ATtiny85を使用したQualcomm（Quick Charge）QC 2.0 /3.0のハッキング

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このプロジェクトについて

はじめに

多くのUSB電源の家庭用電化製品には、通常の5.0ボルトではなくさまざまな電圧で急速充電するためのQualcomm QC（急速充電）ソリューションが組み込まれています。これにより、より多くの電力または9/12ボルトなどのより高い電圧を必要とするプロジェクトにQC互換のパワーバンクを使用する機会が得られます。

このプロジェクトの目的は、QCプロトコルをハッキングできるデバイスを開発し、愛好家、開発者、エンジニアがパワーバンクを使用して次の電力を必要とするプロジェクトの電圧/電力を増やすことができるようにすることです。

上の画像は、10オーム5ワットの抵抗に電力を供給するQC 2.0互換のパワーバックから出力された5、9、12ボルトを示しています。

ハック*デバイスの開発

デバイス全体には、LM11173.3V電圧レギュレータと制御するATtiny85MCUの2つのアクティブコンポーネントがあります。他のすべての部品は、抵抗器、プッシュスイッチ、コネクタ、ジャンパ、ヘッダー、端子、プロトボードなどです。

デバイスを構築するには、最初のコンポーネントをきちんとしたレイアウトで配置し、次にはんだ付けします。いくつかの0オームの短いリンクは、さまざまな部品を相互接続するために使用されます。

オンボード回路を無効にしてプログラミングを有効にするジャンパーがあります。以来、プログラミングライン（SPI-MOSI、MISO、SCK）は、デバイスの動作中にGPIOとしても機能します。

ISPを使用したATtiny85のプログラミング

ATtiny85をプログラミングする前に、ICベースから取り外してブレッドボードに配置します。 ATtiny85をプログラムするには、ファイル>例> ArduinoISP から「ArduinoISP」をアップロードすることにより、ArduinoUNOボードをISPプログラマーに変換します。 スケッチ。このスケッチはArduinoIDEで利用できます。

ATtiny85のプログラミングには、次の手順が必要です。

• Arduino IDEのATtinyサポートのインストール（David A. Mellisに感謝）

• ISPとしてArduinoUNOを使用したATtiny85のブートローダーの書き込み

• ISPとしてArduinoUNOを使用したコードの開発とアップロード

ATtiny85をプログラムするために次の回路が用意されています：

ISP = システムプログラマー

または、ATtiny85は、周囲のすべてのジャンパーを削除することにより、デバイスを維持するようにプログラムできます。

デバイスの操作

デバイスを使用するには、最初にQC互換のパワーバンク（または充電器）に接続する必要があります。デフォルトでは、QCパワーバンクのUSBの電圧は5.0ボルトになります。

コードをアップロードした後、すべてのジャンパーを接続する必要があります。これにより、MCUはD +/-を介してQCソースと通信できます。

LM1117 3.3 Vレギュレータは電源を入れ、ATtiny85に電力を供給します。このMCUはコードの実行を開始します。 ATtiny85の4つのI / Oピンは、出力HighおよびLowとして使用される分圧抵抗に接続されています。別のI / Oピンは、入力プルアップとして初期化されるスイッチに接続されています。このスイッチは、ユーザー入力を使用してQCソースの電圧を変更します。

ここで、詳細に入る前に、出力がどのように変化するかを知ることが重要です。すべての種類のUSB（USB A、B、C、1.1、2.0、3.0 +）に共通する少なくとも4本のライン/ワイヤーがあります。

これらは：-

• VBUS（デフォルトではVcc + 5V）

• D +

• D-

• グラウンド

通常の充電器/パワーバンクでは、VBUSは固定されています。これは、電力供給が電流によって制限されるため、500 mA、1 A、2 Aでそれぞれ2.5ワット、5ワット、10ワットになります。

しかし、QC電源デバイスには、受電装置（PD）の要求に応じて電圧を上げることができる内部ブーストコンバーターがあります!!!

QC 2.0（3.0も）は、USBのD +とD-を利用してPDと通信します。 PDはD +とD-に電圧信号を送信し、QC充電器はVBUS電圧を変更することでそれに応じて電力を供給します。このCHYデータセットによると、PDからのD + / D-のどの信号ペアがQCにどの電圧出力を提供するかを説明する表があります：

QC 2.0のサポートは、D +とD-の電圧がこの表の4行目の値と同じで、少なくとも1.25秒続くと開始されます。 D +が0.0ボルト（実際には0.325ボルト未満）になると、QCサポートは停止し、出力は5.0ボルトになります。この表に従って電圧を設定することにより、VBUSの出力を変更することができます。

ここで、ATtiny85の4出力は、2つの10k抵抗と2つの2.2k抵抗で構成される2つの分圧器ネットワークに接続され、D + / D-ライン用のこれらの電圧信号を生成します。

たとえば、D +で3.3Vを生成するには、2つのATtiny85出力ピンPB3とPB4に接続されている上部と下部の両方の抵抗をコードからHighにします。

同様に、D-で0.6 Vを生成するために、他の2つのATtiny85出力ピン（PB1とPB3）に接続されている上部抵抗と下部抵抗の両方がそれぞれHighとLowになります。

このようにして、QC 2.0充電器/パワーバンクは電圧変更要求を受け取り、それに応じて変更します。プッシュスイッチは入力プルアップとして構成されており、押されていない間はMCUによってHIGHに読み取られ、コード実行はwhileループで保持され、設定電圧の変更を防ぎます。ユーザーがプッシュスイッチを押すと、ループが中断し、次の電圧が設定されます。次に、コード実行は次のwhileループに入り、現在のVBUS電圧を保持します。

薄暗い（5V）、穏やかな（9V）、明るい（12V）に光るLEDがあり、ユーザーに出力電圧を視覚的に表現します。

考えられるアプリケーション

• 12VLEDストライプの駆動

• 長距離用のRF送信機/受信機への電力供給

• 12Vリレー、モーターなどの駆動

• LM317またはLM2596を使用して、1.25〜10ボルトの電圧を取得します。

• 9VIRリモートドライブ

• ロボットカーパワー

• 20Vでのラップトップ充電

• IoTアプリケーション用のWiFI、LTE、S2Eデバイスなどの最大18ワットのシステム

• リモートシステムのバックアップ電源

• ほとんどのLCD、LEDモニター、プリンター、スキャナー

• 低電力ポータブルPC

他のQCクラスのサポート

QC 2.0クラスB、QC 3.0、およびQC4.0はQC2.0クラスAと下位互換性があるため、このデバイスはすべての最新の充電器およびパワーバンクで動作する可能性があります。ただし、電圧オプションは5.0、9.0、および12.0ボルトになります。他の出力電圧が必要な場合は、CHY 100、101、103のデータシートを読み、それに応じてコードを変更してください。

警告！

• 高 品質 QCパワーバンクまたは充電器 と 短絡保護 を使用する必要があります、外部 負荷は18ワットを超えてはなりません 。これは、によって保証できます。 電力定格ラベルの確認 ロードデバイス。

• 20ボルトの出力は避ける必要があります 11173v3レギュレーターができるので 最大15ボルトを処理 、これはから避ける必要があります MCUコード by 同時に3.3ボルトのD +とD-ラインを許可しないでください 。

• で ケース 20ボルトの出力が必要です （ QC2.0クラスBおよびQC3.0、QC4.0でサポート ）、20ボルト以上を処理できる電圧レギュレーター（3.3 V用に構成されたLM317）を使用する必要があります。そうしないと、レギュレーターとMCUの両方が破壊されます!!!!

• 注意を払う必要があります から 出力電圧の極性、 + veは赤で示され、-veは出力端子の横にある青い細い線で示されます。

• 緩い 接続 で USB 男性-女​​性 結合 必須 be 回避 または 接触抵抗の結果として熱が発生します 電力効率が低下します。

• ISPプログラミング中は、すべてのジャンパーを削除する必要があります MOSI、MISO、SCK、VCC、GND、RESETピンを分離する ボード上の残りの回路から プログラミングへの干渉を避けてください。

• コードの変更 実行してはならない なし QC充電プロトコルを明確に理解しているため、この設計は主に QC 2.0（クラスA）電源を対象としています しかし できます 部分的に 使用済み for より高い QC 標準

• ハック 可能性があります ない 仕事 いくつかのQC充電器/パワーバンク付き

• GPIOスイッチングが必要 で行われる 適切なシーケンス から 終了を避ける の 高電圧モード

注： 上記の点が理解されていない場合は、このプロジェクトを複製しないことをお勧めします by 誰か それ以外の場合 リスク of 火 ハザードまたは 損失 of 機器 可能性があります 発生します！

<コード>マイクロコントローラーを使用せずに手動で電圧を変更することが可能です。 Vcc（3.3V）とGnd（0V）を適切な順序で抵抗に接続することにより、D + / D-テーブルの状態を模倣するために必要なジャンパー線はわずか4本です。結局のところ、mcuを使用することは、そのような単純な遷移にはやり過ぎかもしれないからです。

参照

• https://www.mouser.com/ds/2/328/chiphy_family_datasheet-269468.pdf

• https://en.wikipedia.org/wiki/Quick_Charge

• http://www.ti.com/lit/ug/tidu917/tidu917.pdf

コード

• ATtiny85コード

ATtiny85コード C / C ++

 /// =========================アルゴリズム========================/// / *まず、D +ピンを0.325〜2ボルトの電圧に接続し、D-をフローティングのままにしてから、少なくとも2秒間待ちます。この2秒間に、2つのアクションが発生します。D+とD-の電圧は、1.25秒間で0.325〜2ボルトの電圧に等しくなります。 （最初はD +ピンとD-ピンがCHY100内で相互に接続されているため）次に、D +は0.325〜2ボルトの電圧を維持し、D-電圧はゼロに減少します。 （D +ピンとD-ピンが切断され、CHY100内の抵抗がD-を放電するため）*** CHY100はパワーバンク/充電器内のQC2.0プロトコルインターフェイスチップです........他のQC2.0チップはおそらく同様に、最初にD +を3.0V以上にしてから、D-を0.325〜2ボルトの電圧に接続します。 VBUSは9Vにジャンプします。 D-接続を0.325〜2ボルトの電圧に保ちながら、D +を0.325〜2ボルトの電圧にします。 VBUSは12Vにジャンプします。 （D +とD-の電圧が2Vから0.325Vの間であるため）0.325から2ボルトの間の電圧からD +を切り離します。 QC2.0が電圧変更モードを終了し、VBUSがデフォルト値の5Vになるため、VBUSは5Vにジャンプします。 QC2.0を再度入力する必要がある場合は、最初から開始します）* /// ============重要な注意事項================//// ***ピンをHIGHおよびLOWにするシーケンスが重要です// *** GPIOスイッチングシーケンスが間違っているために遷移中にD +が0.325Vを下回った場合// *** QC 2.0は高電圧モードを終了し、VBUSは5に戻りますボルト// ==============================================/ /＃define PUSH_SWITCH 0＃define Dp_2k2 4＃define Dp_10k 3＃define Dn_2k2 2＃define Dn_10k 1int Press_Detect =0; void setup（）{pinMode（PUSH_SWITCH、INPUT_PULLUP）; // D + 0.6vをGndに保持してQCハンドシェイクを開始Init_QC（）;} void loop（）{//// 5V //// while（digitalRead（PUSH_SWITCH）==1）{} delay（250 ）; //// 9v //// Set_9V（）; while（digitalRead（PUSH_SWITCH）==1）{} delay（250）; //// 12v //// Set_12V（）; while（digitalRead（PUSH_SWITCH）==1）{} delay（250）; // Set_5V（）;} /// **********************関数********************** /// void Init_QC（）{// pinMode（Dn_2k2、INPUT）; // pinMode（Dn_10k、INPUT）; pinMode（Dp_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dp_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dp_2k2、LOW）; digitalWrite（Dp_10k、HIGH）; delay（3000）; //これでQCプロトコルがアクティブになります} void Set_9V（）{pinMode（Dp_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dp_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dp_10k、HIGH）; digitalWrite（Dp_2k2、HIGH）; pinMode（Dn_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dn_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dn_2k2、LOW）; digitalWrite（Dn_10k、HIGH）;} void Set_12V（）{pinMode（Dp_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dp_10k、OUTPUT）; pinMode（Dn_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dn_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dn_2k2、LOW）; digitalWrite（Dn_10k、HIGH）; digitalWrite（Dp_10k、HIGH）; digitalWrite（Dp_2k2、LOW）;} void Set_5V（）{pinMode（Dp_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dp_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dp_10k、HIGH）; digitalWrite（Dp_2k2、LOW）; pinMode（Dn_2k2、OUTPUT）; pinMode（Dn_10k、OUTPUT）; digitalWrite（Dn_2k2、LOW）; digitalWrite（Dn_10k、LOW）;} void Set_20V（）{//電圧レギュレータを変更する!!! //自己責任で行ってください} 

回路図