自制QC2.0诱骗器

2018年10月04日约 2260 字

实际上，安卓手机的快充头就是一个可以更改副边反馈比的可调压开关电源。拥有一个快充头，对我们来说，就是拥有了一个可以调整输出电压的电源。我们只需要模拟手机与快充头进行握手，就可以激活高电压快充协议，进而将快充头变成一个DC电源。

快充协议的握手部分在副边部分，当快充头和手机握手成功时，副边的快充控制芯片就会调整反馈给原边的反馈比，使原边的开关电源占空比升高，进而提高副边的输出电压。对于QC2.0来说，我们总共可以得到5V、9V、12V和20V四挡电压，但是一般的充电头都只支持前三档电压。对于QC3.0来说，我们可以获得3.6V-20V的可调电压，以0.2V为步进。一般的手机充电头能做到4V-12V的可调范围。这一次为了简单起见，我们先尝试制作QC2.0的快充诱骗器。

废话不多说，要激活快充协议，我们首先要知道快充协议握手的过程。好在，QC2.0的握手协议并不复杂，大致可以分为以下几个步骤。

QC快充头在默认情况下，充电器内部的mos管短接D-和D+并输出5V电压。这样，对于普通的手机或者不支持QC快充协议的手机，识别到此充电器是支持DCP(BC1.2)协议的充电头，对于安卓手机来说激活5V1.5A充电，iPhone激活5V1A充电。
设备端（也就是我们的诱骗器）在D+上输出0.6V电压，此时由于充电头内部mos管导通，D-上也会出现0.6V的电压。维持D+上的0.6V超过1.25秒以后，充电头内部mos断开，D-电压变为0V，此时可以向D-加载电压。
在检测到D-电压变为0V以后，设备即可确定充电头支持QC协议。此时设备端通过设置D+、D-的电压值，即可向充电头申请对应档位的电压。具体的对应值如下：
只需要将D+、D-两引脚均断开，即可关闭快充模式，快充头重新回到DCP模式，输出5V。

档位	5V	9V	12V	20V
D+电压	0.6V	3.3V	0.6V	3.3V
D-电压	0V	0.6V	0.6V	3.3V

通过上面的操作，相信大家已经了解到了如何握手QC2.0协议了。接下来我们考虑一下，如何使用单片机去模拟这个握手过程。最大的问题就是如何产生0.6V与3.3V的电压。我们首先想到的是DAC。但是如此小的一个制作，我们根本不需要也没必要去使用昂贵的带DAC的单片机。那么，我们的思路就限定在了使用普通单片机的普通IO口上。3.3V电压直接使用3.3V供电的单片机输出高电平即可，而0.6V也可以通过电阻分压3.3V得到。于是，我设计了如下这样的电路，电路中，D+PU、D+、D-PU、D-PD四个网络连接到了3.3V单片机的普通IO上。

https://img.yuanze.wang/posts/qc2-0-adapter/sch.png — 诱骗器原理图

乍一看可能有点懵，我们慢慢分析。根据上面的表格，我们若不考虑充电头给我们的反馈和20V电压档位，我们总共需要

D+输出0.6V（握手、5V档位与12V档位）
D+输出3.3V（9V档位）
D-输出0.6V（9V档位、12V档位）
D-断开连接（握手与5V档位）

四种状态。因此，每一根数据线只需要完成两种电平状态的切换即可。因此，对应上面四个状态，我们总共也有四种输出模式：

D+PU输出3.3V，D+高阻，在D+上即可得到0.6V电压
D+PU高阻，D+输出3.3V，在D+上即可得到3.3V电压
D-PU输出3.3V，D-PD输出0V（均为推挽输出），在D-上即可得到0.6V电压
D-PU、D-PD均高阻，即可使D-断开连接

这样，我们就用4个IO口实现了握手和三个档位的切换。使用一个8脚STC单片机，即可完成这项工作，剩下两个IO口分别连接一个LED和一个按键。设计中使用HT7533，这是一款最高支持24V输入的高压LDO，对于这种只有十几ma的小单片机来说绰绰有余。注意单片机一定要选STC15W104而不能选STC15F104E，因为后者不能工作在3.3V下。电路设计完了，接下来就是程序了。程序无非就是对IO口的操作，操作IO口的部分代码如下:

//配置IO口为推挽
#define IO_PP_CONF(IO,PIN) do { \
    IO##M0|=(1<<PIN);\
    IO##M1&=~(1<<PIN);\
    }while(0)\
//配置IO口为高阻
#define IO_HR_CONF(IO,PIN) do { \
    IO##M0&=~(1<<PIN);\
    IO##M1|=(1<<PIN);\
    }while(0)\
#define IO_OUT_HIGH(IO,PIN) IO|=(1<<PIN)
#define IO_OUT_LOW(IO,PIN) IO&=~(1<<PIN)

//配置IO口为推挽
void USBDP_HIGH(void) { //USBD+输出3.3V
  IO_OUT_HIGH(P3,USBDP);//USBDP先输出高
  IO_PP_CONF(P3,USBDP);//推挽输出
  IO_HR_CONF(P3,USBDP_PU);//USBDP_PU为高阻
}
void USBDP_LOW(void) { //USBD+输出0.6V
  IO_HR_CONF(P3,USBDP);//USBDP为高阻
  IO_OUT_HIGH(P3,USBDP_PU);
  IO_PP_CONF(P3,USBDP_PU);//USBDP_PU推挽输出
}
void USBDM_LOW(void) { //USBD-输出0.6V
  IO_OUT_HIGH(P3,USBDM_PU);
  IO_OUT_LOW(P3,USBDM_PD);
  IO_PP_CONF(P3,USBDM_PU);//USBDM_PU推挽输出
  IO_PP_CONF(P3,USBDM_PD);//USBDM_PD推挽输出
}
void USBDM_DISCONN(void) { //USBD-断开
  IO_HR_CONF(P3,USBDM_PD);//USBDM为高阻
  IO_HR_CONF(P3,USBDM_PU);//USBDM_PU为高阻
}