آردوینو arduino, توصیه شده, معرفی, مقاله, منبع تغذیه

دریافت ولتاژ های 5 و 9 و 12 ولت از فست شارژر – پروتکل QC2.0

در قسمت قبل توانستیم با استفاده از برد افزایش ولتاژی که طراحی کرده بودیم، ولتاژ 5 ولت USB را به 9 و 12 افزایش دهیم. در این قسمت می‌خواهیم ولتاژهای 5 و 9 و 12 ولت را بدون تبدیل ولتاژ، و از طریق خود فست شارژر (Fast Charger) دریافت کنیم. برای این کار با پروتکل کوییک شارژ QC2.0 شرکت کوالکام آشنا خواهید شد.

با این آموزش از سیسوگ همراه باشید.

 

شارژ سریع یا فست شارژ (Fast Charging) چیست؟

فست شارژر

با گسترش روز افزون استفاده از لوازم الکترونیکی مثل موبایل و تبلت در زندگی روزمره، نیاز به شارژ سریع‌تر آن‌ها احساس می‌شود. فست شارژ یا Fast Charging در واقع یک تکنیک است که به شما کمک می‌کند تا وسیله الکترونیک خود را در مدت زمان کمتری شارژ کنید. مثلاً فرض کنید به جای دو ساعت، در نیم ساعت و یا کمتر تلفن خود را کاملاً شارژ کنید!

 

فست شارژ چگونه کار می‌کند؟

سه مشخصه اصلی برای شارژ، ولتاژ، جریان و توان می‌باشد. اگر مقدار ولتاژ را در مقدار جریان ضرب کنیم، توان (بر حسب وات) به دست می‌آید:

W = V * A

AmperagexVoltage=Watts

هر چه توان خروجی شارژر بیشتر باشد، مدت زمان شارژ کمتر خواهد بود. شارژهای استاندارد معمولاً 5 ولت 1 آمپر هستند، یعنی 5 وات خروجی دارند. حال، برای افزایش توان خروجی شارژر، یا باید جریان را افزایش دهیم، و یا ولتاژ را افزایش دهیم. افزایش جریان، معمولاً مشکلات زیادی را به دنبال دارد. اولاً اینکه جریان باعث ایجاد حرارت و تلفات در سیم شارژر شده و همچنین هر کابل شارژی کشش جریان بالا را ندارد. پس راه دیگر افزایش ولتاژ است. از آنجایی که درگاه استاندارد USB با ولتاژ 5 ولت شناخته می‌شود، پس باید موبایل و شارژر پروتکل ارتباطی داشته باشند که با هماهنگی بین آن‌ها، ولتاژ افزایش یابد. از لحاظ الکترونیکی، هیچ استاندارد واحدی برای پیاده سازی نحوه شارژ سریع وجود ندارد و کارخانجات سازنده، روش‌های مختلفی را برای این کار بکار برده‌اند. دو تا از مهم‌ترین روش‌های مرسوم، روش Qualcomm® Quick Charge و USB Power Delivery (USB PD) می‌باشد. در این آموزش، قصد داریم تا با پروتکل QC از شرکت کوالکام آشنا شویم.

 

مقایسه نسخه های پروتکل QC

در جدول زیر، ولتاژ، جریان و توان پروتکل QC را در نسخه‌های مختلف مشاهده می‌کنید:

مقایسه کوییک شارژ

همان طور که می‌بینید، ولتاژهای 5 و 9 و 12 ولت مربوط به پروتکل QC2.0 می‌باشد.

 

نحوه دریافت خروجی از QC2.0

شرکت کوالکام در فست شارژ 2 از تراشه TPS61088 t استفاده کرده است. اگر دیتاشیت مربوط به این تراشه و پروتکل QC2 را مطالعه کنید، در صفحه ششم اطلاعات زیر را خواهید یافت:

پزوتکل فست شارژ QC

طبق این توضیحات، برای ورود به پروتکل QC2.0 باید مراحل زیر را طی کنید:

  • ابتدا ولتاژی بین 0.325V تا 2V را حداقل به اندازه 1.25 ثانیه به پایه D+ متصل کنید.
  • در حالی که هنوز ولتاژ D+ متصل است، ولتاژی زیر 0.235V به پایه D- اعمال کنید.
  • حال می توانید طبق جدول زیر، ولتاژ خروجی را انتخاب کنید. (ولتاژ D+ همچنان بالای 0.325V است.)

جدول انتخاب ولتاژ QC2.0

 

طراحی مدار ساده برای دریافت ولتاژ از QC2.0

اگر یک سیم USB را بشکافید، داخل آن 4 سیم به رنگ های قرمز (VCC)، مشکی (GND)، سبز (D+) و سفید (-D) خواهید یافت.

رنگ سیم های USB

اگر طرف USB را به شارژر متصل کنیم،نیازمند مداری برای این طرف (سیم ها) داریم که به کمک آن بتوانیم ولتاژهای جدول بالا را بر پایه‌های D+ و D- فست شارژر اعمال کنیم و خروجی‌های 5 و 9 و 12 ولت را از VCC و GND بگیریم. از آنجایی که ولتاژ خروجی ممکن است تا 12 ولت افزایش یابد، پس قطعاً ما باید ولتاژ ثابتی را برای عملیات خودمان داشته باشیم. برای این کار می‌توان از دیود زنر و یا رگولاتور استفاده کرد. فرض کنید از رگولاتور 3.3 ولت استفاده می‌کنیم. خوب، اگر دقت کرده باشید، در تمامی مراحل پایه D+ حداقل 0.325V ولتاژ دارد و فقط در حالت 9V ولتاژ آن از 2 ولت بیشتر می‌شود. پس به کمک یک تقسیم مقاومت، ولتاژ 1.1 که در محدوده 0.325 تا 2 ولت است را می‌سازیم، تا همیشه به پایه D+ متصل باشد، همچنین به کمک یک مقاومت سری و کلید، هر زمان که نیاز بود می‌توان ولتاژ را بالای 2 ولت نیز رساند:

مدار D+

پایه D- نیز مطابق جدول یا به زمین متصل است و یا مقداری بین 0.325 تا 2 ولت دارد. می‌توان بجای اتصال به زمین، این پایه را رها کرد. بنابراین، تنها به یک تقسیم مقاومت شبیه بالا احتیاج داریم و یک کلید که در صورت نیاز آن را متصل کنیم.

نحوه استفاده از مدار بالا

دقت داشته باشید که در مدار بالا حتماً شما به یک رگولاتور یا دیود زنر برای ثابت نگه داشتن ولتاژ نیاز خواهید داشت. حال اگر به کمک یک کابل یا سوکت USB مدارمان را به فست شارژ متصل کنیم، با فرض اینکه تمامی کلیدهای مدار قطع هستند، ابتدا باید به مدت حداقل 1.1 ثانیه صبر کنیم. الآن باید مدار ما وارد حالت QC2.0 شده باشد. زیرا در این مدت هم ولتاژ D+ در محدوده 0.325 تا 2 ولت بوده و هم پایه D- نیز قطع بوده است. اما با این حال ولتاژ خروجی تغییری نمی‌کند، زیرا طبق جدول ولتاژ بالا، وضعیت فعلی پایه‌ها بر روی پیش فرض است و ما همچنان +5 ولت را دریافت می‌کنیم. در این لحظه کافی است تا با اتصال دکمه D- ولتاژ 12 ولت را دریافت کنیم! سپس با اتصال مقاومت سری نیز ولتاژ 9 ولت را دریافت خواهیم کرد!

 

تست عملی مدار!

برای تست مدار بالا، فست شارژ سیسوگ که توسط زئوس طراحی شده است را از او قرض گرفتم! همان طور که در تصویر هم می‌بینید، ولتاژ خروجی به 12 تغییر پیدا کرده است که البته 11.41 روی نمایشگر نمایش داده می‌شود!

مدار فست شارژ سیسوگ

 

کنترل دیجیتال QC2.0

آیا امکان ولتاژ خروجی فست شارژ به صورت دیجیتالی کنترل کرد؟ بله، برای این کار فقط کافی‌ست مداری طراحی کنید که با آن بتوانید ولتاژهای مورد نظر را بر D+ و D- به‌صورت دیجیتال اعمال و خروجی را دریافت کنید. برای مثال، می‌توانید با کمک PWM و خازن ولتاژها را تولید کنید، یا برای مثال، مدار زیر به کمک پین‌های دیجیتال آردوینو و تقسیم ولتاژ، این کار را انجام می‌دهد. به این صورت که تقسیم مقاومت R1 و R2 همیشه به 5 ولت آردوینو متصل است و همانند مدار بالا، همیشه حدود 1.5 ولت را روی +D قرار می‌دهد. با یک شدن منطقی پایه DpPin در آردوینو، ولتاژ 5 ولت از طریق مقاومت R5 با 1.5 ولت تقسیم مقاومتی جمع شده و آن را از 2 ولت فراتر می‌برد. همچنین با کنترل پایه DmPin در آردوینو، می‌توان ولتاژ -D را صفر و یا یک کرد. با این کار، می‌توان به صورت نرم افزاری پروتکل QC2.0 را اجرایی کرد. (پین‌های DpPin و DmPin یکی از پایه‌های دیجیتال دلخواه در آردوینو است که در برنامه قابل تغییر است.)

مدار آردوینو شارژر QC2.0

کتابخانه QC2.0 آردوینو را می‌توانید از این صفحه گیت هاب دریافت کنید. در کد  ابتدا باید پین‌های D+ و D- را تعیین کنید:

سپس می‌توانید به کمک توابع زیر ولتاژ مورد نظر را انتخاب کنید:

دقت داشته باشید که به جز اعداد 9 و 5 و 12 نمی‌توانید عدد دیگری را وارد کنید.

در نهایت، به کمک کد نمونه زیر، ولتاژهای 5 و 9 و 12 را چند ثانیه یک بار عوض می‌شود و می‌توانید بر روی ولت‌متر خروجی را مشاهده کنید.

 

ماژول تست QC2.0

ماژول تست پروتکل QC2.0

حالا که با پروتکل QC2.0 آشنا شده‌اید، نحوه کار ماژول بالا را کاملاً درک می‌کنید و می‌توانید مشابه آن را برای استفاده خودتان بسازید، چه با استفاده از میکرو و چه بدون میکرو! در این ماژول یک دیپ سوییچ سه تایی استفاده شده که با تغییر وضعیت کلید های آن، خروجی های 5 و 9 و 12 از فست شارژر دریافت می شود و LED ها نیز با ولتاژ مورد نظر روشن می شود.

 

منابع زبان اصلی

یوتیوب

belkin.com

انتشار مطالب با ذکر نام و آدرس وب سایت سیسوگ، بلامانع است.

شما نیز میتوانید یکی از نویسندگان سیسوگ باشید.   همکاری با سیسوگ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

18 دیدگاه در “دریافت ولتاژ های 5 و 9 و 12 ولت از فست شارژر – پروتکل QC2.0

  1. نادر گفت:

    ببخشید باز یه سوال به ذهنم رسید جریان خروجی برای سه تا ولتاژ ۵ و ۹ و ۱۲ چقدره؟

    1. Digi Boy گفت:

      توی لینک زیر، جزئیات خیلی بیشتری از ولتاژ ها، جریان ها و جزئیات نسخه های مختلف کوییک شارژ میتونید ببینید:
      https://en.wikipedia.org/wiki/Quick_Charge

  2. نادر گفت:

    به نظرتون کوییک شارژ سه با دو همخوانی داره؟ یعنی این مدارو میشه به کوییک شارژ سه هم متصل کرد؟؟

    1. Digi Boy گفت:

      از لحاظ تئوری مطمئن نیستم، اما همین مدار رو به کوئیک شارژ سه وصل کردم خروجی تغییری نکرد.

  3. نادر گفت:

    حتما میسازمش خیلی کاربردیه

    1. Digi Boy گفت:

      حتما موفق میشی، روی برد برد هم میتونی راحت تست کنی.

  4. محمود گفت:

    خیلی عالی بود دیجی بوی ممنون از زحماتی که می کشید

  5. ali گفت:

    ممنون از آموزش خوبتون. سوالم اینه که آیا این کار به باتری گوشی آسیبی نمیرسونه و صرفا سریع‌تر شارژش میکنه؟

    1. Digi Boy گفت:

      تلفن همراه از الگوریتم‌هایی استفاده میکنه که کمترین آسیب به باتری وارد بشه. یعنی در ابتدا که باتری خالی هست، سعی میکنه تا اون رو با بیشترین توان شارژ کنه و وقتی که میزان شارژ به حد مناسبی رسید، برای اینکه فشار زیادی به باتری وارد نشه و باعث ایجاد گرمای زیاد نشه، توان رو مجدداً کم میکنه. این بستگی به الگوریتم تلفن همراه شما و البته بهتر بگم به کنترلر شارژ باطری که طبق استاندارد شارژ باطری هست داره، اگر این مورد هوشمند سازی شده باشه، (که معمولاً سازنده‌های معروف این نکات رو رعایت می‌کنند) به باتری آسیبی نمی رسه.

  6. سپهر گفت:

    واقعا عالی! دست مریزاد. همیشه این فست شارژ رو میدیدم و برام سوال بود که 9 و 12 که روی اون نوشته چیه. خیلی خوب توضیح دادید ممنون.

    1. Digi Boy گفت:

      درود بر شما، لطف دارید.

  7. یه دوست گفت:

    خیلی دوست داشتم چیزهایی که توی سایتتون هست رو کامل میفهمیدم. معمولا میخونمشون و سعی میکنم بفهمم، ولی همه‌اش نصفه و نیمه میفهمم. مثلا الان فهمیدم توان چیه و چجوری میشه زیادش کرد و چرا نباید جریانو زیاد کرد. ولی خب اون نقشه‌ای که کشیدین رو نمیدونم چیه یا D+ و D- و رگولاتور دیود زنر رو نمیدونم یعنی چی. خیلی دوست داشتم سر در میاورد از این چیزا و میتونستم بسازمشون. اگه میشه یه سری پست برای newbieهایی مث من هم که تازه میخوان وارد دنیای الکترونیک بشن و یادش بگیرن بذارید. یا اگه نمیشه، خوشحال میشم حداقل منابعی معرفی کنید که باهاشون شروع کنیم.

    و یک سوال: اگه توان خروجی رو خیلی خیلی خیلی زیاد کنیم، مشکلی برای گوشی پیش نمیاد و فقط سریع‌تر شارژ میشه و همین؟

    1. Digi Boy گفت:

      درود بر شما دوست عزیز.
      این خیلی‌خیلی خوبه که شما جویای دانش هستید و الکترونیک یاد می‌گیرید.
      ببینید، شما اگر داخل سیم USB رو باز کنید، 4 تا رشته سیم می‌بینید. یکی قرمزرنگ هست که نام اون VCC هست. این سیم در واقع سر مثبت ولتاژ خروجی شارژر هست و سیم مشکی رنگ هم GND که زمین مدار هست. یعنی سر منفی ولتاژی که می‌خواهید از شارژر دریافت کنید. پس قرمز و مشکی سیم‌های تغذیه هستند. دو تا سیم دیگه میمونه. سفید که -Data یا همون -D هست و سبز که +Data یا به‌اختصار +D گفته میشه. این دو تا سیم هم وظیفه انتقال اطلاعات در USB رو دارند. اما اینجا، پروتکل USB مدنظر نیست و از این دو سیم به نحو دیگه ای استفاده میشه که شرکت کوالکام اسم این پروتکل جدید رو کوییک شارژ 2 گذاشته. شما باید طبق جدولی که در متن توضیح داده شد، مثلاً به مدت 1.1 ثانیه به سیم سفیدرنگ (یا +D) ولتاژی بین 0.325 تا 2 ولت رو اعمال کنید و همین‌طور بقیه روندی که توضیح دادم. (تصویر USB رو در متن اضافه کردم) رگولاتور ولتاژ اگر ساده بخوام بگم، کارش اینه که برای ما همیشه یه ولتاژ ثابتی رو میسازه. مثلاً چه بهش 5 ولت بدی، چه 9 ولت و چه 12 ولت، از یک سر خروجیش 3.3 ولت ثابت همیشه به ما می‌ده. این کمک میکنه که اگر ولتاژ خروجی شارژر تغییر پیدا کرد، مثلاً از 5 ولت یک‌دفعه به 12 تبدیل شد، مشکلی برای ما پیش نیاد و بتونیم راحت مدارمون رو پیاده‌سازی کنیم. دیود زنر هم کاربرد مشابهی مثل رگولاتور داره. مدارهایی که در متن استفاده کردم هم بسیار ساده هستند، دو تا مقاومت استفاده شده که کار تقسیم ولتاژ رو انجام می‌دهند. یعنی 3.3 ولت ما رو (که از رگولاتور گرفتیم) مثلاً به 1.1 تبدیل می‌کنند. چون به این ولتاژ نیاز داریم و باید اون رو به خود فست شارژر اعمال کنیم. این دو تا مقاله هم فکر می‌کنم به دردتون به خوره:
      https://8bi.ir/pbt1q
      https://8bi.ir/o54pz
      همین مطلب رو یکبار دیگه ویرایش کردم و سعی کردم قسمت‌هایی رو بیشتر توضیح بدم. همین‌طور مدنظر داریم که یک سری آموزش‌های ساده الکترونیک هم در سیسوگ قرار بدیم. در مورد سؤال آخرتون هم قطعاً توانی که یک گوشی تحمل میکنه محدود هست و شما نمیتونید از خودتون مثلا 20 وات به گوشی اعمال کنید. خود تلفن به‌صورت دیجیتالی انتخاب میکنه که با چه توانی شارژ بشه. البته، اگر شما فقط جریان رو بالا ببرید، تلفن به‌اندازه نیازش از جریان بر میداره، ولی اگر ولتاژ رو ببرید بالا، باعث میشه جریان زیادی از تلفن عبور کنه و آسیب ببینه. توصیه می‌کنم این کار رو با تلفنتون تست نکنید، روی برد برد و با مولتی متر آزمایش هاتون رو انجام بدید.
      بازم سؤالی داشتید بپرسید.

      1. یه دوست گفت:

        بسیار عالی بود و واقعا سپاسگزارم از لطفتون و زمانی که گذاشتید. حتما لینک‌ها رو هم بررسی میکنم. متشکرم.

        1. Digi Boy گفت:

          خواهش می‌کنم، به تلاشت ادامه بده حتماً موفق میشی.
          (یه مقاله دیگه در مورد مقاومت ها: https://8bi.ir/55yl0)

          1. هادی گفت:

            سلام،پیام این دوستمون و جواب شمارو خوندم و واقعا خوشحال شدم از این کار خوبتون،به نظرم داشتن علم یک چیزه و اخلاق کاری تکمیل کننده اون چیز،علم هرچقد زیبا باشه اخلاق خوب و نشر اون زینت دهنده علم هست،ممنونم که هوای ما تازه کارارو هم دارین،نفستون گرم

          2. Digi Boy گفت:

            درود بر شما دوست عزیزم.
            انجام وظیفه بود!