Granite River Labs, GRL
Dennis Lan
USB 인터페이스의 인기로 인해 시중의 많은 전자 제품이 USB 인터페이스를 사용하여 데이터를 전송하고 있으며 USB의 전원 공급 기능에 대한 요구도 늘고 있습니다. USB 2.0의 전원 용량이 2.5W(5V@0.5A)에 불과했던 시대에서 USB 3.0의 4.5W(5V@0.9A)에 이르기까지 BC 1.2를 지원하는 제품의 전원 용량은 7.5W( 5V@1.5A). 수요의 증가는 발전을 촉진합니다. BC 1.2 아키텍처를 유지한다는 전제 하에 Qualcomm은 2014년에 Quick Charge 2.0 (줄여서 QC 2.0)을 출시했습니다. QC 2.0의 전원 공급 장치 용량은 최대 60W(20V@3A)입니다. 와트가 8배 가까이 증가했으며, Quick Charge 3.0(줄여서 QC 3.0) 출시로 연속 모드 기능이 추가되고 단계 조절 기능으로 전원 전압 선택 폭이 넓어졌습니다.
HVDCP의 정식 명칭은 고전압 전용 충전 포트(High Voltage Dedicated Charging Port)로 퀄컴에서 정의한 고속 충전 장치입니다. 이 중에서 DCP(Dedicated Charging Port)는 USB 데이터 전송 기능이 없는 전용 충전 포트를 말합니다.
HVDCP는 휴대용 기기(Portable devices)와 통신할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 전원 공급에 사용할 전압을 어느 정도 합의할 수 있으며, 전원 공급 용량은 Class A와 Class B로 나눌 수 있습니다. 클래스 A에는 5V, 9V 및 12V 전원 공급 기능이 있는 반면 클래스 B는 5V, 9V 및 12V 외에 20V 전압을 지원해야 합니다. QC 3.0을 지원하는 HVDCP는 QC 2.0을 이하를 지원할 수 있어야 합니다.
표 1: 클래스 A 및 B HVDCP가 각각 지원하는 공급 전압
HVDCP를 충전 단자로 사용하며, Quick Charge를 지원하는 휴대용 기기를 충전 단자로 사용해야 하며, 충전 동작은 휴대용 기기가 HVDCP를 감지한 경우에만 수행됩니다. 휴대용 기기가 HVDCP의 전반부를 감지하는 과정은 BC 1.2 사양에서 정의된 것과 동일합니다.(BC 1.2 이해: USB Battery Charging 1.2 테스트 소개)
첫 번째 단계는 V BUS 감지입니다. 휴대용 기기가 HVDCP에 연결되어 있고 V BUS 전압이 내부 유효 전압 임계값 V OTG_SESS_VLD (0.8-4V)보다 크다는 것을 감지하면 휴대용 기기가 유효한 회로에 연결되어 있음을 의미합니다.
두 번째 단계는 1차 감지입니다. HVDCP는 R DCP_DAT 를 통해 그 위의 D+/D-를 단락시키고, 휴대용 장치는 D+에 전압 V DP_SRC(0.6V)를 공급하고 D-(VDM)의 전압이 V DAT_REF(0.25-0.4V)보다 큰지 비교하여 V DM이 V DAT_REF보다 크면 HVDCP가 BC1.2를 지원한다는 것을 의미합니다. 그런 다음 일정 시간 동안 D+ 전압이 V DAT_REF보다 크다는 것을 감지하여 T GLITCH_BC_DONE(1-1.5초) 동안 휴대용 기기가 BC1.2 감지 프로세스를 완료할 수 있는지 확인합니다.
세 번째 단계는 BC1.2와 관련이 없습니다. HVDCP는 D+/D- 연결을 끊고 R DM_DWN을 열어 휴대용 기기에 이 HVDCP가 QC를 지원함을 알립니다. 마지막으로 D-전압이 T GLITCH_DM_LOW (1ms ) 기간 동안 V DAT_REF Min(0.25V)보다 낮게 유지된 후 HVDCP는 휴대용 기기의 전압 요청에 응답하기 시작할 수 있습니다.
그림 1: HVDCP(고전압 전용 충전 포트) 구조 다이어그램
실제로 QC2를 지원하는 HVDCP는 QC3를 지원하는 HVDCP와 거의 동일한 전원 공급 기능을 가지고 있습니다. QC2의 HVDCP도 클래스 A와 클래스 B로 나뉘는데, 클래스 A는 5V, 9V, 12V 전원 공급 기능을 갖고 클래스 B는 20V 이상을 지원합니다. 유일한 차이점은 QC2 HVDCP는 연속 모드를 지원하지 않기 때문에 QC3 HVDCP와 같이 단계적으로 VBUS 전압 출력을 조정할 수 있는 기능이 없다는 것입니다.
위에서 언급한 바와 같이, D- 전압이 일정 기간 동안 V DAT_REF 보다 낮게 유지된 후 HVDCP는 휴대용 기기로부터의 다양한 전압 모드 요청 에 응답하기 시작할 수 있습니다 . 휴대용 기기는 D+/D- 레벨을 서로 전환하여 HVDCP 에 충전 요청을 하며 하이 레벨은 3.3V , 로우 레벨은 0.6V 이며 3.3V(V UP )와 0.6V를 구분하기 위해 V SEL_REF ( 약 2V)를 사용합니다. V(V SRC ) . 휴대용 기기가 충전 요청을 전달한 후 HVDCP는 일정 기간 T GLITCH_MODE_CHANGE (20-60ms) 후에 V BUS 출력 전압을 조정하기 시작 합니다 . TV_NEW_REQUEST (200ms) 이내에 V BUS 스위칭이 완료되고 휴대용 기기에서 요구하는 V BUS 전압 에 도달합니다 .
표 2: 다양한 HVDCP 전원 공급 장치 모드에 해당하는 D+/D- 전압
그림2: 휴대용 장치가 12V 모드를 요청함
휴대용 기기는 D+를 0.6V로, D-를 3.3V로 설정하여 연속 모드로 들어가도록 HVDCP에 요청하고, T GLITCH_MODE_CHANGE(20-60ms)가 지나면 연속 모드로 들어갑니다. 연속 모드에서 휴대용 장치는 일시적으로 D+를 0.6V에서 3.3V로 올린 다음 다시 0.6V로 떨어뜨려 D+ 펄스(펄스)를 형성하여 V BUS 전압을 0.2V까지 높일 수 있습니다. V BUS 전압을 낮추려면 D-를 3.3V에서 0.6V로 잠시 떨어뜨린 다음 다시 3.3V로 올려 D- 펄스를 형성하면 VBUS 전압을 0.2V까지 낮출 수 있습니다. 휴대용 기기는 한 번에 여러 개의 D+ 또는 D- 펄스를 전송할 수 있으며 각 펄스는 VBUS 전압을 0.2V씩 높이거나 낮추는 효과가 있습니다. 펄스 수에 관계없이 HVDCP는 마지막 펄스의 상승 에지(D+가 3.3V로 상승하는 경우) 또는 하강 에지(D-가 0.6V로 하락하는 경우)에서 T V_CONT_CHANGE(2ms) 이내에 V BUS를 올립니다. 또는 도달해야 하는 최종 전압 값으로 떨어집니다.
T GLITCH_CONT_CHANGE(100-200µs)는 펄스 상승(상승 엣지) 또는 하강(하강 엣지)이 완료될 때까지의 시간을 정의합니다. 이 시간이 충족되면 유효한 펄스이며, V BUS 전압이 더욱 증가합니다.
그림3: 휴대용 가 연속 모드를 요청하고
그림4: 그림 3의 D+ 펄스 확대하기
전력 프로필은 다양한 전압에서 작동할 때 HVDCP의 최대 출력 전류 값을 표시하는 데 사용됩니다. 아래 그림은 QC3 를 지원하는 클래스 A HVDCP를 보여주며, 두 가지 전력 프로파일 메커니즘이 있을 수 있습니다. 전력 프로필에서 6V 미만의 영역은 영역 A이고 6V 이상의 영역은 영역 B입니다. 전압이 3.6-6V 인 경우 연속 모드에서 최대 3A의 전류를 출력 할 수 있으며 이는 이 HVDCP가 공급할 수있는 최대 와트가 18W (6V / 3A)라는 것을 알 수 있습니다.
따라서 전압이 6V에서 더 높은 전압으로 상승하면 그에 따라 전류가 떨어지고 총 와트가 최대 와트를 초과하지 않습니다. 다른 전류 강하 방법은 다음 두 가지 전력 프로필로 표현됩니다. 전압이 상승함에 따라 전류가 단계적으로 강하하고 와트가 최대 와트에 도달하지 않습니다. 그림 6에서는 전압이 상승함에 따라 전류가 고정 된 최대 와트로 부드럽게 강하합니다. 또한 HVDCP가 지역 B에서 작동하는 경우 전압이 지역 A로 전환될 때 최대 출력 전류를 3A로 되돌릴 수 있는 기능도 지원해야 합니다.
그림 5: HVDCP용 클래스 A HVDCP 전원 프로필
그림 6: 클래스 A HVDCP 정전력 프로파일
휴대용 장치에서 소비하는 전류가 전원 프로필에 정의된 다양한 전압에서 HVDCP가 공급할 수 있는 최대 전류를 초과하는 경우, HVDCP는 전압을 임계값(임계값) 이하로 조절할 수 있어야 하며(표 3 참조), 이 전압에서 HVDCP가 공급할 수 있는 최대 전류 값을 휴대용 장치에 알리기 위해 TGLITCH_UVLO( 20ms)를 유지하는 동작이 Collapse(접힘)입니다. Collapse 이후에는 HVDCP가 더 이상 출력 전압을 전환하거나 출력 전류를 줄일 수 없습니다.
표3: VBUS 붕괴 임계값
Qualcomm에서 발표한 Quick Charge 사양은 전원 공급 장치 용량을 크게 개선했으며 BC1.2의 원래 7.5W(5V 1.5A)에서 QC 2.0 및 QC 3.0의 60W(20V3A)까지를 제외하고는 완전한 전원 공급 장치 메커니즘을 갖추고 있습니다. BC1.2 아키텍처를 기반으로 휴대용 장치는 HVDCP를 감지하고 D+/D- 전압을 조정하여 HVDCP에 다양한 전압 요구 사항(5V, 9V, 12, 20V 포함)을 제안할 수 있습니다.QC3에서 D+/D를 사용할 수 있습니다. 전압 단계 조정을 위한 펄스. 휴대용 장치에서 HVDCP로 끌어온 전류가 HVDCP가 이 전압에서 공급할 수 있는 최대 전류를 초과하는 경우 HVDCP에는 휴대용 장치가 전원 공급 기능을 알 수 있도록 완전한 축소 메커니즘도 있습니다.
GRL은 Qualcomm이 승인한 QC 인증 시험소입니다. 완전한 QC 인증 테스트 외에도 USB 인터페이스 및 충전 기술 분야의 많은 전문가가 있으며 USB PD 인증 테스트 서비스도 제공할 수 있습니다. 관련 충전 기술 사양 관련 질문은 GRL에 문의하십시오.
이 문서의 사양 및 설명은 사전 통지 없이 변경될 수 있습니다.
2023/03/03 AN-230303-TW