La ricarica attraverso la porta USB

Ricaricare un dispositivo, un cellulare, un gps, un lettore mp3 o un gadget qualsiasi tramite una porta usb del PC o un caricatore usb dedicato non sempre è possibile, soprattutto se il dispositivo richiede una corrente minima abbastanza alta che la porta o il caricatore non può fornire.

Ma andiamo con ordine:
la corrente viene fornita o da uno specifico caricatore, oppure da una porta USB di tipo HOST, esempio classico quelle del PC.
Il piedino 1 è VCC ( 5 Volts, filo di colore rosso ) , il 4 è GND (ground, o 0V, filo di colore nero): gli altri 2, il piedino 2, D-, di colore bianco e il piedino 3, D+, di colore verde, servono per trasferire i dati da/verso il PC e sono anche usati per dichiarare al dispositivo collegato in carica le proprie caratteristiche, esempio la corrente massima prelevabile.
Questo dichiarare viene fatto in modo semplice dai caricabatterie, (portando la tensione ai capi dei piedini D+ e D- a certi valori, oppure mettendo in corto D+ e D- ), oppure in modo più elaborato dai PC, che negoziano la corrente disponibile con il dispositivo, probabilmente a livello di driver di basso livello.
Provate, come esempio, a digitare il comando “lsusb -v” su una Linux box, tra la miriade di informazioni riportate per ogni dispositivo collegato, c’è anche “MaxPower”.
Es.

...
Bus 001 Device 007: ID 04cf:8819 Myson Century, Inc.
...
MaxPower              300mA
...
Bus 001 Device 008: ID 05ac:1294 Apple, Inc. iPhone 3GS
...
MaxPower              500mA

Nell’esempio sopra riportato ho collegato al pc un lettore di schede che può assorbire fino a 300mA e l’iPhone fino a 500.
Ecco allora spiegato perchè talvolta occorre un driver usb per la ricarica della batteria, quel driver contiene il codice per la negoziazione della corrente di carica, senza il quale il telefonino o il dispositivo non fa partire la carica, questo per motivi di sicurezza, es. se mi servono 500mA ma la porta USB non dice che li posso prelevare o non dice nulla è meglio non prelevarli, in caso contrario potrei danneggiare la porta stessa.

Questo è anche il motivo per il quale alcuni telefonini, es. l’ iPhone, si caricano velocemente con un caricabatterie e lentamente con un altro.
Da alcuni caricatori assorbono la corrente massima ovvero 1 Ampere o poco più, da altri – inclusa la porta USB del computer – 500 mA, da altri ancora non assorbono nulla perchè non riconoscono una porta con le caratteristiche minime di corrente necessarie alla ricarica, e i 100mA che dovrebbero essere quelli minimi garantiti senza negoziazione non sono sufficienti.

pinout caricabatterie usb

Nella foto qui sopra un caricabatterie per iPhone: se misuriamo la tensione tra GND e D- troviamo circa 2.8 volts, tra GND e D+ circa 2 volts.

Questo dice al telefonino che da quel caricabatterie può prelevare fino a 1 ampere per la ricarica.
E’ curioso come questo sistema di identificazione, chiamato “divider mode”, sia scarsamente documentato: qualcosa ho trovato nel datasheet del tps2540, (USB Charging Port Power Switch and Controller for Charging Host Ports) che riporta, tra le caratteristiche, un paragrafo, Divider mode charger interface, che sembra proprio contenere le specifiche dei livelli e delle impedenze per l’identificazione, 2 volts e 2.7 volts, 10 Kohm.

divider mode voltages
divider mode voltages

Nell’application note, poi, si legge, in questo paragrafo:

divider mode voltages

Da come c’è scritto sopra, il caricabatterie dell’iPhone mette 2 volt sul pin D+ e 2.7 volt sul pin D-, quello dell’iPad il contrario, ovvero 2.7 volt su D+ e 2 volt su D-.
Per caricare a piena potenza sia iPad che iPhone, basta mettere 2.7 volt su D+ e 2 volt su D-.
Ovviamente per prelevare questa potenza occorre usari cavi opportunamente dimensionati sulle linee che portano l’alimentazione… ovvero non tutti i cavi sono uguali.
A breve verificherò sperimentalmente queste informazioni.

Questo per dire che esistono quindi dei circuiti integrati controllori di carica che rispondono perfettamente alle specifiche.
I caricabatterie che usano questi dispositivi dovrebbero caricare senza problemi la maggior parte dei dispositivi.

L’ USB Implementers Forum ha pubblicato delle specifiche precise che descrivono nel dettaglio le specifiche di carica delle batterie tramite porta USB, se volete approfondire l’argomento trovate tutto sui riferimenti qui sotto.

Riferimenti

P.S.
Questo post nasce dal fatto di capire come mai non riuscivo a caricare l’iPhone con un caricabatterie USB a manovella: sono curioso e dovevo capire il perchè, ci ho perso tra teoria e pratica un paio di serate ma alla fine niente da fare, la corrente generata era minore di 500 mA e quindi troppo bassa per far partire la carica, sono riuscito a caricarci l’iPod solo dopo aver aggiunto dei partitori resistivi sulle linee D+ e D- ( 2 volts, 47K + 68K ).

Stai leggendo “ La ricarica attraverso la porta USB ”, un post di Fabrizio Zellini

Pubblicato il
6 Novembre 2011
Categorie:
elettronica, hacking