Зарядка от юсб порта. Распиновка USB разъемов для зарядки телефонов

Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.

ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).

Автор, нафига все это?

Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно - сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.

Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные - заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные - ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые - у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е - так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным - «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.

Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple - устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: " Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины."

Что нам понадобится

1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.

2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.

Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.

3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.

4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.

5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.

6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.

Собираем зарядку

1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:

*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.

Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.

2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.

3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).

Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате

4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:

Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:

У меня получилось так:

Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 - 5.1В.

Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.

Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»

Я смелый!

5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.

6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!

7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.

Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:

В Машине это выглядит так:

Тесты

Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.

Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).

Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.

К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно - он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).

Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.

Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.

Процесс зарядки и выводы

Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:

График усреднен и может варьироваться для разных устройств.

Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать .

Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А

Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck - конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.

В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.

В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!

Android.

Добавить метки

Большинство современных гаджетов (мобильных телефонов, смартфонов, плееров, электрокниг и пр.) поддерживает зарядку через гнездо USB mini/micro. Тут может быть несколько вариантов подключения:

Устройство можно зарядить от ПК через стандартный дата-кабель. Обычно это шнур USB_AM—USB_BM_mini/micro. Если для заряда устройства требуется ток более 0,5 А (это максимум, на который способен USB 2.0), то время заряда может оказаться мучительно долгим, вплоть до бесконечности. Порт USB 3.0 (голубенький такой) выдаёт уже 0,9 А, но и этого кому-то может показаться мало.
Через тот же дата-кабель ваше устройство можно зарядить от родного зарядного устройства (сетевого или автомобильного), оборудованного 4-контактным гнездом USB-AF , как на компе. Конечно же, это уже не настоящий USB-порт. Гнездо зарядного устройства лишь выдаёт примерно 5 В между 1 и 4 контактами 4-контактного гнезда (плюс на контакте №1, минус на контакте №4). Ну, ещё между разными контактами гнезда могут быть установлены всяческие перемычки и резисторы. Зачем? Об этом колдовстве будет рассказано ниже.
Гаджет можно подключить к постороннему или самодельному зарядному устройству, дающему 5 вольт. И вот тут начинается самое интересное…

При попытке заряда от чужого зарядного устройства с выходом USB ваш гаджет может отказаться заряжаться под тем предлогом, что зарядное устройство ему якобы не подходит. Разгадка в том, что многие телефоны/смартфоны «смотрят» каким образом расключены провода Data+ и Data- , и если гаджету что-то не понравится, это ЗУ будет отвергнуто.

Nokia, Philips, LG, Samsung, HTC и многие другие телефоны признают зарядное устройство только если контакты Data+ и Data- (2-й и 3-й) будут закорочены. Закоротить их можно в гнезде USB_AF зарядного устройства и спокойно заряжать свой телефон через стандартный дата-кабель.

Если же зарядное устройство уже обладает выходным шнуром (вместо выходного гнезда), и вам нужно припаять к нему штекер mini/micro USB, то не забудьте соединить 2 и 3 контакты в самом mini/micro USB. При этом плюс паяете на 1 контакт, а минус — на 5-й (последний).

У Айфонов вообще какие-то оккультные требования к коммутации гнезда зарядного устройства: контакты Data+(2) и Data- (3) должны соединяться с контактом GND (4) через резисторы 49,9 kΩ, а с контактом +5V через резисторы 75 kΩ.

Motorola «требует» резистор 200 кОм межну 4 и 5 контактами штекера USB micro-BM. Без резистора аппарат заряжается не до полной победы.

Для заряда Samsung Galaxy в штекере USB micro-BM должен быть установлен резистор 200 кОм между 4 и 5 контактами и перемычка между 2 и 3 контактами.

Для более полного и «гуманного» заряда планшета Samsung Galaxy Tab рекомендуют другую схему: два резистора: 33 кОм между +5 и перемычкой D-D+; 10 кОм между GND и перемычкой D-D+.

Аппарат E-ten («Енот») не интересуется состоянием этих контактов, и поддержит даже простое зарядное устройство. Но у него есть интересное требование к зарядному кабелю — «Енот» заряжается только если в штекере mini-USB закорочены контакты 4 и 5.

Если нет желания возиться с паяльником, можно купить кабель USB-OTG — у него в штекере mini-USB контакты 4 и 5 уже замкнуты. Но тогда ещё потребуется переходник USB AM-AM, то есть, «папа»-«папа».

Претендующее на универсальность автомобильное зарядное устройство «Ginzzu GR-4415U» и его аналоги оборудованы двумя выходными гнёздами: «HTC/Samsung» и «Apple» или «iPhone». Распиновка этих гнёзд приведена ниже.

Для питания или заряда навигатора Garmin требуется особый дата-кабель. Просто для питания навигатора через дата-кабель нужно в штекере mini-USB закоротить 4 и 5 контакты. Для подзаряда нужно соединить 4 и 5 контакты через резистор 18 кОм:

Отдельная тема — зарядка планшетов . Как правило, планшету для заряда требуется приличный ток (1÷1,5 ампер), и заряд через гнездо mini/micro-USB во многих планшетах просто не предусмотрен производителем. Ведь даже USB 3.0 не даст более 0,9 ампер.
Правда, некоторые модели планшетов можно медленно и печально заряжать в выключенном состоянии.
На Ютубе один парень предлагает установить в планшете 3Q перемычку между первым контактом гнезда mini/micro-USB (это +5 В) и плюсовым (центральным) контактом круглого (коаксиального) зарядного гнезда. Дескать, тока от USB этому планшету хватает, просто + гнезда USB не подключен к контроллеру заряда аккумулятора. После установки перемычки планшет якобы заряжается. В принципе, это выход, если само круглое зарядное гнездо уже раздолбано.
Напротив, если круглое гнездо в порядке, но по какой-то причине вам хочется брать питание для заряда именно от USB компьютера или зарядного устройства с таким разъёмом, то можно сделать такой переходник:

Аккумуляторная батарея — это слабое место любого ноутбука. Чем он становиться старше, тем быстрее садится аккумулятор. Поэтому вопрос его подзарядки встаёт всё острее и острее, а зарядное устройство не всегда под рукой. Можно ли зарядить ноутбук через USB порт от другого компьютера или от внешнего аккумулятора PowerBank’a? Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

Если бы мне задали такой вопрос несколько лет назад, я бы с уверенностью ответил, что нет, нельзя! И действительно, раньше USB порт на ноутбуке использовался исключительно для подключения периферийных устройств. Да от него можно было подзаряжать телефон или планшет, но обратного действия он не имел. Для зарядки аккумулятора использовался специальный блок питания. Причём, зачастую у каждого производителя он был со своим, индивидуальным разъёмом, что было ужасно не удобно. Особенно в пути.

Но время течёт и всё меняется. На самых последних моделях ноутбуков, нетбуков и ультрабуков для подключения электропитания стал использоваться новый порт USB 3.1. Это так называемый разъём Type C. Вот так он выглядит:

Так что благодаря техническому прогрессу наконец-таки можно использовать порты ЮСБ для зарядки ноутбука.

В чём отличия между портами

Дело в том, что сам стандарт USB разработан уже довольно-таки давно, ещё в 1994 году. И тогда вопрос о подаче чисто питания через эту шину вообще не стояло. В дальнейшем, что за более чем 20 лет, было придумано довольно-таки много типов разъёмов ЮСБ:

Но вот только всех их объединяло то, что они не могли обеспечить передачу мощности более 4,5 Ватт. Если для смартфона или планшета этого худо-бедно хватало, то для ноутбука нужно не менее 30, а лучше 50 и выше. Соответственно о зарядке ноутбука через USB и речи не могло быть до появления более энергоёмкой разновидности. И ею стал Type C . По размеру он почти в два раза меньше привычного уже порта стандарта 2.0/3.0:

Зато вполне может обеспечивать передачу тока мощностью до 100 Ватт в обе стороны — то есть как к подключаемым устройствам, так и от них к хосту. Этого вполне хватает не только обычным моделям, но даже игровым лэптопам. Можно с собой в дорогу взять один или два мощных повер-банка и не беспокоиться о том, что под рукой может не оказаться розетки!

А как быть обладателям старых моделей?

К сожалению, им зарядить ноутбук через USB-порт не удастся ни при каких обстоятельствах. Просто они этого не умеют. Как быть в этом случае? Только покупать дополнительный аккумулятор и носить его с собой. Ну или, как вариант, копить деньги на покупку нового мобильного компьютера. Вы можете возразить — на это денег не напасёшься! Но если от этого зависит Ваша работа, то может есть смысл вложиться? Решать вам! Удачи!

Прислал:

Виктор Панков прислал интересную ссылку на статью, в которой подробно описаны особенности распиновки USB разъёмов для корректной зарядки различных гаджетов, ведь, не секрет, что часто гаджеты отказываются заряжаться от простого USB порта накопителя или компьютера, либо ведут себя не так, как хотелось бы.

Большинство современных гаджетов (мобильных телефонов, смартфонов, плееров, электрокниг, планшетов и пр.) поддерживает зарядку через гнездо USB mini/micro. Тут может быть несколько вариантов подключения:

Устройство можно зарядить от ПК через стандартный дата-кабель. Обычно это шнур USB_AM-USB_BM_mini/micro. Если для заряда устройства требуется ток более 0,5 А (это максимум, на который способен USB 2.0), то время заряда может оказаться мучительно долгим, вплоть до бесконечности. Порт USB 3.0 (голубенький такой) выдаёт уже 0,9 А, но и этого кому-то может показаться мало.

Через тот же дата-кабель ваше устройство можно зарядить от родного зарядного устройства (сетевого или автомобильного), оборудованного 4-контактным гнездом USB-AF, как на компе. Конечно же, это уже не настоящий USB-порт. Гнездо зарядного устройства лишь выдаёт примерно 5 В между 1 и 4 контактами 4-контактного гнезда (плюс на контакте №1, минус на контакте №4). Ну, ещё между разными контактами гнезда могут быть установлены всяческие перемычки и резисторы. Зачем? Об этом колдовстве будет рассказано ниже.

Гаджет можно подключить к постороннему или самодельному зарядному устройству, дающему 5 вольт. И вот тут начинается самое интересное…

Аппарат E-ten («Енот») не интересуется состоянием этих контактов, и поддержит даже простое зарядное устройство. Но у него есть интересное требование к зарядному кабелю - «Енот» заряжается только если в штекере mini-USB закорочены контакты 4 и 5.

Если нет желания возиться с паяльником, можно купить кабель USB-OTG - у него в штекере mini-USB контакты 4 и 5 уже замкнуты. Но тогда ещё потребуется переходник USB AM-AM, то есть, «папа»-«папа».

Для питания или заряда навигатора Garmin требуется особый дата-кабель. Просто для питания навигатора через дата-кабель нужно в штекере mini-USB закоротить 4 и 5 контакты. Для подзаряда нужно соединить 4 и 5 контакты через резистор 18 кОм:

Итак, если вы хотите переделать обычное ЗУ в USB-зарядку для телефона:

Удостоверьтесь, что устройство выдаёт около 5 вольт постоянного напряжения

Узнайте, способно ли это ЗУ дать ток не менее 500 мА

Внесите необходимые изменения в коммутацию гнезда USB-AF или штекера USB-mini/micro

Многие юзеры наверняка еще помнят те «древние» времена, когда устройств, которые заряжались через USB-порты компьютеров или ноутбуков, было совсем немного. У большинства это был только iPod (ну, или другой плеер из похожих).

Чуть позже через USB уже можно было заряжать и некоторые смартфоны. Зато теперь «некоторые» превратились во «все», плюс к ним добавились еще всякие 3G-роутеры, фитнес-трекеры, портативные колонки и уйма других гаджетов, каждый из которых без регулярных подключений к USB в буквальном смысле жить не может.

Но не смотря на приход в мир аж целой Windows 10, с USB старая проблема как была так и осталась: как только комп или ноут выключается или переходит в спящий режим, его USB-порты тоже перестают «давать ток» и ничего уже не заряжают. Правда, выпускались раньше и сейчас выпускаются Windows-нотбуки, у которых USB-порты продолжают функционировать и в спящем режиме, но, как показывает практика, знают о них не все пользователи.

Потому юзеры в большинстве своем, продолжая практиковать «дедовский» метод зарядки через USB, просто оставляют компы включенными каждый раз, когда требуется зарядить смартфон или какой-нибудь другой мобильный девайс. Способ, конечно, проверенный временем и эффективный, но, к сожалению, не самый удобный и очень неэкономный в плане расхода электроэнергии (в том числе и той, которую приходится в таких случаях вытягивать из аккума ноутбука).

В этой связи, напоминаем, как заряжать мобильную электронику через USB-порт выключенного Windows компьютера, точнее как настроить свой комп так, чтобы он и в спящем режиме подавал энергию на свои USB-порты.

И прежде, чем что-то настраивать, в обязательном порядке проводим мини-ревизию имеющихся в наличии USB-портов на предмет убедиться, что среди них присутсвуют те, которые настроены на работу в режиме зарядника при выключенном компьютере. Если у вашего компа (точнее у материнской платы) предусмотрена такая функция, то эти так называемые charge-friendly USB производитель машины должен был раскрасить в заметный желтый цвет.

А чтобы изменить настройки питания USB-порта, заходим в «Диспетчер устройств » и там — в раздел «Контроллеры USB «. В открывшемся списке находим строку «Корневой USB концентратор «.

Скорее всего, их будет несколько, однако вам нужны только те, рядом с названиями которых в скобочках указано (xHCI) . Это порты USB 3.0. Кликаем правой кнопкой мыши по одному из них и в появившемся меню жмем «Свойства «. Далее переходим во вкладку «Управление электропитанием «, отключаем опцию (снимаем галочку) «Разрешить отключение этого устройства для экономии энергии » и жмем ОК .

Теперь даже при выключенном компьютере можете заряжать через этот USB разные мобильные устройства. Если одного мало, то попробуйте подключить второй (если он есть). Но вполне возможно, что придется ограничится только одним, так как нельзя в такой способ включить режим зарядника сразу всех USB. Более того, на иногда опция зарядки через USB при выключенном компе так просто может и не активироваться (не будет вдаваться в подробности, почему так случается). Но описанный способ чаще всего работает.