Loading...
Loading...
17
jún
2014

Niekoľko rokov sme sa tešili s kompatibility nabíjačiek a káblov podľa štandardu prijatého Európskou komisiou, ktorý rieši nabíjanie cez unifikovaný konektor micro USB. Tento konektor vyhovuje veľkosťou, ale problém je v obmedzeniach prúdu pri napájaní a nabíjaní zariadení. Preto bol navrhnutý nový typ obojstranného konektora USB-C, schopný preniesť príkon až 100 W, čo už stačí aj na napájanie väčšiny notebookov.

 

Možnosť nabíjania cez USB oslovila predovšetkým výrobcov ultrabookov. Niektoré modely sú také tenké, že sa do nich klasické konektory USB typu A už nedajú zabudovať, preto sa čoraz viac aj v tomto segmente využívajú moderné konektory USB type C. Pri extrémne tenkom tablete či ultrabooku je vzácny každý kubický milimeter objemu, preto konštruktéri začínajú vynechávať napájacie konektory a na napájanie a nabíjanie využívajú konektory USB Type-C.

Káble a redukcie


Nabíjačky, ale aj počítače či notebooky, z ktorých v prípade potreby takisto nabíjame svoje mobilné zariadenia, však stále majú klasický konektor USB typu A so štyrmi vývodmi, takže kábel s obdĺžnikovým konektorom USB-A na jednej strane a USB-C na druhej strane má len štyri vodiče. Dva napájacie a dva dátové, pričom dátové vodiče sa špeciálnym spôsobom využívajú aj na definovanie nabíjacieho prúdu.

Kábel s konektormi USB-A na jednom a USB-C na druhom konci

Káble s konektormi USB-A / USB-C využívajú iba štyri vodiče

Pri pohľade na rozloženie pinov USB-C obojstranného konektora zistíte, že kábel, ktorý dokáže na maximum využiť možnosti nového rozhrania, potrebuje viac než štyri vodiče. Konektor má 24 pinov, no keďže je symetrický, stačí, aby mal kábel 12 vodičov. To je aj dôvod, prečo je v niektorých prípadoch kábel napevno pripojený k telesu nabíjačky.

Takéto konštrukčné riešenie využívajú všetky napájacie zdroje notebookov a aj niektoré nabíjačky, napríklad rýchlonabíjačka smartfónu Lenovo Moto Z. Recenzenti takémuto riešeniu vyčítajú, že používateľ potrebuje na prípadný prenos údajov ďalší kábel, no kábel napevno pripojený k nabíjačke môže mať toľko vodičov, koľko potrebuje, a nie len štyri.

Konektor


Štandard definuje konštrukčné vyhotovenie obojstranného konektora s 24 kontaktmi. Energia na napájanie a nabíjanie sa prenáša cez dve štvorice kontaktov. Napájacie napätie je pripojené na piny VBUS A4, B4, A9, B9 a GND, teda elektrická zem na štvoricu pinov A1, B1, A12, B12. Vďaka tomu možno nabíjať pri obidvoch polohách zasunutia konektora a viac kontaktov dokáže preniesť vyšší prúd.

Opis pinov konektora USB Type-C

Aby zariadenie dokázalo identifikovať, akým prúdom sa môže nabíjať, štandard definuje dva protiľahlo symetrické piny konfiguračného kanála. Konfiguračný kanál prenáša údaje o konfigurácii a možnostiach zariadení, či napríklad ide o štandard USB 2.0 alebo 3.0, o konfigurácii prenosu videa a takisto o napájaní a nabíjaní.

Čo sa pripojiť dá, to sa pripojiť môže


Do redakcie sme dostali niekoľko otázok, či možno na nabíjanie smartfónu použiť zdroj z ultrabooku, ktorý má konektor USB-C. Odpoveď je v nadpise state. Od začiatku éry prvých PC sa ich konštruktéri snažili zabrániť nefunkčnosti alebo dokonca poškodeniu tým, že pre každé externé zariadenie (klávesnica, myš, monitor...) používali iný typ konektora.

Za takmer 40 rokov tak vytvorili tradíciu, že ak konektor pasuje, môže sa zasunúť. Vráťme sa však k otázke, či môžeme zdroj z ultrabooku s konektorom USB Type-C, ktorý má na štítku údaje 20 V/2,25 A, 12 V/3 A, 5 V/2 A, použiť na nabíjanie ľubovoľného smartfónu alebo iného zariadenia s konektorom USB-C. Môžeme. USB-C je predsa štandard a zariadenia vyhovujúce štandardu musia byť kompatibilné.

Ako to funguje?


Jeden zo štandardov týkajúcich sa USB-C je aj USB Power Delivery. Špecifikácia štandardu definuje, že cez nový port USB Type-C sa dajú napájať zariadenia do príkonu 100 W, samozrejme, len za určitých podmienok, ktoré však bežného používateľa nemusia zaujímať. Pre neho stačí zjednodušená analógia, že nabíjačka sa so zariadením nejako dohodne, aby nabíjanie bolo čo najrýchlejšie a elektricky kompatibilné.

Problém bude spôsobovať opačný prípad, ak budete chcieť nabíjačkou smartfónu schopnou dodať 15 W napájať ultrabook, ktorý má viac ako dvojnásobný príkon.

Aby bola špecifikácia čo najuniverzálnejšia, prenos energie je možný obojstranne. Neznamená to, že by sa zo smartfónu dobíjal pripojený ultrabook, ale scenáre, keď z ultrabooku môžete nabíjať smartfón a opačne, ak ultrabook pripojíte cez kábel USB-C z monitora, bude sa cez tento kábel prenášať nielen obraz s rozlíšením 4K, ale ultrabook môžete z monitora napájať a nabíjať.

Na konfiguráciu nabíjacieho prúdu sa využíva pasívna identifikácia pomocou rezistorov zapojených medzi pinmi CC a a Vbus, čiže + 5 V sú zapojené takzvané pull up rezistory. Nabíjací prúd do 900 mA je identifikovaný rezistorom 56 kΩ, nabíjanie prúdom 1,5 A rezistorom 22 kΩ a nabíjací prúd 3 A definuje hodnota rezistora 10 kΩ. Zariadenie sa s nabíjačkou musí dohodnúť aj na veľkosti napätia. Napájacie zdroje dodávajú napätia 20 V, 12 V a 5 V. Napätia 20 V a 12 V sa môžu využiť iba vtedy, ak nabíjačka a zariadenie môžu komunikovať cez pin CC. Bez aktívnej výmeny signálov možno využiť iba napätie 5 V.

Zariadenie pripojené k portu požiada o určitý odber energie. Riadiace rozhranie portu pritom inteligentne prerozdelí odber medzi ďalšie pripojené prístroje, aby umožnilo ich chod alebo napájanie. Aktívna výmena údajov zároveň definuje smer toku energie.

Pri notebooku bude počas nabíjania z nabíjačky energia prúdiť dovnútra, a ak budeme nabíjať pripojené zariadenie, napríklad smartfón, energia bude prúdiť z notebooku do zariadenia.

Resumé


O komplexnosti problematiky napájania a nabíjania svedčí aj to, že špecifikácia USB Power Delivery má 552 strán, pretože rieši aj napájanie viacerých rôzne prepojených zariadení a aj rozličné medzné situácie, napríklad ak má zariadenie úplne vybitú batériu, takže po pripojení nabíjačky sú jeho procesor a ostatné elektronické obvody vypnuté a aktívne sú len obvody riadiace proces nabíjania.

Technológia USB-C prekonáva rýchlosťou nabíjania aj Quick Charge 3.0 s konektorom USB-A. Jediný limitujúci prvok nabíjania sú medzné parametre nabíjacích napäťových, prúdových a teplotných charakteristík batérií. Redukcie a káble s konektormi USB-A/USB-C sa postupne stanú minulosťou, pretože elektronické zariadenia majú rýchly inovačný cyklus.

ately leverage other's one-to-one products rather than B2C initiatives.