基于 ATtiny85 逆向破解 Qualcomm Quick Charge 2.0/3.0 协议实战指南

项目背景

许多移动设备支持高通 Quick Charge (QC) 快充协议，可输出 5V/9V/12V 甚至 20V。本项目旨在开发一个低成本设备，利用 ATtiny85 单片机模拟 QC 协议握手，从 QC 移动电源/充电器获取 9V/12V 高压输出，为需要更高电压的 DIY 项目供电（如 12V LED 灯带、电机、继电器等）。

核心原理

QC 2.0/3.0 利用 USB D+/D- 线传输电压信号协商电压。接收端 (PD) 在 D+/D- 施加特定电压组合，充电器内部升压转换器据此调整 VBUS 输出电压。关键电压对照表（来自 CHY 数据手册）：

ATtiny85 通过 4 个 GPIO 控制两组分压电阻网络 (10k/2.2k) 产生上述电压，一个按键切换档位，LED 指示当前电压档位（微亮 5V、中亮 9V、高亮 12V）。

硬件清单

• ATtiny85 ×1
• LM1117-3.3V 稳压器 ×1 (给 ATtiny85 供电，最高耐压 15V，严禁用于 20V 输出)
• USB-A 公头 ×1 (接 QC 电源)
• 10kΩ 电阻 ×2、2.21kΩ ×1、22.1kΩ ×1、0.05Ω ×10 (采样/分压)
• 按键开关 ×1、LED ×1、排针/跳线若干
• Arduino Uno ×1 (作为 ISP 烧录器)
• QC 2.0/3.0 移动电源或充电器 ×1 (必须具备短路保护，负载 ≤18W)

制作流程

1. 原型板布局焊接，预留跳线帽隔离编程引脚 (MOSI/MISO/SCK/RESET/VCC/GND)。
2. Arduino Uno 烧录 ArduinoISP 例程变身 ISP 烧录器。
3. 安装 ATtiny 核心支持 (David A. Mellis 版)，烧录 Bootloader，再上传应用固件。
4. 或拔下 ATtiny85 上面包板编程，完成后插回电路。

固件逻辑要点

// 关键时序：先拉高 D+ 0.6V 保持 2s+ 进入 QC 模式
// 之后按键每按一次循环：5V → 9V → 12V → 5V ...
// GPIO 切换顺序至关重要，错误顺序会导致 D+ 跌落 <0.325V 退出高压模式
void Init_QC() { /* D+ 输出 0.6V, D- 悬浮, 延时 3s */ }
void Set_9V()  { /* D+ 3.3V, D- 0.6V */ }
void Set_12V() { /* D+ 0.6V, D- 0.6V */ }
void Set_5V()  { /* D+ 0.6V, D- GND */ }

安全警示 ⚠️

• 必须使用带短路保护的优质 QC 电源，负载不超过 18W。
• 严禁输出 20V，LM1117 最高耐压 15V，否则烧毁稳压器和 MCU。如需 20V 必须更换耐压 >20V 的稳压方案 (如 LM317)。
• 注意输出极性（红正蓝负），避免 USB 接触不良发热降效。
• ISP 编程时必须拔除所有跳线帽隔离干扰。
• 不懂 QC 协议请勿修改代码，本设计主要针对 QC 2.0 Class A，高版本兼容性有限。
• 部分 QC 充电器/移动电源可能不兼容此破解方案。

应用场景

• 驱动 12V LED 灯带、电机、继电器
• 配合 LM317/LM2596 获取 1.25-10V 可调电压
• 9V 红外遥控、机器人小车供电、物联网设备备用电源
• 低功耗便携设备、显示器/打印机/扫描仪供电

参考资料

• CHY 系列数据手册 (Mouser)
• Wikipedia: Quick Charge
• TI 应用笔记 TIDU917