Marsy Electronic

Link Articolo Originale: http://www.grix.it/viewer.php?page=10905

Descrizione

Recentemente ho provato a caricare la batteria dell'iPod Touch di mia figlia con un caricabatterie switching “wall adapter” (caricatore o adattatore da parete), dotato di presa USB, senza riuscirvi.

Curiosando sul web ho reperito alcuni schemi di adattatori per la carica, però sprovvisti di esaustive indicazioni circa il loro funzionamento.

Ho, pertanto, effettuato varie ricerche circa le specifiche del protocollo di comunicazione USB e la ricarica degli apparati dotati di batterie ricaricabili (normalmente delle LiOn), sempre tramite la porta USB.

La porta USB (Vs. 2) è dotata di 4 contatti, come si può facilmente vedere nella sottostante figura:

Due contatti trasferiscono i 5 V, gli altri due D+ e D- servono per trasferire i dati.

Modalità di ricarica degli apparecchi portatili connessi alla porta USB

Le apparecchiature portatili richiedono una sorgente esterna di alimentazione per ricaricare le batterie. La porta USB dispone di una tensione di 5V, quale sorgente di alimentazione. Le specifiche dell’USB assicurano, oltre l’alimentazione di 5 V, che venga fornita anche una sufficiente corrente, di almeno 500 mA.

Quando, invece, utilizziamo un caricatore cosiddetto “wall adapter” è possibile avere anche correnti superiori ai 500 mA.

Pertanto, sono stati introdotti dei protocolli che stabiliscono l’handshaking, ovvero la “negoziazione” del del protocollo di comunicazione al fine di permettere al dispositivo connesso di essere riconosciuto e di ricevere una corrente uguale o superiore ai 500 mA dell’USB 2.0, pur utilizzando lo stesso connettore per la ricarica.

Tra i protocolli per la ricarica dei dispositivi portatili vi sono:

• TPS2540A, TPS2540, TPS2541e TPS2541A che sono i più comini per l’USB 2.0
• BC1.2 Cinese Telecommunications Industry standard YD / T 1591-2009
• Modalità Divider

Tutti e tre i metodi hanno analogie e differenze, ma il punto in comune è che tutti definiscono tre tipi di ricarica attraverso la porta USB:

 Queste porte di ricarica sono definite come:

• SDP (Standard Downstream Port) USB 2.0

• CDP (Charging Downstream Port)

• DCP (Dedicated Charging Port)

 La tabella seguente mostra le differenze tra queste porte secondo lo standard BC1.2.

BC1.2 definisce il protocollo necessario per consentire al dispositivo portatile di determinare a quale tipo di porta è collegato in modo che possa assorbire la massima corrente a lui consentita.

Il processo di riconoscimento si sviluppa in due fasi:

Nella prima fase il dispositivo portatile fornisce una tensione nominale di 0,6 V in uscita sulla linea D + e legge la tensione al suo ingresso in D-. Il dispositivo identifica di essere collegato ad una SDP se la tensione è inferiore al valore nominale di 0,3 V. Il dispositivo potatile, invece, identifica di essere collegato ad una porta di carica, se la  tensione D- è compresa tra 0,3 V e 0,8 V.

La seconda fase è necessaria per gli apparecchi portatili al fine di determinare la connessione ad una porta CDP o DCP.

Il dispositivo fornisce una tensione di 0,6 V su D- e legge l'input di tensione sul D +; se i valori letti su D+ e D- sono inferiori alla tensione nominale di 0,3 V, il dispositivo s'identifica connesso ad una CDP; se i valori letti sono compresi tra 0,3 e 0,8 volt, s'identifica connesso ad una DCP.

Nel mio specifico caso interessa la modalità DCP.

Un DCP è un tipo speciale di adattatore da parete, utilizzato in applicazioni di carica, che utilizza una micro-B per connettersi ai dispositivi portatili.

La DCP fornisce solamente l’energia per la ricarica delle batterie, non può riconoscere il tipo di dispositivo e non supporta lo standard di comunicazione USB 2.0. Fornisce, però, le impedenze specifiche sulle linee D+ e D- in modo che sia identificabile come un caricatore dedicato.

Le impedenze su D+ e D- sono diverse a seconda dello standard specifico del caricatore dedicato come segue:

• standard cinese BC1.2 (Telecommunications Industry standard YD / T 1591-2009): le due linee dati (D+ e D-) dovrebbero essere cortocircuitate con un'impedenza in serie di 200 Ω massimi.
• Modalità divider: su D+ e D- sono presenti due tensioni rispettivamente di 2V e 2,7 V.
• standard TPS2540/40A/41/41A: integra anche la funzione di rilevamento automatico che supporta entrambi gli schemi DCP.

Ho utilizzato, ovviamente, il Diveder Mode Charger Interface, che prevede il sottoelencato standard di tensioni ed impedenze su D+ e D-:

Il modo divider dice all'iPod che da quel caricabatterie può prelevare fino a 1,5 A per la ricarica. Se non viene applicata alcuna tensione su D+ e D- il dispositivo non consente la carica. E' molto strano che questo sistema di identificazione sia scarsamente documentato.

 
Schema della realizzazione

Con questi valori, a prescindere dalla tolleranza delle resistente utilizzare (sarebbe opportuno utilizzare una tolleranza dell'1% ) si ottengono 2,7 volt sul D- e 2 volt sul D+. Anche le impedenze dovrebbero essere approssimativamente di 17,8 Ω per il D- e 13,2 Ω per il D+.

Realizzazione

Per risparmiare tempo, data la semplicità del circuito, l'ho realizzato su una piccola porzione di basetta millefori. Ho reperito la femmina ed il maschio USB da un vecchio hub guasto (è buona regola non buttare nulla fintantoché la moglie lo consente) ed in pochi minuti, con una spesa di pochi cent, ho realizzato l'adattatore. Infine, ho infilato sul circuito uno spezzone di guaina termoretraibile, per isolarlo contro eventuali contatti accidentali.

Successivamente, ho aperto il caricatore da parete dotato di presa USB, che avevo recuperato da un altro apparato, ed ho provveduto ad eliminare il ponticello esistente tra il D- e la massa (verificare sul Vs. adattatore che i contatti D+ e D- siano liberi).

P.S. Le fotografie sono state fatte ad una versione di prova, con valori di resistenze diversi; i valori esatti sono quelli riportati sullo schema. I fili verde e bianco (D+ e D-) del cavetto USB di recupero non sono stati utilizzati.