Питание по USB — как это работает?

Question

[rromm]

1. Просаживается ли напряжение зарядников при питании?(чтоб можно было судить о макс. мощности по просадке)
   
2. На сколько я знаю, телефоны сосут 0.5А, а больше начинают брать когда замыкаются контакты для данных (d+ и d-) — а если их разомкнуть, то что — сразу питание ограничивается до 0.5А?
   
3. Что если сетевой зарядник рассчитан на 0.5 или 1А, а брать пытаться с него больше (2 или 3А например) — он сгорит (перегрется до состояния испорченности) или они должны быть рассчитаны на это?
   
4. В сетевых зарядниках наверняка редко предохранители (а если и есть, то на КЗ), а в "портативных зарядниках" на какой макс. ток обычно защита? Например, если они рассчитаны на 2А, то может они при токе больше 2.1А уже отрубают питание?
   
5. Какой макс. вольтаж и ток для контактов microUSB — как думаете?(кстати, у male и female вроде разные сопротивления)
   
6. Все ли мобильные устройства поддерживают передачу данных при зарядке? (и, кстати, знаете ли вы где купить хабы для этого? чтоб заряжать хост при подключенной мышке)
   

Answer 1

[ТыжСисАдмин]

1. Да просаживается. Но зависит от схемы исполнения и примененного провода.
2. Не обязательно, личное дело производителя, стандартами это требование не описано.
3. Ничего не будет, просто он не выдаст больше своего номинала. А сгорит или нет это зависит от схемы исполнения и уровня "китайчины".
4. Вы не можете взять от источника ток больший чем он может дать. Предохранители стоят на защиту от КЗ, от остального оно не нужно.
5. Не нужно использовать их для целей не предназначенных для них. 5в/1-2А их номиналка. Да и опять-же всё будет зависить от того какого качества будет разъём - плохой контакт к примеру, это просадки и нагрев = выход из строя.
6. Зависит от производителя, стандартами не описано. Но большая часть поддерживает ибо этому ничего не мешает.

Comments

[rromm]

3, 4: Тогда какой вообще смысл стандартами ограничивать берущийся устройствами ток половиной ампера?

[rromm]

2. Т.е. неизвестно…

[rromm]

5. Для чего мне нужно их исполььзовать а для чего нет — уж мне решать :)
Мощности устройств то растут, а micro USB — самый популярный разъём, т.к. он маленький. Type-c в несколько раз дороже.
Разъём ведь стандартизирован, не думаю что там есть разница в ширине male и female-контактах.

[ТыжСисАдмин]

rromm: Это ограничение не телефона а USB порта, а это уже описано в стандарте, максимальный ток для USB 1-2 составляет 0.5А, для USB 3 этот параметр поднят на уровень до 0.9А

[rromm]

Алексей POS_troi: в смысле порта? Гнезда и штекера чтоли? Нет, самсунги берут через них по 2А.

[ТыжСисАдмин]

На ограничение тока USB портов повлияло то что в компьютерах, во время "спячки" питание на USB порты подается с дежурного источника питания 5в, а он маломощный.

[ТыжСисАдмин]

rromm: берет, но только когда телефон сконтачится с операционной системой, что гарантированно дает понять тот факт что компьютер включен.

[rromm]

Алексей POS_troi: не понял при чём здесь всё это. Вопрос открыт (какой вообще смысл стандартами ограничивать берущийся устройствами ток половиной ампера?)

[ТыжСисАдмин]

Повторю - потому-что стандартом USB максимальная нагрузка ограничена 0.5А для USB 1-2 и 0.9А для USB3

[rromm]

Алексей POS_troi
– какой смысл ограничивать?
– потому что ограничена.

[Александр Волков]

rromm: вам так лень загуглить? Ограничение в 0.5А по USB от ПК выставлено на основании стандарта. Если вы затребуете от порта USB в ПК бОльший ток, порт может сдохнуть. Там же и шина маломощная и есть менеджмент подачи питания в порт. Отсюда и ограничение. И вообще, при подключении устройства по USB к ПК идет обмен данными, на основании которых ПК узнает, какой ток будет потреблять подключенное устройство. Почитайте стандарты, что ли.

[rromm]

>порт может сдохнуть
От чего?

[ТыжСисАдмин]

>От чего?
"Почитайте стандарты, что ли" (с) Александр Волков + смотрите схему мат. плат.

[Александр Волков]

rromm: ровно по той же причине, почему сгорает проводка, рассчитанная на 6А, когда в нее включают сварочный аппарат, который потребляет 20А. Любая схема питания рассчитана на определенную мощность, которую можно пропустить через схему без последствий.
Да, вы можете с зарядника, рассчитанного на3.1А выжать даже чуть больше или ровно 3.1А, но вы должны понимать, что это уже граничный режим работы с большим нагревом. Долго в таком режиме устройство не проработает, увы.

[rromm]

Александр Волков: мы уже в соседнем ответе пообсуждали:
>макс. мощность, выдаваемая ноутом/компом должна равняться максимально возможной отдаваемой мощности аккума/БП с вычетом максимально возможного потребления ноута/компа, т.к. к usb можно подключить большое множество устройств, каждое из которых может потреблять как 0.5, так и до 1 (ЖД) и 2 (мобилки) ампера — одновременно.

[rromm]

Александр Волков: >Долго в таком режиме устройство не проработает
Я думаю, что устройство должно в таких случаях либо отказывать в питании, либо должно спокойно переносить нагрев от работы при макс. нагрузке.

[Александр Волков]

rromm:
на 1 гнездо USB тем не менее ПК выдает 0,5А (USB2.0) и 0,9А (USB 3). Больше с одного порта снимать даже пробовать не стоит. Более того, это максимум, что вы можете запросить от USB следуя протоколу.
Да, вы можете найти материнки с усиленными по току USB-портами, но их там будет штуки 4 максимум.

>> думаю, что устройство должно в таких случаях либо отказывать в питании, либо должно спокойно переносить нагрев от работы при макс. нагрузке.
О, вы слишком хорошего мнения о разработчиках этих устройств. У меня одно из таких при превышении лимита по току начинает просто на секунду уходить в отключку с последующим возвратом. Как вы думаете, это полезно для того же телефона? Хотя зарядник не из дешевых.

[rromm]

Александр Волков: >на 1 гнездо USB тем не менее ПК выдает 0,5А (USB2.0) и 0,9А (USB 3).
Не всегда.
>это максимум, что вы можете запросить от USB следуя протоколу
Как писалось в комментах к другому ответу — современные компы обычно сразу выдают максимальный ток, не дожидаясь запросов.
>вы слишком хорошего мнения о разработчиках этих устройств
Я не говорил, что на сегодняшний день всё так.

[Александр Волков]

rromm:
>>Как писалось в комментах к другому ответу — современные компы обычно сразу выдают максимальный ток, не дожидаясь запросов.
Не вижу такого утверждения в соседней ветке. Без согласования с хостом ваше устройство будет отключено от USB при попытке стянуть более 100мА.
только если ваш хост поддерживает стандарт BC, вы можете с порта стянуть до 5А.
Читайте: https://en.wikipedia.org/wiki/USB#Power там же есть ссылки на стандарты USB.

[rromm]

Александр Волков:
>По стандарту, порт не должен давать больше 100мА без инициализации. Производители материнок, хабов и прочего давно на это забили и дают полный ток, что могут дать.

[rromm]

Александр Волков: >только если ваш хост поддерживает стандарт BC, вы можете с порта стянуть до 5А.
Конечно, не только. Производители могут выдавать любой ток без каких-либо стандартов. Я помню материнки, порты которых дают до 2А, например.

[Александр Волков]

rromm: Если производитель забивает болт на стандарты - это не повод забивать на стандарты со своей стороны. Ограничения по току закладывались не просто так.
Если вы в порт воткнули мышку и она договорилась о потреблении в 100мА, то как только она коротнет по питанию - порт ее вырубит. А если ваш порт в нее шлет до 2А, несмотря на стандарт, первыми сгорят провода у мышки, ибо тонкие. Нарушение стандарта - дело тонкое и в первую очередь снижает безопасность использования. Надеюсь, вы это понимаете.

[rromm]

Александр Волков: если мышка может коротнуть — проблема в мышке, а не в том что мой комп может угодно питать устройства без инициализации (вообще не имеющие d+d–-контактов). Да и я лично я пользуюсь устройствами с одним портом, в т.ч. виндопланшет, и питаются сразу и клава и мышька и иногда ещё что-нибудь.
Так что я бы сказал, что безопасность снижают такие вот низкокачественные мышки. Мы же не жалуемся на розетку за отсутствие инициализации, когда воткнутое устройство коротит и получается пожар. — Мы просто делаем удобный рубильник у входа, вырубающий (почти) всё на всякий случай.

[Александр Волков]

rromm:
>>если мышка может коротнуть — проблема в мышке
Спорное заявление. Очень.
>>Мы просто делаем удобный рубильник у входа, вырубающий (почти) всё на всякий случай.
Стандартом заложен как раз рубильник с изменяемым током срабатывания. Использовать,конечно, мы его не будем.

[rromm]

Александр Волков: может для кого-то и спорное, но я считаю, что в технике должна быть либо защита от КЗ, либо оно должно быть вообще исключено.
>Стандартом заложен как раз рубильник
Но я говорил про ручной рубильник. Например, у тебя куча USB-устройств, большинство из которых не нужны когда афк — так можно уходя выключать хаб с ними спец. кнопочкой.

[Александр Волков]

rromm:
>>в технике должна быть либо защита от КЗ, либо оно должно быть вообще исключено
Печально. А что делать в случае перегрузки, которая формально не КЗ? Греть провода пока не расплавится изоляция?
>>Но я говорил про ручной рубильник.
А вам никто не запрещает отрывать питание вручную. Но автоматика отключения по превышению мощности лишней не бывает.

[rromm]

Александр Волков: >в случае перегрузки
перегрузки чего ? ноута? он должен с ней справляться.
>лишней не бывает.
лишней она является потому, что для неё нужна инициализация, а это только мешает.

[ТыжСисАдмин]

rromm: Вам никто ничего не обязан и не должен. Есть стандарт, если он вас не устраивает - разрабатывайте и внедряйте свой.

[rromm]

Алексей POS_troi: >никто ничего не обязан и не должен
1) при чём здесь это ?
2) производители стремятся угодить покупателям, потому и отдают обычно сразу максимальный ток.
>Есть стандарт, если он вас не устраивает - разрабатывайте и внедряйте свой
так ему и не следуют вышеупомянутые.

[Александр Волков]

rromm:
>>перегрузки чего ? ноута? он должен с ней справляться.
Вы адски тупите. По пунктам:
-допустим ваш ноут может без проблем выдать на периферийное устройство USB до 5А. При превышении этого тока он однозначно определяет КЗ и отключает питание устройства.
-вы сделали устройство с номинальным током потребления около 200мА и запитали его от ноута используя первый найденный кабель, потому что такой маленький ток пропустит любой кабель и любой USB разъем. Естественно такой кабель не рассчитан на большой ток.
-ваше устройство стало неисправным и начало кушать 4А по причине пробоя неких элементов. При этом ноут не определяет КЗ, так как ток в пределах допустимого и блок питания его может предоставить в порт.
-Кабель перегрелся, разъемы перегрелись, изоляция стекла, пластик подплавился.
-Кабель таки коротнул, ноут вырубил ваше устройство, но уже поздно: неисправность привела к разрушению как минимум кабеля.

А поставили бы вы лимит по порту на 500мА, ничего бы вышеописанного не случилось. Порт бы сразу откинул питание и привет.

Вы можете возразить, что подключенное устройство должно иметь свой предохранитель, но зачем? Есть же механизм интеллектуального отключения и не надо дополнительно менять еще и предохранитель в вышедшем из строя устройстве. Удешевляет ремонт.

>>лишней она является потому, что для неё нужна инициализация, а это только мешает.
ой, беда то какая. Вы не в силах разобраться с инициализацией USB устройства, поэтому она не нужна. Хорошая логика, правильная. Одобряю.

Если вам нужно для вашего девайса стянуть питание в несколько ампер с напряжением 5В - подключайтесь сразу к шине питания ПК, не насилуйте USB. А если нужно питание именно через USB - оптимизируйте потребление тока, тем более что разъемы microUSB не рассчитаны на большие токи и пресловутые QuickCharge не повышают ток, а повышают напряжение для достижения большей мощности. Так уже ток в пару-тройку ампер хорошо прогревает разъемы USB.

[rromm]

Александр Волков: >-допустим ваш ноут может без проблем выдать на периферийное устройство USB до 5А. При превышении этого тока он однозначно определяет КЗ и отключает питание устройства.
мы же уже обсудили это — ноут либо определяет КЗ и отрубает питание, либо справляется с нагрузкой и просто не выдаёт больше 5А (или 5.1А) тока.

[rromm]

Александр Волков: >но уже поздно: неисправность привела к разрушению как минимум кабеля.
т.е. от КЗ испортился кабель — это проблема чтоли ? слишком незначительная, чтобы жертвовать для её избежания удобством получения тока без инициализации. Кабели приложены к продаваемым устройствам, сгорело устройство и сгорело кабель — пусть, на помойку или возврат по гарантии.

[rromm]

Александр Волков: >Вы можете возразить, что подключенное устройство должно иметь свой предохранитель, но зачем?
как-раз для удобства получения тока без инициализации и чтоб не было КЗ, устройство поймёт что оно превышает нормальный ток а значит сломано и предохранитель сработает — всё, в ремонт.

[rromm]

Александр Волков: >Вы не в силах разобраться с инициализацией USB устройства, поэтому она не нужна
она не нужна потому что без неё можно обойтись и это значительно удешевляет устройства питающиеся по USB, например USB вентилятор у нас стоит всего 50р именно потому, что в нём нет инициализации.

[rromm]

только вот из-за вентилятора этого вырубаются остальные usb устройства, т.к. в нём замкнуты контакты данных…

[Александр Волков]

rromm: Простите, но вам в разработку электроники никак нельзя. Дискуссию считаю оконченной.

[rromm]

Александр Волков: свои выводы считаю очевидными, можете отстраняться оставив необоснованное мнение, учитывать его для себя не вижу оснований.

Answer 2

[15432]

1. Сам зарядник (или любое другое устройство с USB хостом) просаживается, когда с него берут больше тока, чем он может дать. В обычном режиме напряжение на выходе заряди поддерживается на уровне 5.0в - 5.2в
А вот на другом конце кабеля уже возможна просадка! Чем более качественные провода и разъёмы в них используются, тем меньше просадка напряжения. (именно потому не получится выжать 2А, используя плохой кабель - напряжение просядет, телефон это увидит и умерит аппетит)

2+3. Стандарт USB (до 2.1 включительно) обязывает производителей устройств потреблять не более 0.5А при работе. В USB 3.0 этот порог поднят до 1А. Более того, USB хост не обязан поддерживать устройства с потреблением даже 0.5А - по стандарту, при первоначальном подключении, устройство сообщает, какой ток ему требуется для работы, и хост отвечает, может ли он это обеспечить. Согласно стандарту, при инициализации устройство не должно потреблять более 0.1А
И здесь вступает в дело индустрия телефонов и стандарт разъёма для зарядки microUSB. Когда стандарт USB, предназначенный для коммуникации, начали применять "тупо" для обеспечения устройств питанием, началась путаница. Если при подключении к ПК телефон мог "спросить", сколько тока он может выдавать, "тупые" зарядки не поддерживали никакой инициализации и установления соединения, и от них можно было брать ... а как узнать, сколько можно взять ампер от зарядки? Какой ток потреблять телефону, когда втыкается 5 вольт?? И вообще, вдруг это не тупая зарядка, а кабель с перебитыми шинами данных, подключенный к ПК, с которого нельзя брать больше 0.5А???
В общем, придумали проверять, замкнуты ли шины данных, и если замкнуты - брать, например, 1А. У других производителей, того же Apple, зарядка подавала на шину данных определенное напряжение, которое телефон определял, распознавал зарядку как "свою" и потреблял уже, например, 2А.
Потом Qualcomm придумал QuickCharge, сделал умную зарядку и пустил по кабелю вместо 5 вольт целых 9. В новых версиях вольтаж поднялся до 12, а потом и вообще до 20. И всё это по USB... Что-то не туда меня занесло. Какой там дальше пункт?

4. Предохранителей в зарядках я не видал. Обычно проседает напряжение, вольт эдак до четырех. На такой напруге телефон уже не может брать много ампер и автоматически уменьшает потребляемый ток.

5. Стандартный вольтаж, на котором теоритически могут заряжаться девайсы - в диапазоне 4.0-5.5 вольт (у меня есть зарядка с 5.5). С QuickCharge 3.0 - вольтаж до 20 вольт. В зависимости от качества кабеля, через него может течь до 2 ампер. Ну максимум 3, больше не стоит - перегреется место контакта и все поплавится нафиг.

6. В каком направлении? Зарядка это вообще побочная вещь в стандарте USB. Если вы про подключение телефона к ПК, при котором он заряжается - обычно всегда такое работает. Если OTG - на своем телефоне мне удавалось сделать так, чтобы он при этом ещё и заряжался. Но далеко не всегда. В этом режиме согласно стандарту USB, телефон должен служить источником питания, а не наоборот, заряжаться от подключенного к нему устройства.

Comments

[rromm]

1. Отлично, значит т.о. можно определять макс. мощность, странно что это не делается.
2. "Стандарт обязывает" словосочетание вряд ли правильное — стандарту можно следовать полностью, а можно частично, так какой смысл ограничивать потреблением полуампером? т.е. и: «а как узнать, сколько можно взять ампер от зарядки?» — зачем узнавать?
>Согласно стандарту, при инициализации устройство не должно потреблять более 0.1А
Т.е. обязательна иниц.? Нельзя просто воткнуть вентилятор без d+d-контактов с токопотреблением больше 100мач?(не будет работать?)
5. Вопрос был не про кабель и не про то, сколько стоит пускать.
>перегреется место контакта
Ну вот и надо выяснить сколько пускать, чтоб не перегревалось.
6. Я ж написал: заряжать хост (телефон, например) (да, OTG) при подключенных устройствах передачи данных.
>должен служить источником питания, а не наоборот
Я вообще не понимаю что для этого должно меняться. По моим представлениям, если напряжение в телефоне и подключенном устройстве одинаково, то ток никуда не потечёт, а если в подключенном больше то ток от него должен течь в телефон.

[15432]

1. Не совсем так. Из физики, тепловыделение пропорционально квадрату силы тока. Именно потому повышают напряжение - больше энергии можно передать при тех же амперах (и тому же нагреву)
2. Стандарт USB не предполагал, что его будут использовать для зарядки устройств. Чтобы не повредить оконечное оборудование, если телефон не уверен, что на другом конце зарядное устройство, он следует стандарту и потребляет 0.5А. Если вы уверены, что ваше устройство не будут подключать к чему-то, что может сдохнуть, если начать высасывать большой ток, делайте любой требуемый ампераж.
Что до инициализации - именно. По стандарту, порт не должен давать больше 100мА без инициализации. Производители материнок, хабов и прочего давно на это забили и дают полный ток, что могут дать.
5. Качественный разъём и штекер нормально тянут 2А. Больше - не стоит рисковать.
6. Это же не сообщающиеся сосуды. Контроллер microUSB порта в телефоне мониторит состояние разъема и напряжение на контактах. Появились 5 вольт - ок, включаем режим заряда, пытаемся определить, кто на том конце, устанавливаем нужный ток потребления. Появилось сопротивление без напруги - подаем 5В, пробуем инициализировать OTG устройство. При этом телефон может совсем не ожидать, что в него воткнут OTG вместе с питанием. Может включиться режим зарядки, а устройство не распознается. Может наоборот, подключится устройство, но не пойдёт заряд. Поведение не определено и зависит от конкретной модели. Мне удавалось заставить телефон заряжаться при подключенной мышке, но не всегда. Чаще он не заряжался, но мышь работала.

[rromm]

1. При чём тут тепловыделение? Речь о том чтоб детектировать просадку и "умерять аппетит" — так и надо делать, вместо того, чтоб брать лишь 0.5А.
2. >Чтобы не повредить оконечное оборудование
Но 1) в наше время зарядникам ведь ничего не должно быть от того, что от них берут максимум?
и 2) можно ж делать то, что я написал выше (п.1) — вряд ли есть вообще источники, которые испортятся так быстро?(за время определения просадки)
5. Повторюсь: Вопрос был не про то, сколько стоит или не стоит пускать.

[rromm]

6. В общем, неизвестно и зависит от IQ/технологичности производителей.

[15432]

Взял продвинутый USB мультиметр и поэкспериментировал с различными зарядками и стройствами. Максимальное потребление смартфона получилось 1.3 А, зарядки на 2А не просели вообще, остались на 5.2В. Самая слабая зарядка просела до 4.4В, телефон продолжал потреблять 0.8А.
Другое устройство переставало увеличивать потребляемый ток при снижении напряжении до 5В. Мне это кажется наиболее корректным поведением - увеличивать потребляемый ток, пока зарядка не начнет просаживаться по вольтажу

[rromm]

15432: зарядки на 2А не просели от 1.3А? Ну это ж естественно.
>это кажется наиболее корректным поведением
Не думаю, лучше брать максимум мощности, раз сетевые зарядники от этого не должны портиться, как и портативные (powerbanks), которые просто не отдадут больше тока, чем могут.

[15432]

Так вот чтобы определить тот максимум, что они могут выдать, и нужно следить за просадкой напряжения. Иначе вы попробуете брать 2А от порта, что может только 0.5, порт может выйти из строя (равносильно КЗ).

[rromm]

15432: думаю, что зарядник должен быть низкокачественным чтоб сгореть от такого.

[15432]

rromm: Не обязательно сгореть. Например, повербанки обычно выключаются в таком случае. У меня есть и ноутбук, который сразу выключается, если вставить пробу, что 2 ампера жрёт (большой проволочный резистор с штекером). Представьте, что человек вставляет ваше устройство в свой ноутбук, а он пых - и вырубается.

[rromm]

15432: проблема ноутбука, ведь такого не должно быть (и можно обеспечить).

[15432]

rromm: Почему не должно быть? А если плоскую железку вставить в гнездо USB? Железка в данной ситуации - девайс, который "потребляет" 30 ампер. Обычная защита от КЗ. Разница лишь в пороге срабатывания. Где-то на 2А вырубится, где-то на 5

[rromm]

15432: потому что к usb можно подключить большое множество устройств, каждое из которых может потреблять как 0.5, так и до 1 (ЖД) и 2 (мобилки) ампера — одновременно.
Т.е. макс. мощность, выдаваемая ноутом/компом должна равняться максимально возможной отдаваемой мощности аккума/БП с вычетом максимально возможного потребления ноута/компа.

[15432]

rromm: А вот для этого и требуется инициализация USB и запрос на потребление конкретного тока. Не видели сообщений вида "USB порт был отключён из-за превышения потребляемого тока"? Это как раз тот случай, когда девайс запросил больше, чем ноутбук может дать.

[rromm]

15432: для чего "для этого"?
Ноут может сразу давать макс. ток, что многие и делают.

[15432]

rromm: для того, чтобы не возникло ситуации, когда ноутбук не способен обеспечить подключаемое устройство питанием.
ни ноутбук, ни зарядка обычно не регулируют отдаваемый ток. всё на совести устройства.

[rromm]

15432: так в такой ситуации ничего страшного — ноут должен просто отключать питание по USB.

[Grisheen]

Ввиду зашкаливающего эгоцентризма автора вопроса беседа как-то не задалась, а жаль.