دریافت ولتاژ های 5 و 9 و 12 ولت از فست شارژر – پروتکل QC2.0

در قسمت قبل توانستیم با استفاده از برد افزایش ولتاژی که طراحی کرده بودیم، ولتاژ 5 ولت USB را به 9 و 12 افزایش دهیم. در این قسمت می‌خواهیم ولتاژهای 5 و 9 و 12 ولت را بدون تبدیل ولتاژ، و از طریق خود فست شارژر (Fast Charger) دریافت کنیم. برای این کار با پروتکل کوییک شارژ QC2.0 شرکت کوالکام آشنا خواهید شد.

با این آموزش همراه باشید.

 

شارژ سریع یا فست شارژ (Fast Charging) چیست

با گسترش روز افزون استفاده از لوازم الکترونیکی مثل موبایل و تبلت در زندگی روزمره، نیاز به شارژ سریع‌تر آن‌ها احساس می‌شود. فست شارژ یا Fast Charging در واقع یک تکنیک است که به شما کمک می‌کند تا وسیله الکترونیک خود را در مدت زمان کمتری شارژ کنید. مثلاً فرض کنید به جای دو ساعت، در نیم ساعت و یا کمتر تلفن خود را کاملاً شارژ کنید!

 

فست شارژ چگونه کار می‌کند

سه مشخصه اصلی برای شارژ، ولتاژ، جریان و توان می‌باشد. اگر مقدار ولتاژ را در مقدار جریان ضرب کنیم، توان (بر حسب وات) به دست می‌آید:

W = V * A

هر چه توان خروجی شارژر بیشتر باشد، مدت زمان شارژ کمتر خواهد بود. شارژهای استاندارد معمولاً 5 ولت 1 آمپر هستند، یعنی 5 وات خروجی دارند. حال، برای افزایش توان خروجی شارژر، یا باید جریان را افزایش دهیم، و یا ولتاژ را افزایش دهیم. افزایش جریان، معمولاً مشکلات زیادی را به دنبال دارد. اولاً اینکه جریان باعث ایجاد حرارت و تلفات در سیم شارژر شده و همچنین هر کابل شارژی کشش جریان بالا را ندارد. پس راه دیگر افزایش ولتاژ است. از آنجایی که درگاه استاندارد USB با ولتاژ 5 ولت شناخته می‌شود، پس باید موبایل و شارژر پروتکل ارتباطی داشته باشند که با هماهنگی بین آن‌ها، ولتاژ افزایش یابد. از لحاظ الکترونیکی، هیچ استاندارد واحدی برای پیاده سازی نحوه شارژ سریع وجود ندارد و کارخانجات سازنده، روش‌های مختلفی را برای این کار بکار برده‌اند. دو تا از مهم‌ترین روش‌های مرسوم، روش Qualcomm® Quick Charge و USB Power Delivery (USB PD) می‌باشد. در این آموزش، قصد داریم تا با پروتکل QC از شرکت کوالکام آشنا شویم.

 

مقایسه نسخه های پروتکل QC

در جدول زیر، ولتاژ، جریان و توان پروتکل QC را در نسخه‌های مختلف مشاهده می‌کنید:

همان طور که می‌بینید، ولتاژهای 5 و 9 و 12 ولت مربوط به پروتکل QC2.0 می‌باشد.

 

نحوه دریافت خروجی از QC2.0

شرکت کوالکام در فست شارژ 2 از تراشه TPS61088 t استفاده کرده است. اگر دیتاشیت مربوط به این تراشه و پروتکل QC2را مطالعه کنید، در صفحه ششم اطلاعات زیر را خواهید یافت:

طبق این توضیحات، برای ورود به پروتکل QC2.0 باید مراحل زیر را طی کنید:

• ابتدا ولتاژی بین 0.325V تا 2V را حداقل به اندازه 1.25 ثانیه به پایه D+ متصل کنید.
• در حالی که هنوز ولتاژ D+ متصل است، ولتاژی زیر 0.235V به پایه D- اعمال کنید.
• حال می توانید طبق جدول زیر، ولتاژ خروجی را انتخاب کنید. (ولتاژ D+ همچنان بالای 0.325V است.)

طراحی مدار ساده برای دریافت ولتاژ از QC2.0

اگر یک سیم USB را بشکافید، داخل آن 4 سیم به رنگ های قرمز (VCC)، مشکی (GND)، سبز (D+) و سفید (-D) خواهید یافت.

اگر طرف USB را به شارژر متصل کنیم،نیازمند مداری برای این طرف (سیم ها) داریم که به کمک آن بتوانیم ولتاژهای جدول بالا را بر پایه‌های D+ و D- فست شارژر اعمال کنیم و خروجی‌های 5 و 9 و 12 ولت را از VCC و GND بگیریم. از آنجایی که ولتاژ خروجی ممکن است تا 12 ولت افزایش یابد، پس قطعاً ما باید ولتاژ ثابتی را برای عملیات خودمان داشته باشیم. برای این کار می‌توان از دیود زنر و یا رگولاتور استفاده کرد. فرض کنید از رگولاتور 3.3 ولت استفاده می‌کنیم. خوب، اگر دقت کرده باشید، در تمامی مراحل پایه D+ حداقل 0.325V ولتاژ دارد و فقط در حالت 9V ولتاژ آن از 2 ولت بیشتر می‌شود. پس به کمک یک تقسیم مقاومت، ولتاژ 1.1 که در محدوده 0.325 تا 2 ولت است را می‌سازیم، تا همیشه به پایه D+ متصل باشد، همچنین به کمک یک مقاومت سری و کلید، هر زمان که نیاز بود می‌توان ولتاژ را بالای 2 ولت نیز رساند:

 

نحوه استفاده از مدار بالا

دقت داشته باشید که در مدار بالا حتماً شما به یک رگولاتور یا دیود زنر برای ثابت نگه داشتن ولتاژ نیاز خواهید داشت. حال اگر به کمک یک کابل یا سوکت USB مدارمان را به فست شارژ متصل کنیم، با فرض اینکه تمامی کلیدهای مدار قطع هستند، ابتدا باید به مدت حداقل 1.1 ثانیه صبر کنیم. الآن باید مدار ما وارد حالت QC2.0 شده باشد. زیرا در این مدت هم ولتاژ D+ در محدوده 0.325 تا 2 ولت بوده و هم پایه D- نیز قطع بوده است. اما با این حال ولتاژ خروجی تغییری نمی‌کند، زیرا طبق جدول ولتاژ بالا، وضعیت فعلی پایه‌ها بر روی پیش فرض است و ما همچنان +5 ولت را دریافت می‌کنیم. در این لحظه کافی است تا با اتصال دکمه D- ولتاژ 12 ولت را دریافت کنیم! سپس با اتصال مقاومت سری نیز ولتاژ 9 ولت را دریافت خواهیم کرد!

 

تست عملی مدار!

برای تست مدار بالا، فست شارژ زیر که توسط زئوس طراحی شده است را از او قرض گرفتم! همان طور که در تصویر هم می‌بینید، ولتاژ خروجی به 12 تغییر پیدا کرده است که البته 11.41 روی نمایشگر نمایش داده می‌شود!

 

کنترل دیجیتال QC2.0

آیا امکان ولتاژ خروجی فست شارژ به صورت دیجیتالی کنترل کرد؟ بله، برای این کار فقط کافی‌ست مداری طراحی کنید که با آن بتوانید ولتاژهای مورد نظر را بر D+ و D- به‌صورت دیجیتال اعمال و خروجی را دریافت کنید. برای مثال، می‌توانید با کمک PWM و خازن ولتاژها را تولید کنید، یا برای مثال، مدار زیر به کمک پین‌های دیجیتال آردوینو و تقسیم ولتاژ، این کار را انجام می‌دهد. به این صورت که تقسیم مقاومت R1 و R2 همیشه به 5 ولت آردوینو متصل است و همانند مدار بالا، همیشه حدود 1.5 ولت را روی +D قرار می‌دهد. با یک شدن منطقی پایه DpPin در آردوینو، ولتاژ 5 ولت از طریق مقاومت R5 با 1.5 ولت تقسیم مقاومتی جمع شده و آن را از 2 ولت فراتر می‌برد. همچنین با کنترل پایه DmPin در آردوینو، می‌توان ولتاژ -D را صفر و یا یک کرد. با این کار، می‌توان به صورت نرم افزاری پروتکل QC2.0 را اجرایی کرد. (پین‌های DpPin و DmPin یکی از پایه‌های دیجیتال دلخواه در آردوینو است که در برنامه قابل تغییر است.)

 

کتابخانه QC2.0 آردوینو را می‌توانید از این صفحه گیت هاب دریافت کنید. در کد  ابتدا باید پین‌های D+ و D- را تعیین کنید:

QC2Control quickCharge(4, 5);

سپس می‌توانید به کمک توابع زیر ولتاژ مورد نظر را انتخاب کنید:

quickCharge.setVoltage(9);
quickCharge.setVoltage(5);
quickCharge.setVoltage(12);

دقت داشته باشید که به جز اعداد 9 و 5 و 12 نمی‌توانید عدد دیگری را وارد کنید.

در نهایت، به کمک کد نمونه زیر، ولتاژهای 5 و 9 و 12 را چند ثانیه یک بار عوض می‌شود و می‌توانید بر روی ولت‌متر خروجی را مشاهده کنید.

#include <QC2Control.h>

//Pin 4 for Data+
//Pin 5 for Data-
//See How to connect in the documentation for more details.
QC2Control quickCharge(4, 5);

void setup() {
//Optional
//quickCharge.begin();

//set voltage to 12V
quickCharge.set12V();
//Same as
//quickCharge.setVoltage(12);

delay(1000);
}

void loop() {
//And you can change it on the fly
delay(1000);
quickCharge.setVoltage(9);
delay(1000);
quickCharge.setVoltage(5);
delay(1000);
quickCharge.setVoltage(12);
}

 

ماژول تست QC2.0

حالا که با پروتکل QC2.0 آشنا شده‌اید، نحوه کار ماژول بالا را کاملاً درک می‌کنید و می‌توانید مشابه آن را برای استفاده خودتان بسازید، چه با استفاده از میکرو و چه بدون میکرو! در این ماژول یک دیپ سوییچ سه تایی استفاده شده که با تغییر وضعیت کلید های آن، خروجی های 5 و 9 و 12 از فست شارژر دریافت می شود و LED ها نیز با ولتاژ مورد نظر روشن می شود.

 

منابع زبان اصلی

یوتیوب

belkin.com

 

 

 

منبع:سیسوگ