11、USB电源管理与充电协议：USB供电标准（BC 1.2、PD、QC）、Android端充电状态检测（BatteryManager）、USB PD协商流程、OTG供电控制（GPIO与PMIC）
说到USB供电，很多做上层应用的同学可能觉得就是个“插电充电”的事。但做过底层你就会知道，这里面的水其实挺深的。我当年第一次调试快充协议时，就被BC 1.2和PD的握手时序折腾了好几个通宵。今天咱们就把这块彻底捋清楚。
11.1 USB供电标准：BC 1.2、PD、QC
先说说这三个最常见的标准。它们解决的核心问题其实都一样：如何让充电器与设备之间“商量”好，到底给多大电流。
11.1.1 BC 1.2（Battery Charging 1.2）
BC 1.2是最基础的协议，说白了就是靠D+和D-两根数据线上的电压来“报暗号”。
- 标准下行端口（SDP）：D+/D-都是0V，最大只能给500mA。电脑上的普通USB口就是这种。
- 充电下行端口（CDP）：D+/D-短接，最大1.5A。支持数据传输的同时还能快充。
- 专用充电端口（DCP）：D+/D-短接，最大1.5A。但不能传数据，就是纯充电口。
核心要点：BC 1.2的检测过程是硬件自动完成的。Android内核里有个叫 charger 的驱动模块，它会读取USB PHY寄存器里的D+/D-状态，然后上报给上层。
我记得有一次，客户反馈说手机插上充电器不识别。查了半天，发现是D+引脚虚焊，导致硬件一直误判成SDP模式。嗯，这种问题用示波器看波形最直接。
11.1.2 USB PD（Power Delivery）
PD协议就高级多了。它通过CC（Configuration Channel）线来通信，可以协商出最高240W的功率（48V/5A）。PD 3.0还加入了PPS（可编程电源），能精细调节电压。
PD的协商过程我后面会详细讲。这里先记住一个关键点：PD需要一颗专门的芯片（比如TI的TPS6598x）或者集成在Type-C控制器里。不是随便一个MCU就能跑的。
11.1.3 QC（Quick Charge）
QC是高通的私有协议，目前主流是QC 3.0/4+。QC 2.0靠D+/D-电压组合来“讨价还价”，QC 3.0则支持以200mV为步进连续调压。
QC 4+其实已经兼容了USB PD，所以现在很多新手机都直接走PD了。但老设备上QC还是很常见的。
| 协议 | 通信方式 | 最大功率 | 典型场景 |
|---|---|---|---|
| BC 1.2 | D+/D-电压 | 7.5W (5V/1.5A) | 老旧设备、电脑USB口 |
| USB PD 3.0 | CC线 BMC编码 | 240W (48V/5A) | 笔记本、旗舰手机 |
| QC 3.0 | D+/D- 连续调压 | 36W (12V/3A) | 高通平台中端机 |
11.2 Android端充电状态检测（BatteryManager）
上层App怎么知道当前在不在充电？充得快不快？答案就是 BatteryManager。
这个类其实是个系统服务，它通过监听 Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED 广播来获取实时状态。我建议你直接用 registerReceiver 注册一个动态广播接收器，别用静态注册——因为电池变化太频繁了，静态注册容易漏消息。
// 获取电池状态
IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
Intent batteryStatus = context.registerReceiver(null, filter);
// 是否在充电
int status = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS, -1);
boolean isCharging = status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_CHARGING
|| status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL;
// 充电方式
int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
boolean usbCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB;
boolean acCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC;
boolean wirelessCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_WIRELESS;
// 当前电量（百分比）
int level = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_LEVEL, -1);
int scale = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_SCALE, -1);
float batteryPct = level / (float) scale;
避坑指南：EXTRA_PLUGGED 只能区分USB、AC和无线。它不能告诉你当前是PD快充还是QC快充。要获取更详细的充电协议信息，你得读 /sys/class/power_supply/usb/ 下的节点。比如 usb_type 文件里会写 "PD"、"QC" 或 "SDP"。
我曾经在调试一个充电App时，发现用 BatteryManager 读到的电压永远是5V。后来才明白，它报告的是电池端的电压，不是充电器输出的电压。想拿到真实的VBUS电压？得去读 /sys/class/power_supply/usb/voltage_now。
11.3 USB PD协商流程
PD协商，说白了就是充电器和设备之间的一场“商务谈判”。整个过程分三步：
- 发现对方：设备插上后，CC线上会有上拉/下拉电阻，双方检测到后就建立物理连接。
- 能力声明：充电器通过
Source_Capabilities消息告诉设备：“我能提供5V/3A、9V/3A、15V/2A这些档位”。 - 请求与确认：设备从中选一个，发
Request消息。充电器同意后回Accept，然后切换电压。
这里有个细节：PD协商是双向的。手机也可以作为电源给别的设备充电（比如反向充电）。这时候手机就变成了 Source，外设是 Sink。
注意：PD协商过程中，如果CC线断了或者接触不良，协议会回退到默认的5V/500mA。这就是为什么有些Type-C线质量差，插上去只能慢充。我建议你在产品中加一个 PD协商超时重试 机制，避免一次失败就永久降级。
在Android内核里，PD协议栈通常跑在 drivers/usb/typec/tcpm/ 目录下。核心文件是 tcpm.c，它实现了状态机。你可以通过 /sys/class/typec/ 下的节点来观察协商状态。
11.4 OTG供电控制（GPIO与PMIC）
OTG（On-The-Go）就是让手机能当主机用，比如插U盘、接鼠标。但这里有个供电问题：U盘需要5V供电，手机电池怎么给它供？
答案是通过PMIC（电源管理芯片）里的一个升压电路（Boost Converter），把电池的3.7V升到5V，然后从VBUS输出。
控制这个升压电路的开关，通常有两种方式：
- GPIO直控：系统里有一个GPIO连接到PMIC的
OTG_EN引脚。拉高就开启5V输出，拉低就关闭。 - PMIC寄存器控制：通过I2C读写PMIC的某个寄存器位来使能OTG。比如高通PM8998的
OTG_EN_BIT在寄存器0x1041里。
在Android内核里，OTG的使能逻辑通常在 drivers/usb/dwc3/ 或者 drivers/usb/gadget/ 里。当检测到OTG ID引脚被拉低（比如插了OTG线），内核就会调用PMIC驱动来开启5V输出。
// 伪代码：GPIO控制OTG供电
static int otg_power_on(struct device *dev) {
struct gpio_desc *otg_en_gpio;
// 获取GPIO
otg_en_gpio = gpiod_get(dev, "otg-en", GPIOD_OUT_LOW);
if (IS_ERR(otg_en_gpio))
return PTR_ERR(otg_en_gpio);
// 拉高，开启5V输出
gpiod_set_value(otg_en_gpio, 1);
msleep(10); // 等待升压稳定
return 0;
}
static int otg_power_off(struct device *dev) {
struct gpio_desc *otg_en_gpio;
otg_en_gpio = gpiod_get(dev, "otg-en", GPIOD_OUT_LOW);
if (IS_ERR(otg_en_gpio))
return PTR_ERR(otg_en_gpio);
// 拉低，关闭5V输出
gpiod_set_value(otg_en_gpio, 0);
return 0;
}
关键提醒：OTG供电不是开了就完事了。你得监控VBUS上的电流，如果超过500mA（或者你的设计上限），要立刻关断OTG，否则PMIC会过热甚至烧毁。我见过一个案例，就是因为接了功耗过大的USB风扇，没做限流保护，结果PMIC直接冒烟了。
另外，OTG模式下电池耗电很快。我建议你在驱动里加一个 低电量自动关闭OTG 的逻辑。比如电量低于10%时，强制关掉5V输出，优先保证手机自身能开机。
好了，这一章的内容就到这里。USB电源管理这块，说白了就是“协议握手”加“硬件控制”的组合拳。你只要把BC 1.2/PD/QC的检测逻辑搞懂，再把BatteryManager和sysfs节点用熟，大部分充电相关的问题都能搞定。OTG供电控制虽然看起来简单，但坑不少，尤其是限流和低电量保护，千万别省。