仔细查看充电器的USB端口,可以看见里面分布着四条细小的金属触点,这些触点也就是通常所说的四个触点。这四个触点各自承担着不同的功能,分别负责传输5V电压、D+正方向的数据信号、D-负方向的数据信号以及GND的接地连接。
标准的USB接口包含多个引脚,电压分别是:电源引脚为VCC,数据负极引脚为D-,数据正极引脚为D+,接地引脚为GROUD,另外还有+5V电压的引脚,以及三个标记为0的引脚
三星借助D-,D+线的电压判定是否为原装充电器,进而确定充电电流大小。VCC相对于GND5.4V
D+对GND1.25V
D-对GND1.25V
D+与D-连接在一起,电压为1.25伏,可以接入一个33千欧电阻于Vcc和D+D-之间,同时连接一个10千欧电阻在D+D-和地之间。
分压电压为(10/(10+33))*5.4=1.25V
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标准供电设备给苹果IPHONE或IPAD2供电的USB接口上的识别电阻配置
充电器的接口一端连接到220V交流电源插座,另一端通过苹果原装数据线与iPhone/iPad相接。220V交流电首先经过整流和滤波环节,转变为300V高压直流电。接着通过开关管,将其转换成高频高压脉冲。这些脉冲随后被变压器处理,转换为低压(例如5V)脉冲。5V的低压脉冲再经过整流和稳压电路,最终形成稳定的5V直流电。从220V交流电转换成5V直流电时,变压器、整流电路和稳压电路仅负责转换能量形式。当稳压电路输出端连接的USB接口未接入iPad或iPhone(称为负载)时,电路中不会有电流通过,因此不会消耗能量。连接上用电设备后,充电器的正负输出端口才会产生电流,通过充电器的电流量由用电设备的情况决定:只要在充电器的能力范围内,用电设备需要多少电流,充电器就输出多少电流。倘若用电设备所需的电流超过了充电器能提供的最大电流值,那么充电器就会持续输出这个最大电流。这是由于,充电设备内部一般设有安全装置,一旦输出电流超出标准,就会启动安全措施,中断电流传输。但苹果公司为了让自家所有充电设备与电子装置尽可能通用,设计了一种巧妙的方案:若你留意充电器的USB端口,可以看到有四个细小的金属触点,这些被称为四个电极。这四个端口各自对应5V供电线、D+正数据线、D-负数据线以及GND公共地线。
USB接口的标准引脚电压包括:电源正极、数据负线、数据正线、接地线、五伏特电源、零伏特电源、零伏特电源苹果公司通过数据负线和数据正线的电压来判断是否使用原装充电设备,进而决定充电时的电流大小IPHONE设备中,五伏特电压为2.7伏特,二伏特电压为2伏特,零伏特电压为零伏特在这种情况下,最大充电电流可以达到一安培IPAD设备中,五伏特电压为2伏特,二点七伏特电压为零伏特,零伏特电压为零伏特充电电流的大小也由此决定
大多数支持USB连接的电源适配器,其D+和D-两个接触点处于未连接状态,任何设备只要接入此类适配器,便能够从5V和GND两个端口获取电力供应。苹果品牌的电源适配器则在这两个数据接触点上配置了电压分接电阻,让充电设备在充电过程中能够从这两条数据线中检测到对应的电压值。苹果手机或iPod配套的5V1A充电设备,D+引脚电势为2V,D-引脚电势为2.7V;苹果平板则搭配5V2.1A的充电设备,D+引脚电势为2.7V,D-引脚电势为2V。iPad2和iPhone4的USB供电线路上D+D-的电压极性不同,前者为2V,后者为2.7V,这个电压差异让设备能判断供电端是1A还是2A的规格,进而自动调整电流输出防止电源过载,设备会根据电压自动限制充电电流,因此iPad2的充电器给iPhone4使用不会造成损坏,只需调整识别电阻的比例使D+D-电压达标即可,部分移动电源设计时按iPhone4标准配置了电阻,连接到iPad2时也能显示充电状态,但设备会将其识别为1A电源,导致电流受限只能慢充,所以若电源输出电流超过2A,其识别电阻必须按iPad2的规格来设置,另外当D+D-线路未连接时,设备完全不充电,甚至不会显示连接提示。
当iPad或iPhone连接电源适配器后,依据两根针脚间电压的差异,系统能识别出所用的充电设备,进而调整输出功率,确保安全充电。这样的构造也能有效阻止非原装充电器为苹果产品供电。
用iPad的充电头给iPhone充电,具体会发生什么情况?iPad和iPhone的充电头之所以规格不一样,是有其内在缘由的。iPhone的电池电量相对较少,仅需要1安培的电流输入,便可在可接受的时间范围内完成充电过程。充电电流数值越大,充电所需时长就会明显减少,不过同时也会产生更多热量,过高的温度会严重损害锂电池的使用年限,因此苹果公司给其充电设备设定的最大电流参数是1安培。
若借助苹果手机充电器为平板供电,鉴于苹果充电器电流输出上限仅为1安培,平板在充电时会检测D+与D-之间的电压,从而判定该充电器仅能输出1安培电流,随后平板将调整为以1安培为恒定电流进行充电,虽然能够充电,但所需时间会相对较长。
0.5A充电器的USB接口,其D+引脚和D-引脚的电压设定为2V,电阻配置为49.9K和75K,两电阻相加得124.9K,电压分配比例为49.9K与124.9K之比,计算得出D+端为2V,D-端为2V。
充电器USB接口的D+电压为2V,D-电压为2.68V,内部电阻配置为49.9K与75K串联,总电阻为124.9K,计算分压比得出2V,D+端子处电阻为49.9K与43.2K串联,总电阻为93.1K,计算分压比得出2.68V,D-端子处电阻为49.9K与43.2K串联,总电阻为93.1K,计算分压比得出2.68V。
充电器USB接口设定D极电压为2.7伏特,D-极电压为2伏特,内部电阻为49.9千欧姆,D+端电阻为43.2千欧姆,二者相加得93.1千欧姆,D+极电压经此电阻分压计算得出为2.68伏特,D+端子电阻为49.9千欧姆,D-端子电阻为75千欧姆,二者合并总电阻为124.9千欧姆,D-端电压经此电阻分压计算得出为2伏特
充电器USB接口设定D+电压为2.7伏特,D-电压为2伏特,内部电路包含43千欧电阻和51千欧电阻,两者串联总电阻为94千欧,根据分压原理计算得D+端电压为2.71伏特
五十一千加七十五千等于一百二十六千,一百二十六千除以一百二十六乘以五等于二点零二伏特D端子
IPHONE充电器的分压电阻
IPAD充电器的分压电阻
iPad2充电存在三种电流规格:当使用iPad2专用充电器,并且接口显示D+电压为2V、D-电压为2.7V时,充电器标称输出2.1A,但设备实际最大充电电流不会超过2.1A,而是维持在1.5A;当使用iPhone4充电器,接口显示D+电压为2.7V、D-电压为2V时,充电电流为1A;对于其他设备如Palm的充电器,在接口D-端短接状态下,设备会显示未充电状态,此时充电电流为0.5A。
iPhone4充电有两种电流规格,分别是1安培和0.5安培,1安培电流由iPhone4专用充电器提供,该充电器在充电状态下显示D+2.7V和D-2V的电压值,或者由iPad2充电器提供,该充电器在充电状态下显示D+2V和D-2.7V的电压值,0.5安培电流则由其他充电器提供,例如Palm充电器,该充电器在充电时会显示充电状态,并且D+和D-引脚处于短接状态
IPAD充电器的分压电阻
IPHONE充电接口的USB部分内含分压电阻,D+和D-引脚的电压分别为2.0伏和2.7伏
苹果手机的最大充电电流为1安培,苹果平板的最大充电电流为1.5安培。
充电电流的大小不是单单由充电器的最大输出电流决定。充电设备与平板的供电电流受PMIC管理,当接入供电适配器时,系统需测量D+与D-的电压值,以识别适配器的规格,若为IPAD配套的2.1A适配器,该设备会将最大充电速率调整为1.5A,同时会监测适配器的电压状态,倘若以1.5A速率充电时,适配器输出电压跌落至4.6V以下,该设备便会减少充电速率。系统是一个闭环的系统。
他能否实现"全速"为 iPhone 充电:首先,充电器的输出电流需达到 1A,其次,5V 电压必须稳定。另外,D+ 和 D- 之间的电压需维持在 2.0V 至 2.7V 之间。他能否实现"全速"为 iPad 充电:首先,充电器的输出电流需达到 1.5A,其次,5V 电压必须稳定。
3. D+/D- 2.7V/2.0V
如果iPad充电设备发生故障不必担忧,三星N7100适用的三脚式直插充电器,具体型号为ETA-U90UWE,其规格参数为5伏特,输出电流为2安培。
那个HP TouchPad的充电设备输出电压为5伏,电流为2安培,均采用USB接口连接,并且这两种充电装置的价格都十分低廉。
不过这两种充电设备的D+端和D-端是连接为同一点,若给IPAD供电时,输出电流仅能维持在500毫安,因此充电过程会变得较为缓慢。
可以通过参考上面的电路用一个万能板做一个转换头,
将一个USB公头与一个USB母头进行连接,确保公头的VCC和GND分别对应母头USB端子的VCC和GND,完成焊接工作。
四个分压电阻的中间部位分别与母端USB接口的D+和D-相连,公端的USB接口的D+和D-则没有接通。
公头接头接入上端标注2A的充电设备,母头接头与IPAD的充电数据线相接,便能够以1.5A的电流实现快速充电。
事实上ios5.0版本之后的系统可以识别d+d-短接的情况,能够检测到1A的信号。
USB连接线的电阻值不可以太高,如果电阻值超出常规范围,会导致充电速度明显变慢,严重时甚至无法完成充电。