専門的な内容です。USB Type-C currentの充電回路に関して

今、趣味でUSB充電回路を作ろうかと考えています。
相手はスマホとかタブレットです。スマホ側はType-Cコネクタ（メス）が付いています。
通常は専用充電器が市販されているのでそれを使えばいいのですが、原理原則を知りたくて
自作して遊んでみようと思っています。

スタンドアローンタイプの充電器を考えていますのでケーブルは使用しません。
電源は市販のDC-DC(5V-6A)を使用しています。

USB type-c　プラグ側２４芯コネクタを自作基板に立てて、そこにスマホを置いたらすぐに
充電回路が働いて充電開始する感じです。電話の子機の充電器みたいな感じです。

色々USB type-cの資料をインターネットで読んだのですがいまいちわかりませんでした。
USB type-c PD(power delivery)みたいな複雑な機能はいりません。
単に5Vで充電できればいいです。USB type-c current? PDは次の段階です。

資料を読むと充電器側のコネクタのA5ピンに10Kを接続すれば出来るように書いてありましたが
0.5Aしか充電しませんでした。電源5Vは常時供給しています。
使用したスマホをダイソーの5V3A(500円）をケーブル接続して充電すると1.5Aで充電されます。
電流値はUSBモニターで確認しました。何が違うのか不明です。PDとは書いていませんでした。
３A出ないのはスマホ側で制限しているのではと考えています。

どなたか簡単に最大5V3Aで充電できる回路などを教えて頂ければ助かります。
専用ICなどは極力使用したくないです。

よろしくお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/06 16:43

質問にある通り、0.5Aで制限しているのは、デバイス（スマホ）側ですか、そのための判別用電圧をCC（質問者様がA5ピンと書いているところがCC1）に出してやらないといけません。

10kΩは5Vに接続されているでしょうか？
CCはホスト側5Vプルアップ、デバイス側は0Vにプルダウンされていて、分圧電圧で供給能力判別してます。

PDの説明ですが、PD以外でも電源供給の必要要件が書かれているので、一読下さい。
https://www.marubun.co.jp/technicalsquare/10483/

デバイス側のプルダウン抵抗値は5.1kΩと決まっていて、ホスト側のプルアップ抵抗 Rpの抵抗値を供給電流値によって変えます。
Rp = 10kΩ(3A@5V)
    = 22kΩ(1.5A@5V)
    = 56kΩ(Default@5V)

ですので10kΩを付けていれば、3A供給デバイスとして判別されるはずです。

写真で、雑誌Interface 2017年4月号の特集記事20ページ表1を付けておきます。（記事引用）
ホスト側のプルアップとデバイス側のプルダウンの分圧電圧で供給能力を判別する表です。

他にも、質問者様に役立つ記事があると思いますので、雑誌Interface 2017年4月号の中古本をAmazonなどで買われてもいいと思います。
安く手に入るはずです。

ちょっと気になったのは「電源5Vは常時供給しています。」というところ。

Type-C規格としては、これはダメだったはずです。
Type-Cは、ホスト側とデバイス側のコネクタを同じコネクタとしている関係上、電源の常時供給は許されていなかったはずです。CCの接続判定をしてからでないと、電源供給してはいけない仕様だったと記憶しています。
専用ICなどは必要ないですが、そのあたりの判定関連は実施してから給電開始して下さい。

No.7 回答者： kan3 回答日時： 2024/10/07 00:42

ガンバッテ、考えて作れば良い。

みんなそうして勉強してきた。

No.6 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/07 00:25

まぁ、普通に考えれば「やめておきなさい」という答えになるのですが、自作して遊んでみようという人を止める権利は無いのでね。

USB Type-CってこれまでのUSB用コネクタと決定的に違うのが、ホスト側とデバイス側のコネクタが同じコネクタだってこと。

これによって、誤って（もしくはわざと）電源供給側の機器同士をつないでしまうことも可能になり、Type-Cコネクタを備えた機器は、それでも安全に使用出来るようにするための仕組みをそれぞれが持たなければいけなくなった。

これはホスト側とデバイス側のコネクタが違うコネクタだったこれまでのUSB では考慮する必要の無かった事です。

ただ、充電制御についてはNo.5の方が回答されているような懸念はありませんね。
スマホ内蔵のリチウムイオン電池への充電制御はスマホ側がやっていることであって、充電器側は充電制御なんてしてませんから。

No.5 回答者： amerikaumare 回答日時： 2024/10/06 21:42

一言、「やめておきなさい」です。

　
安物の充電器じゃない限り　専用のICで電流制御（安全対策も含む）しています。これをバラックで組んだらA4の大きさの基板になっちゃいます。PDの機能を入れるとマイコンがないと無理でしょう。

ニッカド電池は　私もパルス充電など　手製の凝った充電器を作ったことが有りますが、リチウムイオンやニッケル水素はとてもじゃないが手製でできないし、リチウムイオンは過充電すると爆発します。　やめた方がいいです。
私も18650を大量に入手したので充電器を自作しようと思いましたが、結局、充電回路は出来合いのを使用して、電池ボックスのみ自作しました。

No.4 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/06 19:10

きっと、Type-Cをユーザーとして使っているだけの人にとって、Type-CのCC端子がどんな機能を果たしているのかなんて興味無いでしょうから、CC端子をどう処理するかに言及していない回答は、あまり気にしなくていいでしょう。

とりあえず、10kΩは付けておられるようですから、それで接続した時の分圧電圧が1.23V以上あるか確認して下さい。

No.3 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/06 19:01

＞ただ、USB Type-Cに統一された現在では、それも単純化されているように思います。

使う側にとっては単純化されたと言えるかもしれませんが、設計する側に要求される知識は以前よりも遥かに複雑化しています。

少なくとも今回の質問のような物を設計する場合、PDに対応しなくても、Type-Cの電源供給判別方法は知っておく必要があります。

売っている機器やケーブルは、その規格に合うように設計されていたり、場合によっては規格を誤魔化すための小細工がされていたりしますので。

No.2 回答者： air_supply 回答日時： 2024/10/06 17:56

リチウムイオンバッテリの充電に関しては、充電器側で制御はしませんので、USB Type-C なら普通に 5V を出力する電源であれば良いのではないでしょうか？

仰る通りリチウムイオンバッテリの場合、バッテリ側が充電電流を制御しています。そうしないと、過充電が起き易くなってしまいます。過充電はリチウムイオンバッテリを発熱させ、時には発煙・発火・爆発と言ったことが起きてしまいます。それで、バッテリ側に厳密な充電管理回路が組み込まれているのが普通です。

スマートフォンでは、普通充電と急速充電があり、それらに対応して充電器側で上限に電流値を決めています。勿論、0.5A で充電したり、1.5A で充電したりするのは、ケーブルの電流容量や端子接続の関係があるでしょう。ただ、USB Type-C に統一された現在では、それも単純化されているように思います。

スマホの急速充電ができない・充電が遅いときの原因と対処方法をご紹介 | スマホスピタル
https://smahospital.jp/column/blogs/185068/

USB Type-C のケーブル規格は種々雑多ですね。

このUSBケーブル、何に使えるんだっけ？見た目で分からない仕様の判別法
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/topic/featur …

と言う訳で、スマートフォンの充電器は、5V が出力できる電源があれば良いと言うことになります。後は、充電される側の制御とケーブル次第です。

USB PDとは？（USB Power Delivery）
https://www.sanwa.co.jp/product/cable/howto/usb_ …

PD に対応している機器は、接続すると Type-C 経由で先ず通信を行い、それで送る電圧を決定します。この通信がない Type-C の場合、充電器は最大 5V 3A の電源容量の供給が可能ですが、実際は充電機器側の必要としする電流を供給します。

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恐らく、ケーブルの電圧降下分を補正する電圧出力調整機能はあった方が良いでしょうけれど ････