрая зарядка с напряжением 9В. Можно сделать вывод, что сторонние кабели – пока ещё полусырая попытка скопировать устройство кабеля от Apple. Положительный эффект сторонних кабелей в сравнении с фирменным решением от Apple – нулевое потребление энергии в простое (блок питания смог «уснуть», перейдя в режим уменьшенного потребления энергии).

Выводы

Какие выводы можно сделать из нашего тестирования? Во-первых, корректность реализации протокола USB Power Delivery у производителей любых блоков питания – больной вопрос. Если вы приобретаете такой блок питания, чтобы заряжать конкретное устройство – убедитесь, что именно с этим устройством он совместим. Доверять заявлениям производителей нельзя; блок питания Inateck официально обещает поддержку целому списку устройств, включая “MacBook Pro 13”/ 15”, MacBook 2015/ 2016, XiaoMi Notebook Air/ Pro, DELL XPS 12/ 13, Google Chromebook Pixel, Lenovo ThinkPad X1 Carbon 2017, HP Spectre X360, iPhone X/ 8/ 8 Plus, Samsung Chromebook Plus, iPad Pro 10,5″/ 12,9”, Samsung Galaxy S8/ S8 Plus, Nintendo Switch etc.” При этом фактически, по результатам тестирования, на iPad Pro 10,5″/ 12,9” с использованием фирменного кабеля вместо быстрой зарядки заряд не идёт вообще. Оказавшись с таким блоком питания вдали от дома и оставив на нём устройство на ночь, можно получить очень неприятный сюрприз (как вы думаете, случалось ли такое с автором статьи?)

Источник

Когда используется Power Delivery, и что происходит при установлении соединения между блоком питания и устройством

В прошлый раз я рассказывал про минимальный набор компонентов, который может быть включён в устройство для поддержки базовых функций USB-C. Но бывают ситуации, когда этих базовых возможностей недостаточно – например, нужно использовать несколько профилей напряжения, чтобы блок питания от одного устройства подходил к другому. Или же есть необходимость подстроить сами профили. Или просто нужна бОльшая мощность питания (в случае с USB-C доступный максимум – 15 Вт). Во всех этих ситуациях на помощь придёт стандарт Power Delivery. Он, например, используется в линейке зарядных устройств Apple – профили с бОльшим напряжением доставляют бОльшую мощность к устройству и позволяют его быстро заряжать. В нашем смарт-экране SberPortal есть узлы, которые требуют значительной мощности питания – прежде всего это высокопроизводительная система на кристалле (SoС) и акустика. Один только звук требует около 30 Вт. Поэтому при разработке устройства пришлось усложнить систему питания и реализовать Power Delivery. Об этом стандарте и пойдёт ниже речь.

Также разберёмся в его особенностях и посмотрим, как со временем изменился способ передачи данных в стандарте. А ещё я расскажу и покажу с помощью анализатора протокола, что происходит при установлении подключения в устройствах, на примере ноутбука с Power Delivery. Затем посмотрим, как мы реализовали PD в нашем смарт-экране SberPortal.

Особенности Power Delivery

Power Delivery расширяет возможности USB-C, позволяет использовать повышенное, по сравнению с привычным USB, напряжение на контактах VBUS – 20 В (и, как мы увидим, даже выше). При использования стандартного кабеля USB-C возможна доставка потребителю до 60 Вт, а при использовании ECMA кабеля – до 100 Вт.

Эти функции достигаются за счёт информационного обмена по линии СС. Кроме поддержки СС-логики, которая определяет роль устройства при установлении соединения, по этой линии происходит обмен сообщениями типа “запрос-ответ” между источником и потребителем.

Важная особенность стандарта – наличие PDO (Power Delivery Objects). PDO представляет собой профиль питания с заданным напряжением и током. Таких профилей в PD-источнике должно быть больше, либо равно 2. Другими словами, в одном адаптере находится несколько источников питания, выбор нужного при этом делается потребителем. Обязательный профиль – 5V/3А. Благодаря этому допустимо подключение устройства-источника, в котором реализован полноценный PD, к потребителю, где выполнена только базовая функциональность USB-C (СС-логика). В таком случае источник установит на своем выходе 5V.

Физический уровень

В первых ревизиях стандарта USB Power Delivery линия питания VBUS использовалась не только по прямому назначению, но и в качестве канала для обмена сообщениями между потребителем и источником энергии.

Обмен сообщениями в таком случае происходит в режиме полудуплекс (устройство в один момент времени может либо передавать, либо принимать информацию) частотно-манипулированным сигналом (FSK). Несущая частота – 23,2 MГц (fcarrier) с отклонением частоты 500 kHz (fdeviation). Другими словами, по линии питания идёт передача цифрового кода, заложенного в скачкообразно изменяющуюся частоту несущего сигнала. Сигнал с частотой (fcarrier + fdeviation) соответствует логической 1, а (fcarrier — fdeviation) – логическому 0. Таким образом, мы имеем дело с простейшим вариантом частотной манипуляции (двоичной) — BFSK.

Пример двоичной частотной манипуляции (BFSK)

Такой вид передачи довольно помехоустойчив, так как помеха искажает в основном амплитуду сигнала, а не частоту. В последней редакции стандарта USB PD 3.0 BFSK больше не используется, и описание этого механизма передачи исключено из спецификации.

В последней на текущий момент ревизии 3.0 USB Power Delivery поддерживается только Biphase Mark Code (BMC). Передача данных происходит по одному из СС-контактов. Информационный обмен идёт в режиме полудуплекс с предотвращением коллизий и с 4b5b-кодированием для баланса постоянного тока.

BMC представляет собой версию манчестерского кодирования. Логический 0 соответствует отсутствию переключения в середине битового интервала, логическая 1 – наличию переключения. На границе интервалов переключение происходит всегда. Частота сигнала составляет 300 kHz ± 10 %.

Пример Biphase Mark Coding (BMC)

Уровень протокола

Уровень протокола формирует сообщения, используемые для передачи информации. Он отвечает за создание запросов, подтверждений, сообщений о возможностях.

Сообщения в зависимости от содержимого можно выделить следующие:

Источник

Я выбирал быструю зарядку для смартфона и наконец-то понял, какая нужна

С каждым годом смартфоны увеличиваются в размерах. Растет их производительность, а это неизбежно приводит к увеличению объема встроенных аккумуляторов.

Чтобы на их подпитку не уходила целая вечность, компании разрабатывают и используют почти десяток способов ускорения процесса заряда.

Я решил разобраться во всех существующих стандартах быстрой зарядки, и вот, что получилось.

1. Для iPhone подходит только Power Delivery

В гаджетах Apple хоть и используется довольно распространенный стандарт быстрой зарядки, однако, данный протокол не является самым популярным в мире.

Поддержка Power Delivery (USB-PD) появилась начиная с iPhone 8 и iPhone X, выпущенных осенью 2017 года.

Радует, что в коробке с прошлогодними флагманами iPhone 11 Pro/11 Pro Max уже есть 18-ваттная зарядка с поддержкой быстрой зарядки.

Владельцам других моделей рекомендуем приобретать адаптеры Apple с портом Type-C и кабель для подключения Type-C на Lightning. В теории подойдут любые блоки питания Power Delivery (PD) мощностью от 18 до 100 Вт.

Практические тесты показали, что нет смысла использовать зарядку мощнее 29-30Вт, а адаптеры с мощностью более 30Вт и вовсе не рекомендуется использовать со смартфонами Apple . Разницы в скорости зарядки практически не заметите, а вот нагрев во время питания будет существенным.

⚡ Купертиновцы заявляют, что iPhone при использовании 18-ваттного блока питания может пополнить 50% заряда примерно за 30-35 минут.

2. Для большинства Android-смартфонов подойдет Quick Charge

Самый распространенный среди смартфонов стандарт быстрой зарядки Quick Charge разработан компанией Qualcomm. Изначально он работал только на устройствах с процессором Snapdragon, а сейчас список поддерживаемых гаджетов стал шире.

На данный момент существует уже пять поколений быстрой зарядки по данному протоколу. Радует наличие полной совместимости между всеми видами Quick Charge. Зарядное устройство и смартфон самостоятельно согласовывают версию протокола и будут производить заряд на максимальном поддерживаемом уровне.

Большинство производителей ограничивают мощность зарядных устройств с поддержкой Quick Charge на уровне 18Вт, некоторые компании выпускают модели мощностью от 24Вт до 30Вт.

⚡ Смартфон с поддержкой последнего поколения Quick Charge 4.0+ при использовании аналогичного блока питания сможет зарядить 50% емкости (при полном объеме батареи примерно 3000 мАч) примерно за 15-20 минут.

3. У Samsung свой стандарт Adaptive Fast Charging, но он устарел

Компания Samsung не осталась в стороне и разработала собственный стандарт AFC, что не мешает большинству смартфонов компании отлично заряжаться по протоколу Quick Charge.

Главная фишка такой зарядки в том, что адаптер может подпитывать аккумулятор быстро в режиме 9В при 1.6А примерно до 80% емкости, а затем переходить на привычные 5В – 2А для окончательной зарядки.

Технология уже достаточно устарела, ведь дебютировала она еще в моделях Galaxy Note 4 в 2014 году и имела совместимость с Quick Charge 2.0.

Все смартфоны Samsung последних лет, поддерживающие более новые стандарты Quick Charge, быстрее заряжать именно самым распространенным способом, а не по фирменному протоколу AFC.

⚡ На данный момент Adaptive Fast Charging позволяет пополнить 60% емкости батареи (общая емкость которой составляет 3300 мАч) примерно за 30 минут.

4. Lenovo и Motorola поддерживают TurboPower

Во времена, когда в Samsung озаботились созданием AFC, компания Lenovo начала разработку протокола TurboPower. Стандарт тоже основывался на Quick Charge 2.0 и имел с ним обратную совместимость.

Разработчики решили еще больше увеличить напряжение на выходе блока питания, а его мощность подняли до 25,8Вт. Безопасно это возможно делать лишь во время основной фазы заряда аккумулятора. Появились и маркетинговые слоганы, в которых обещали 13 часов работы после 15 минут заряда по технологии TurboPower.

Система TurboPower выглядела перспективно в смартфонах Lenovo и Motorola 2016-2017 годов. Позже технологию перестали развивать, а Quick Charge последних ревизий намного интересней.

⚡ На практике за 15 минут получилось “заправить” аккумулятор емкостью 3750 мАч примерно на 45%, а на полный заряд батареи ушло около 80 минут.

5. Для смартфонов на процессорах MediaTek существует универсальный Pump Express

Технология разработана компанией MediaTek и поддерживается практически всеми смартфонами, работающими на данных чипах. Обязательным условием является наличие порта Type-C на девайсе.

Самое актуальное поколение протокола Pump Express 4.0 предполагает использование зарядок мощностью 25-30Вт. Напряжение может меняться в пределах от 3В до 6В, в зависимости от температуры аккумулятора, а сила тока не превышает 5А.

Данная технология предполагает заряд в обход контроллера батареи смартфона. Следить за температурой и состоянием аккумулятора должен сам блок питания, что делает его дороже аналогов с поддержкой других стандартов.

⚡ По факту аккумулятор емкостью 2500 мАч заряжается от 0 до 100% всего за час.

6. Братья близнецы VOOC Flash Charging и Dash Charge применяются в Oppo и OnePlus

Стандарт быстрой зарядки, который разработала компания BBK, применяется в смартфонах Oppo и OnePlus. У первых быстрая зарядка называется VOOC Flash Charging, а у вторых – Dash Charge.

Питание осуществляется при помощи блока мощностью 25Вт с выходным напряжением 5В. В устройствах OnePlus мощность зарядки специально ограничивают на уровне 20Вт.

В обоих случаях для получения эффекта придется пользоваться не только оригинальной зарядкой, но и специальным комплектным кабелем.

⚡ Смартфоны Oppo с поддержкой технологии могут заряжаться за 30 минут на 75% (при емкости батареи 3000 мАч), а гаджеты OnePlus за это же время при аналогичной емкости зарядятся примерно на 63-65%.

7. У Huawei эксклюзивная быстрая зарядка SuperCharge

Китайский производитель электроники еще до торговых войн и разногласий с другими странами начал разрабатывать свой протокол быстрой зарядки. Как и многие другие, он основан на Quick Charge 2.0 и имеет обратную совместимость с этим стандартом.

SuperCharge поддерживается всеми смартфонами компании последние несколько лет. Заряд при этом происходит от блока питания мощностью 25Вт, напряжение не поднимается выше 5В, а сила тока меняется от 4.5 до 5А.

Технология SuperCharge работает только с фирменными адаптерами питания или внешними батареями от Huawei, сертификация сторонних производителей для производства совместимых аксессуаров не производится.

⚡ Рекордными показателями зарядки по данной технологии считается подпитка аккумулятора на 4200 мАч от 0 до 100% за 1 час и 10 минут.

8. Самая мощная зарядка Super mCharge подойдет только Meizu

Компания Meizu относительно поздно вышла на рынок быстрых зарядок, но это не помешало ее разработчикам создать достаточно мощное и привлекательное решение.

По протоколу mCharge смартфоны Meizu могут заряжаться от одного из самых мощных адаптеров на рынке. Блок питания на 55Вт (не все ноутбуки таким комплектуются) выдает напряжение 11В.

Особое требование предъявляется к зарядному кабелю. Он должен быть оснащен специальным чипом для контроля питания и защитой от перегрева. Пока подобные аксессуары производят только в Meizu и продают исключительно в комплекте со смартфонами.

⚡ В идеальных лабораторных тестах удалось получить полную зарядку аккумулятора 3000 мАч за 20 минут с применением технологии mCharge.

Какую быструю зарядку выбрать

При таком количестве производителей и технологий непросто сходу выбрать правильный блок питания. Только на самом деле вариантов не очень много:

? Для смартфонов Apple подходит только блоки питания с поддержкой Power Delivery. Можно выбрать любой оригинальный адаптер Apple с портом Type-C. Либо следует искать поддержку USB-PD в спецификациях зарядок сторонних производителей.

В любом случае придется докупать кабель Type-С на Lightning.

В Apple не стали разрабатывать свой стандарт быстрой зарядки, а вместо этого выбрали технологию от USB Implementers Forum. В последние годы перспективность Power Delivery поняли в Google – смартфоны Pixel тоже получили поддержку этой спецификации.

? Обладателям устройств Motorola и Lenovo с поддержкой TurboPower, гаджетов OPPO и OnePlus с зарядками VOOC Flash Charging/Dash Charge, устройств Huawei и Meizu с поддержкой SuperCharge и Super mCharge соответственно, выбирать не приходится.

Все эти стандарты закрытые, работают исключительно в связке конкретный телефон + особенный кабель + специальное зарядное устройство . Большинство компаний даже не позволяют сторонним производителям выпускать совместимые аксессуары, а сами поставляют блоки и “шнурки” только в коробках с новыми смартфонами.

Подобрать новую зарядку можно лишь вместе с новым устройством. К счастью, большинство технологий основаны на стандарте Quick Charge 2.0 и полностью совместимы с ним. Хоть протокол уже серьезно устарел, но он лучше и быстрее обычно зарядки 5В на 1А.

Приобретайте любой гаджет с пометкой Quick Charge, но помните, что добиться от них такой же скорости заряда, как от оригинального блока питания, не получится.

? Гораздо проще обладателям смартфонов на процессоре MediaTek. Здесь кроме комплектной зарядки для быстрой подпитки смартфонов подойдет любой блок питания с поддержкой Power Delivery (как у айфонов), способный выдавать от 3 до 6В при 5А.

При этом компания MediaTek не производит сертификацию сторонних разработчиков для производства блоков питания с поддержкой Pump Express.

? Всем остальным нужно ориентироваться лишь на поддержку гаджетом технологии Quick Charge. Выбираем блок питания соответствующего поколения (или выше) и пользуемся.

Вот так обстоят дела с быстрыми зарядками. Как видите, разновидностей и стандартов здесь предостаточно. Жаль, но такими темпами с трудом верится, что производители хоть когда-нибудь смогут прийти к одному общему варианту.

Источник