USB Battery Charging (BC) Spec. - 고속 충전기의 비밀

USB 아답터를 보면 고속 충전용 아답터라고 나오는 것들이 있다. 일반 아답터와 동일하게 생겼지만 PC나 일반 아답터에 연결했을 때 보다 더 높은 전압으로 고속으로 디바이스 충전이 가능하다.

하지만 문제는 전류라는 것은 아답터가 아무리 높은 전류를 흘려줄 수 있다고 해도 디바이스가 요구하는 만큼의 전류만 흘려준다는 것이다. 즉 아답터가 5V, 2A 용량이라고 해도 디바이스가 500mA만 쓰면 500mA의 전류만 흐르게 된다.

그럼 디바이스는 어떻게 일반/고속 충전용 아답터를 구분해서 고속일 때 더 많은 전류를 요구해 고속으로 충전이 가능할까?

해답은 USB Battery Charging Spec.에 있다. USB 포트를 원래 목적인 데이터 교환 뿐 아니고 데이터 전송은 없이 충전 목적으로 사용이 늘어남에 따라 2007년에 BC 1.0 스펙이 만들어 졌다.



여기서는 전원 소스 타입을 3가지로 구분하고 있다.

- SDP (Standard Downstream Port)
- CDP (Charging Downstream Port)
- DCP (Dedicated Charging Port)

SDP는 일반적으로 PC나 노트북에 있는 USB 포트이다. 데이터 전송이 기본 목적이고 일반적으로 100mA, 최대로 설정 시 500mA까지 전류를 공급해 줄 수 있다.

CDP는 최신 PC등에 보면 일부 USB 포트가 고출력이라고 표시되는 경우가 있는데 이 포트를 말한다. SDP와 마찬가지로 데이터 전송이 가능하지만 고속으로 장치 충전이 가능하도록 최대 900mA(High speed 인 경우) 또는 1.5A(Low/Fast speed인 경우)까지 전류를 흘릴 수 있다.

DCP는 데이터 전송은 하지 않고 충전 전용으로 사용되는 USB 포트이다. USB 아답터의 포트가 DCP이다. 이 경우 일체의 데이터 전송이 없기 때문에 디바이스 enumeration 과정이 없으므로 D+와 D-의 short 여부로 확인한다.

BC 1.1 스펙에 의하면  RDCHG_DAT의 최대 값은 200오옴이다.

즉 고속 충전 아답터의 경우 USB 단자의 D+핀과 D-핀을 short시켜 디바이스(스마트폰 등)에게 이 포트가 DCP 포트이므로 많은 전류를 흘려줄 수 있다는걸 알려주기 때문에 고속 충전이 가능한 것이다.

BC 1.1에 관심이 있으면 링크에 있는 스펙을 참조하면 된다.


https://drive.google.com/open?id=0B6OG5Mxa-ufZX2NRUXlmNzV2Wjg

아이폰/터치팟 아답터 충전회로의 차이점 (Difference between iPhone/iPod Touch charging circuit)

이전 포스트에서 아이폰/아이팟 터치 충전회로에 대해 설명한 적이 있었다.
저항을 4개 사용한 회로를 소개했는데 인터넷을 찾아보면 2개의 저항을 사용한 회로도 있고 실제로 그 회로를 사용해도 충전에 문제가 없다.
그래서 그 차이점을 알아 보았다.

이전 포스트에서 사용했던 저항 4개를 사용한 회로이다. 여기서 R3은 150Kohm, R4는 100Kohm, R1/R2는 둘 다같은 값의 저항(100Kohm을 사용하면 무난)을 사용해주면 된다.

저항을 2개만 사용하는 회로이다. 여기서 R1/R2는 둘 다 같은 값의 저항(50Kohm이나 100Kohm정도)을 사용하면 된다.



위쪽 회로의 경우 D-는 2.5V, D+는 2V가 걸리게 되고 아래쪽 회로의 경우는 D-, D+ 모두 2.5V가 걸리게 된다. 아이폰/아이팟 터치의 충전회로는 D+, D-에 걸리는 전압을 측정해서 얼마만큼의 전류를 사용할 수 있는지 판단한다.
위쪽의 저항을 4개를 사용한 경우에는 750mA의 전류를 사용하고 아래쪽의 저항을 2개만 사용한 경우에는 500mA의 전류를 사용한다.

즉 충분한 전류를 공급할 수 있는 경우 위쪽의 회로를 사용해주면 좀 더 빨리 충전이 되고 그렇지 않은 경우 아래 회로를 사용해도 충전은 되지만 시간이 조금 더 걸리게 된다.

iPhone 3G/iPod Touch 2G charging (일반 아답터로 아이폰3G/아이팟 터치 충전하기)

iPhone 3G와 새로 나온 iPod Touch의 경우 케이블을 컴퓨터의 usb포트에 연결하거나 같이 포함되어 있는 충전기를 사용하지 않으면 충전이 되지 않는다.

원인은 변경된 충전회로 때문이다.

위 사진은 iPhone의 회로인데 빨간색으로 표시 된 칩이 Linear Technology의 LTC 4066 USB Power Controller and Li-Ion Linear Charger이다. 즉 아이폰의 배터리 충전과 사용을 컨트롤하는 칩이다.

여기서 문제는 USB 전원을 사용할 경우가 되는데 USB포트에 500mA의 전류가 공급되는 경우에만 USB 전원을 사용하게 된다. 하지만 USB 케이블을 컴퓨터에 연결하는 것 만으로 컴퓨터가 바로 500mA를 공급해 주는게 아니고 enumeration이라는 과정을 거치며 USB장치(여기서는 아이폰)와 컴퓨터간에 정해진 절차(즉 컴퓨터가 아이폰에게 '너 전류가 얼마나 필요해?'라고 물어보고 아이폰이 500mA라고 알려줘야 그에 맞는 전류를 공급해준다.)를 거친 후에야 컴퓨터가 그 포트에 500mA의 전류를 흘려주게 된다. 이 절차 후에 컴퓨터가 충분한 전류를 공급해 줄 때부터 LTC 4066은 USB 전원을 사용해서 충전을 하게 된다.

그런데 일반 외부 아답터를 사용하는 경우는 처음부터 필요한 전류를 항상 공급해주지만 LTC 4066에 그 사실을 알려주지 않으면 LTC 4066은 USB 포트의 전원을 사용할 수가 없다. 이 사실을 알려주기 위해서는 LTC 4066의 HPRW(pin 13)과 WALL(pin 20) 핀을 1.25v이상으로 풀-업(pull-up) 해주면 된다.

아이폰에서는 이 두 핀이 USB 커넥터의 D+, D-에 연결되어 있다. 즉 USB 케이블의 +(USB커넥터의 1번 핀)에 5V를 공급해주고 D+, D-핀을 1.25v이상으로 풀업 해 주면 아이폰은 USB 포트를 통해 공급되는 전원을 사용해서 충전을 할 수 있게 된다.

즉 아래와 같은 회로를 만들어주면 된다.

다음 포스트에서 실제 제작방법을 볼 수 있다.

(DIY) 아이폰/아이팟 터치 충전회로 제작.