Как снять питающее напряжение, например 5 В, с разъёма USB-C (USB Type C)? Все новейшие ноутбуки, смартфоны, планшеты, внешние аккумуляторы и дорожные зарядные устройства, как правило, устанавливаются уже с портами USB-C. Даже порт USB-C в дешевом зарядном устройстве (Повер Банк) способен поддерживать напряжение постоянного тока до 12 В. Спецификации USB предоставляют информацию о реализации и более высоких уровней подачи питания, доступных через разъемы USB Type C. С обычным USB всё понятно, 4 контакта, где 2 крайних питание. А в новом уже не так всё просто, поэтому будем разбираться…
USB-C и подача питания
Разъем USB Type C обеспечивает ряд новых функций по сравнению с предыдущими поколениями. Усовершенствования включают меньший размер корпуса, большую полосу пропускания сигнала, больше проводков, более высокие номинальные значения напряжения и более высокие токи. Штекера и розетки можно подключать как прямо, так и вверх ногами, что позволяет быстрее и проще вставлять их в гнёзда (давно бы так).
Типичный разъем USB Type C имеет 24 контакта и 4 контакта питания и массы, которые в совокупности пропускают ток до 5 А. Разъем также рассчитан на предельное напряжение до 20 В между контактами питания и заземления, что позволяет передавать мощность 100 Вт.
Обратите внимание, что разъем USB-C разработан для поддержки стандарта USB PD. А значит хост-контроллер и кабель устройства также должны быть настроены для поддержки стандарта. Но не будем отвлекаться и разберемся как снять питание из порта USB-C. А это не просто, вывести 5 В двумя проводками не получится.
Чтобы использовать все функции, штекера и разъемы имеют дополнительные контакты для настройки, позволяющие устройствам согласовывать свое состояние. Поддержка каналов конфигурации может показаться сложной задачей, но ее можно решить просто для базовых вещей.
Самый простой способ — использовать два понижающих резистора 5,1 кОм на линиях канала конфигурации (CC) (A5 = CC1 и B5 = CC2). Контакты CC1 и CC2 важны для базовой работы USB Type-C. Резисторы присоединяются к контактам CC в различных конфигурациях в зависимости от того, является ли приложение выходным портом (DFP), входящим портом (UFP) или электронно маркированным / активным кабелем. Помните, что входящий порт должен подключать действующий понижающий резистор к GND к обоим контактам CC1 и CC2. 5,1 кОм ± 10% — единственный приемлемый резистор, если используется зарядка USB Type-C 1,5 А при 5 В или 3,0 А при 5 В.
Также важно отметить, что USB Power Delivery позволяет динамически изменять конфигурацию питания USB-соединения. Значение по умолчанию 5 В на VBUS можно перенастроить на любой уровень до 20 В. Максимальный ток подачи питания может быть увеличен до 5 А с помощью совместимого кабеля USB PD Type C с электронной маркировкой мощностью 100 Вт. Поэтому чтобы взять 5 В постоянного тока из порта USB-C, можно или припаять пару понижающих резисторов 5,1 кОм к контактам CC обычной коммутационной платы USB-C, (штекер или гнездо), либо выбрать специальную коммутационную плату USB-C с предварительно припаянными понижающими резисторами 5,1 кОм.
Вот приводится простая схема для тех, кто хочет спроектировать и собрать свою самодельную коммутационную плату USB-C для вывода питания.
Коммутационная плата действительно полезна, поскольку она обеспечивает доступ к плотно разнесенным контактам разъема для питания (VBUS и GND), дифференциальных данных USB 2.0 (D + и D-), канала конфигурации (CC) и использования боковой полосы (SBU). Каждый из этих выводов разбит на 1 × 8 рядов выводов с интервалом 0,1" на плате, а также дублированные выводы VBUS и GND для сильноточных устройств. Но эта плата не поддерживает дифференциальные пары USB 3.1 SuperSpeed разъема Type-C (сигналы TX и RX), поэтому тут поддержка только низкоскоростной, полной и высокоскоростной связи USB 2.0!
Для эксперимента выбран блок питания USB-C и DVM и расширен источник постоянного тока от блока питания до коммутационной платы, используя кабель USB-C (питание и данные). Далее фото быстрой тестовой конструкции, которая обеспечивает выход 5 В.
Встречается немало китайских коммутационных плат с одним подтягивающим резистором 56 кОм, как показано на рисунке. Они не подходят для этого дела (на самом деле они предназначены для переходников с вилки USB типа C на розетку USB типа A).
Как видно из таблицы, 56 кОм ± 20% — это рекомендуемый «подтягивающий резистор DFP Rp» для питания USB по умолчанию (500 мА для USB 2.0, 900 мА для USB 3.0).
Несмотря на то что большинство внешних аккумуляторов USB-C и мобильных зарядных устройств могут работать с напряжением до 12 В, продемонстрированный тут метод не позволит брать более 5 В. Имейте в виду этот момент.
