COMO CARREGAR UMA BATERIA DE LÍTIO ÍON PELA PORTA USB

 

 

O USB (abreviatura de Universal Serial Bus) foi lançado no ano de 1996 e desde então se tornou uma das interfaces mais comuns e convenientes para dispositivos eletrônicos. Empresas como Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC e Nortel contribuíram para os desenvolvimentos da tecnologia USB com o objetivo de simplificar a interconexão de dispositivos e periféricos a um computador, bem como permitir uma maior taxa de transferência de dados do que era viável com interfaces anteriores.

 

Tipos de conexões USB

USB tipo- A		O USB tipo-A é o plug USB clássico, como o conhecemos há muito tempo. O plug retangular foi o design original e continua a ser o plug padrão utilizado.
USB tipo- B		O plugue tipo-B original é o plug alto com os cantos superiores inclinados que você tipicamente encontra nas impressoras. Isso foi estendido para o padrão USB 3.0
USB tipo- C		O tipo-C destina-se a substituir ambos e foi projetado para ser pequeno o suficiente para não precisar de mini ou micro variantes. A intenção é que ele irá substituir completamente todos os tipos de USB nos dispositivos host e cliente.

 

 

Uma rede USB típica consiste em um host (qualquer computador ou máquina conectado a uma rede) que geralmente é um PC e periféricos como uma impressora, smartphone ou câmera. Os dados fluem em ambas as direções, mas a energia é unidirecional e sempre flui do host para o dispositivo. O host não pode obter energia de uma fonte externa.

Através da porta USB é possível fazer a transferência de dados (como a de um celular para o computador por exemplo) bem como para carregar dispositivos pessoais, mas com um limite de corrente de acordo com o tipo de porta USB utilizada.

 

Características dos plugues USB

Os plugues USB padrão A e B, conforme ilustrado na figura abaixo, apresentam na sua estrutura quatro pinos e uma blindagem.

 O pino 1 fornece + 5 VCC (fio vermelho) e o pino 4 forma o aterramento (fio preto) que também se conecta à blindagem. Já os dois pinos mais curtos, relativos aos pinos 2 e 3, são marcados com D- (fio branco) e D + (fio verde) e são responsáveis pelas transferências de dados.

 

 

Configuração dos pinos dos conectores USB padrão A e B, vistos da extremidade correspondente dos plugues

 

Mini-A, Mini-B, Micro-A e Micro-B

Além das configurações padrão tipo A e tipo B com 4 pinos, há também o USB Mini-A, Mini-B, Micro-A e Micro-B que incluem um pino de identificação para permitir a detecção de qual extremidade do cabo está conectada O pino 1 externo é positivo e o pino 5 é negativo. Os cabos USB geralmente são do tipo A padrão em uma extremidade e do tipo B, Mini-B ou Micro-B na outra.

 

 

Pino	Nome	Cor	Descrição
1	VCC	Vermelho	+5 VDC
2	D-	Branco	Dados (-)
3	D+	Verde	Dados (+)
4	ID	N/A	USB OTG ID
5	GND	Preto	Terra

 

Corrente de saída das portas USB 1.0 e USB 2.0

Nas versões USB 1.0 e 2.0 temos o equivalente a 5V de tensão e 500mA de corrente de saída, já para o USB na versão 3.0 este valor de corrente de saída equivale a 900mA.

 

Mas será que é possível carregar uma célula de litio íon pela saída USB de um host?

A resposta é sim, a saída USB pode ser utilizada para carregar uma célula de lítio íon. No entanto, existe o perigo de sobrecarregar um hub USB ao conectar muitos dispositivos.

Isso se deve pelo fato que ao carregarmos um dispositivo que consome 500mA conectado junto com outras cargas excederá o limite de corrente da porta USB, levando a uma queda de tensão e uma possível falha do sistema.

Para evitar a sobrecarga, alguns hosts incluem circuitos limitadores de corrente que desligam a alimentação quando estão em excesso.

 

A porta USB original pode carregar apenas uma pequena bateria de lítio íon de uma célula. O carregamento de um pack de 3,6 V começa aplicando uma corrente constante a um pico de voltagem de 4,20 V por célula, ponto no qual a voltagem atinge o pico e a corrente começa a diminuir.  

 

Devido à queda de tensão no cabo e nos conectores, que é de cerca de 350mV, bem como perdas no circuito de carga, a alimentação de 5V pode não ser alta o suficiente para carregar totalmente a bateria. A bateria carregará apenas cerca de 70% do estado de carga (SOC) e fornecerá um tempo de execução ligeiramente mais curto do que com uma carga totalmente saturada. A vantagem: a bateria de lítio íon durará mais tempo se não estiver totalmente carregada.

 

O USB 2.0 com uma corrente de 500mA tem limitações ao carregar uma bateria maior de smartphone ou tablet. Manter o smartphone funcionando em uma tela brilhante durante a carga pode resultar em uma descarga total da bateria, pois o USB não pode atender a ambos.

A conexão de uma unidade de disco de alta velocidade requer mais de 500 mA e isso pode criar um problema de energia com a porta USB original.

 

Corrente de saída das portas USB 3.0                                             

O padrão USB 3.0, também chamado de USB SuperSpeed, foi lançado em 2008 e possui taxa de transferência de até 5 Gbps e um fornecimento de energia 80% maior (Em torno de 900mA) em relação aos modelos anteriores. Ele é ideal para gadgets de alta performance, como pendrives e HDs mais velozes.

Outra mudança é a utilização de nove pinos, em vez dos quatro nas outras versões, proporcionando melhor controle no gerenciamento de energia e fluxo de dados. O padrão 3.0, que pode ser diferenciado dos outros pela cor azul, ainda é menos utilizado que o 2.0. Atualmente, muitos fabricantes oferecem soluções híbridas em seus dispositivos.

 

DCP

Com a necessidade de mais energia, o USB Implementers Forum lançou a Especificação de Carregamento de Bateria em 2007, que permite uma maneira mais rápida de carregar um host USB. Isso levou à porta do carregador dedicado (DCP) servindo como um carregador USB, fornecendo correntes de 1.500 mA ou mais conectando o DCP a uma tomada CA ou a um veículo.

Para ativar o DCP, os pinos D- e D + são conectados internamente por um resistor de 200 ohms ou menos. Isso distingue o DCP das portas USB originais que transportam dados. Alguns produtos Apple limitam a corrente de carga conectando diferentes valores de resistor aos pinos D + e D-.

 

Para suportar o carregamento e a comunicação de dados ao usar o DCP, é oferecido um cabo em forma de Y que se conecta à porta USB original para streaming de dados e à porta DCP para satisfazer as necessidades de carregamento. Isso parece uma solução lógica, mas a especificação de conformidade USB afirma que "o uso de um cabo Y é proibido em qualquer periférico USB", o que significa que "se um periférico USB requer mais energia do que o permitido pela especificação USB para a qual foi projetado, então deve ser autoalimentado. ” Os cabos Y e os chamados adaptadores de carregamento de acessórios (ACA) estão sendo usados sem dificuldades aparentes.

 

A pergunta é: “Posso causar danos ao conectar meu dispositivo a um carregador USB que fornece mais corrente do que 500mA e 900mA? ” A resposta é não. Uma analogia é conectar uma lâmpada ou torradeira em um plugue CA na parede. A lâmpada requer pouca corrente enquanto a torradeira vai ao máximo. Mais energia do carregador USB reduzirá o tempo de carregamento.

 

Carregar no modo dormir

Na maioria dos casos, desligar o computador também desliga o USB. Alguns PCs apresentam a porta USB sleep-and-charge que permanece ligada e pode ser usada para carregar dispositivos eletrônicos quando o computador está desligado.

Essas portas USB podem ser coloridas em vermelho ou amarelo, mas não existe um padrão. A Dell adiciona um ícone de raio e o chama de “PowerShare”, enquanto a Toshiba usa o termo “USB Sleep-and-Charge”. As portas USB sleep-and-charge também podem ser marcadas com a sigla USB em vez de uma bateria.

 

USB 3.1 - Conector Tipo C

O novo conector tipo C descrito posteriormente possui 24 pinos e funciona no padrão USB 3.1.

 

Como a maioria das outras tecnologias de sucesso, o USB gerou várias versões de conectores e cabos ao longo dos anos. Os carregadores USB nem sempre funcionam como anunciado e os tempos de carregamento são lentos.

As empresas que supervisionam os padrões USB estão cientes das deficiências e lançaram o conector e cabo tipo C com base no padrão USB 3.1.

Em vez de usar quatro pinos como no clássico tipo A e tipo B, o conector tipo C tem 24 pinos e é reversível, o que significa que pode ser conectado de qualquer maneira. Ele suporta 900mA e, sob comando, fornece 1,5A e 3,0A em um barramento de força de 5V durante o streaming de dados. Isso resulta em um consumo de energia de 7,5 e 15 watts, respectivamente, em oposição aos 2,5W usando o USB original (corrente x tensão = potência). O tipo C pode ir até 5A a 12V ou 20V, fornecendo 60W e 100W respectivamente.

 

A Figura abaixo demonstra a pinagem do conector USB tipo C.

 

 

Os lados A e B são imagens espelhadas. Alguns pinos são conectados em paralelo para obter maior potência e conexões mais confiáveis.

Novos dispositivos vêm com o conector USB-C e USB 3.1, mas os consumidores imploram por duas ou três portas USB 3.0 regulares em seus aparelhos para suportar o que funcionava tão bem no passado.

O USB 3.1 é compatível com as versões anteriores de USB 2.0 e USB 3.0 e os conectores clássicos tipo A e tipo B.

Durante a transição para o tipo C, os adaptadores estão disponíveis para conversão, mas espere velocidades de transferência de dados mais baixas com adaptadores do que o USB 3.1 oferece.

Com a disponibilidade de correntes e tensões mais altas no sistema Tipo-C em comparação com os conectores A e B padrão, podem ocorrer danos a um dispositivo ao dar um comando digital errado. Os comandos podem vir de um dispositivo ou adaptador solicitando demandas de energia modificadas. É aconselhável usar apenas marcas compatíveis ou confiáveis ao fazer experiências com tensões e correntes mais altas em conectores USB.