PD充電原理和私有協(xié)議
關(guān)鍵詞： USB PD Type-C PD充電原理 私有協(xié)議 CC引腳通訊
PD充電原理和私有協(xié)議
USB Power Delivery，簡(jiǎn)稱(chēng)USB PD，是一種基于USB Type-C的電源供電標(biāo)準(zhǔn)科技一般指科學(xué)技術(shù)。
01
首先了解PD充電，我們就得了解什么是Type-C。
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹v，這是一種24針可逆轉(zhuǎn)連接器，也就是我們常說(shuō)的Type-C線(xiàn)。
但是一般廠(chǎng)家會(huì)對(duì)其線(xiàn)纜進(jìn)行簡(jiǎn)化，比如只傳輸電力的就可能刪減掉通訊引腳。
為了適應(yīng)舊設(shè)備，USB-C線(xiàn)一般會(huì)一端是Type-A/B線(xiàn)，一端是Type-C線(xiàn)。但是現(xiàn)在越來(lái)越多的設(shè)備出現(xiàn)了雙C口線(xiàn)。
上圖為全功能 Type-C 連接器的插圖（母線(xiàn)在左，公線(xiàn)在右）
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需要注意的是，USB-C 只是一個(gè)“通用外殼”：它的主要作用是提供一個(gè)統(tǒng)一的物理接口，讓你不用再區(qū)分 USB-A、Micro-USB 或其他各種形狀的接口，只用一個(gè)Type-C接口就能插拔。
一個(gè) USB-C 接口可以支持很多不同的技術(shù)，比如 Thunderbolt 3（雷電3）、DisplayPort（DP）、USB 3.2 Gen 2×2 等。這些技術(shù)決定了連接的速度和功能，而 USB-C 只是它們的物理載體。甚至USB-C 不一定跑 USB 協(xié)議
例如有些小臺(tái)燈使用的USB-C線(xiàn)只用來(lái)供電，而完全不涉及數(shù)據(jù)傳輸。
USB-C接口只是一個(gè)硬件設(shè)備，它就像一個(gè)多功能插座，插座里里面能接什么線(xiàn)、能用多大功率，都取決于你家的電線(xiàn)和電器，USC-C接口能跑什么協(xié)議，能傳輸多大功率的能量，取決于電纜和終端
Science Technology
講回到PD快充，現(xiàn)在常見(jiàn)的是基于USB PD 3.1，主要能實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能
最大功率保持20V/5A的100w輸出，同時(shí)增加擴(kuò)展功率范圍，最大功率為240瓦
其中電壓分為以下幾檔：5v、9v、15v、20v、28v、36v、48v
線(xiàn)纜中最大電流不超過(guò)5A
保持可編程電源供應(yīng)：即PPS
這里就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：充電器能產(chǎn)生20V的電壓，要是給5v的設(shè)備充電，往往會(huì)燒壞對(duì)面的設(shè)備。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，USB-C會(huì)通過(guò)CC引腳進(jìn)行通訊，也就是獲取對(duì)面設(shè)備的功率配置，之后再切換到目標(biāo)電壓。
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那么PD充電的時(shí)候，CC引腳是怎么進(jìn)行通訊的呢？其實(shí)可以理解為進(jìn)餐廳點(diǎn)菜
當(dāng)充電器和用電設(shè)備通過(guò) Type-C 線(xiàn)連接后，充電器會(huì)立刻通過(guò) CC 線(xiàn)廣播，就像一個(gè)餐廳服務(wù)員掏出菜單問(wèn)你想吃啥一樣。
用電設(shè)備在知道配接器的供電能力之后，會(huì)根據(jù)自己當(dāng)前的電量和電池狀態(tài)，選擇一個(gè)最適合自己的供電方式，并向配接器發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包。也就是你告訴服務(wù)員你想吃啥
配接器根據(jù)用電設(shè)備的選擇，評(píng)估自身的能力之后，發(fā)送“接受”命令。可以看做是服務(wù)員給你一個(gè)取餐號(hào)讓你等一下，當(dāng)然在實(shí)際上這個(gè)時(shí)間極短。
充電器內(nèi)部的電路開(kāi)始工作，將電壓從原來(lái)的默認(rèn)電壓（比如5V）提升到協(xié)商好的電壓。電壓調(diào)整好之后，它會(huì)發(fā)送一個(gè)“電源已準(zhǔn)備好”的信號(hào)。也就是你點(diǎn)的餐做好了，服務(wù)員給你端上來(lái)
配接器輸出協(xié)商后新的供電電壓。充電器正式輸出協(xié)商好的高電壓，充電設(shè)備開(kāi)始以高功率進(jìn)行快速充電。這個(gè)時(shí)候電池就不斷吃下充電器提供的電流了
正是因?yàn)橛袇f(xié)商的過(guò)程，我們?cè)赑D充電的時(shí)候不需要擔(dān)心電壓不匹配會(huì)損壞你的設(shè)備
如何查看筆記本支持的PD充電協(xié)議呢？
直接查看機(jī)器的背面的貼紙上寫(xiě)著的PD充電規(guī)格：20V/3.25A（常見(jiàn)于輕薄本）、或者20V5A，這些都是筆記本上常見(jiàn)的PD充電規(guī)格。
如果是輕薄本，一般是支持65w的PD充電。
如果是聯(lián)想拯救者這種有自己的私有協(xié)議，PD充電可以達(dá)到20V/7A或者更高，背面往往不會(huì)寫(xiě)，官網(wǎng)上可以查適配的PD充電器（比如C140和C170）。當(dāng)然，也支持第三方充電器
看充電器的輸出是否能滿(mǎn)足筆記本的PD充電規(guī)格，如果最高規(guī)格的仍然無(wú)法滿(mǎn)足那大概率是無(wú)法充電的（需要注意充電器要有3C認(rèn)證避免損害主板）
04
關(guān)于充電線(xiàn)
既然PD充電這么好用，那么只要是支持PD充電的充電頭和支持PD充電的手機(jī)/筆記本就能PD充電嗎？
其實(shí)還忽略了充電線(xiàn)：充電線(xiàn)主要通過(guò)線(xiàn)內(nèi)的 CC（Configuration Channel） 引腳來(lái)和充電器、設(shè)備進(jìn)行溝通，決定能傳輸多大的電流。
存在兩類(lèi)不同標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)纜，首先是標(biāo)準(zhǔn)充電線(xiàn)，分為1.5A和3A
1.5A 的線(xiàn)：沒(méi)有特殊標(biāo)記，充電器和設(shè)備就知道它能安全傳輸?shù)碾娏魃舷奘?1.5A。
3A 的線(xiàn)：在 CC 引腳上會(huì)有一個(gè)特殊的 CC 標(biāo)記（通常是電阻值不同）。充電器通過(guò)這個(gè)標(biāo)記，就知道這條線(xiàn)可以支持最高 3A 的電流。
其次是大電流充電線(xiàn)，一般電流在5A 及以上。當(dāng)電流需求超過(guò) 3A 時(shí)，為了安全，USB-C 協(xié)議規(guī)定需要使用帶有 E-Marker 芯片的充電線(xiàn)。
E-Marker 芯片就像是充電線(xiàn)里的“身份證”和“說(shuō)明書(shū)”。它會(huì)告訴充電器：
這條線(xiàn)是什么類(lèi)型（USB 2.0、USB 3.1、USB 4）。
它能支持多大的電流（比如最高 5A）。
它能支持多大的功率（比如 100W 或 240W）。
充電器只有在接收到 E-Marker 芯片傳遞的信息，確認(rèn)這條線(xiàn)能安全承受大電流后，才會(huì)輸出超過(guò) 3A 的電流。
既然PD充電這么好用，為什么國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商仍然開(kāi)發(fā)了大量的私有協(xié)議呢？
首先PD協(xié)議不是專(zhuān)門(mén)給手機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，設(shè)定的電壓較高。目前的PD3.1版本協(xié)議僅僅支持5V，9V，15V，20V，28V，36V，48V等少數(shù)電壓，和手機(jī)的電池電壓并不完全匹配。
2. 然而，手機(jī)電池的電壓通常在 3.7V 到 4.4V 之間。當(dāng)手機(jī)采用 PD 充電時(shí)，需要一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換電路 (buck converter) 將 PD 協(xié)議輸出的高電壓（例如 9V）降至電池所需的低電壓。
這個(gè)降壓過(guò)程會(huì)產(chǎn)生能量損耗，并以熱量的形式散發(fā)出去，導(dǎo)致充電效率下降。
3. 手機(jī)更多采用低電壓高電流的充電方案，同時(shí)采用多個(gè)電芯并聯(lián)充電，分擔(dān)充電時(shí)的大電流。由于大電流在線(xiàn)纜中發(fā)熱明顯，這種采用的Type-C線(xiàn)的線(xiàn)纜需要橫截面積更大，以降低阻值避免過(guò)熱。
基于以上的原因，手機(jī)并不能很好兼容PD協(xié)議，所以手機(jī)的高功率充電通常依賴(lài)私有協(xié)議。
由于這些協(xié)議在硬件和軟件層面都經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，使用原裝充電線(xiàn)可以確保設(shè)備與充電器之間的完美匹配和安全通信。
這能最大程度地減少潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，例如過(guò)熱或充電效率低下。因此，為了保護(hù)你的設(shè)備并確保最佳充電體驗(yàn)，建議使用原裝充電線(xiàn)。
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