Battery Charging v1.2 spec (BC1.2)

BC1.2 spec 定义了设备通过 USB 端口充电的检测、控制和报告机制，这些机制是 USB2.0 规范的扩展，用于专用充电器(DCP)、主机(SDP)、hub(SDP)和 CDP(大电流充电端口)对设备的充电和 power up。这些机制适用于兼容 USB2.0 的所有主机和外设。

1、Background

PD (portable device) 便携式设备连接到 host 或 hub 后，USB2.0 协议规定了 PD 汲取电流的最大值：

1. bus suspend 时最大汲取电流 2.5mA；
2. bus 没 suspend 并且未被配置时最大汲取电流 100mA；
3. bus 没 suspend 并被配置时最大汲取电流 500mA.

如果 PD 连接到 CDP, DCP, ACA-Dock, ACA，在 PD 未配置时汲取最大电流限制是1.5A，或者遵循 suspend 的规则。

2、SDP、DCP、CDP

标准下行端口(SDP)：Standard Downstream Port，PC 的典型端口，这种端口的 D+ 和 D- 上都有下拉电阻。最大电流为 500mA。当 USB 处于这种模式时既可以为外部设备(手机充电、充电宝）充电，也可以起到数据传输的作用(U 盘、手机上传/下载)。

专用充电端口(DCP)：Dedicated Charging Port，适配器、车载充电器等端口，这种端口不可以传输数据，但可以提供 1.5A 以上的电流，端口的 D+和 D- 短路，不需要枚举。

充电下行端口(CDP)：Charging Downstream Port，这种端口即支持大电流 1.5A 充电，也可以兼容 USB2.0 的数据传输，因为可以支持传递数据，所以 D+ 和 D- 也必须有下拉电阻。

3、物理接口

注意 VBUS 和 GND 引脚长，插入 USB 时会先接通。

4、BC1.2 识别过程

1. VBUS 检测：在 PD 端的电路可以检测 VBUS，可以判断连接是否有效。电路中的参考电压 VOTG_SESS_VLD 一般在 0.8V~4V 之间，当总线上的电压高于这个值，即 VBUS > VOTG_SESS_VLD，则说明 USB 连接有效。
2. DCD(数据连接检测)：这个阶段不是一定有的，因为 USB 端口是否支持数据连接是未知的，有可能支持也有可能不支持。如果这个阶段 D+ 端口或者 ID 端口在 900ms 内都没有检测到连接，那么就必须开始首次检测。
3. 首次检测：这个阶段主要是判断 USB 端口是充电应用还是传输数据。首先 VDP_SRC 和 IDM_SINK 的开关闭合，将电压 VDP_SRC 接入 D+ 端口，D+ 端口的电压一般为 0.6V，然后检测 D- 端口电压。如果检测到 D- 端口电压小于规定的参考电压，即 VD- ＜ VDAT_REF 则端口判定为 SDP 类型；若大于规定的参考电压，则判定为 CDP 类型或者 DCP 类型。
4. 二次检测：该阶段是确认 USB 为充电口之后是否可以支持数据传输协议，这样就可以区分 CDP 和 DCP。首先 VDM_SRC 的开关闭合，这时将 D- 拉高至 0.6V，然后检测 D+ 的电压，如果 D+ 小于规定的参考电压，即 VD+ ＜ VDAT_REF 则判定端口为 CDP；如果大于规定的参考电压则判定端口为 DCP。

各阶段拆分后的连接图如下

Data Contact Detect, Not Attached

Data Contact Detect, Standard Downstream Port

Primary Detection, DCP

Primary Detection, CDP

Primary Detection, SDP

Secondary Detection, DCP

Secondary Detection, CDP

5、充电器识别过程

下图是手机插入充电器后发生，一系列的决策逻辑流程，只需要看蓝色字体，其他颜色字体所述逻辑不常见。

6、私有快充协议

由于 BC1.2 并非强制性协议，许多厂家基于 BC1.2 研发了自己的私有快充协议。比如高通的 QC，联发科的 PE(Pump Express) 等。由于充电功率和电压电流相关 P=UI，提高电压或者电流就可以提高充电功率，在电池容量一定的情况下，功率越大充电速度越快。高通的 QC 和联发科的 PE 快充方案技术原理是一样的，都是通过增大充电电压来提高充电功率。

7、线损补偿

由 U=IR 知道充电电流越大，USB 充电线上的压降也就越大。尤其在车载设备上，随着 USB 线的增长或者充电电流的增大，到达手机端的电压很可能达不到5V，可以通过线损补偿来解决此类问题。

8、现状及发展趋势

现行快充技术主要分为两大阵营：低压快充和高压快充。

低压快充以 OPPO 的 VOOC 闪充为代表，通过增大充电电流的方式来提高充电功率。

优点：发热量小、能量转换效率高

缺点：硬件需要定制，成本高，兼容性差

高压快充以高通 QC 为代表，其他厂家技术原理和高通一样都是基于 BC1.2，通过增大充电电压来提高充电功率。

优点：兼容性好、继承性好、稳定

缺点：发热量大，能量转换效率低

基于 Type-C 接口的 USB Power Delivery 充电标准，简称 typec-PD，支持 100W 充电，采用多电芯后可以支持 120W、135W 甚至更高的充电功率。