更快的USB-C電源解決方案設(shè)計技巧

便攜式設(shè)備中的 5G 和 4K 顯示屏等高級功能推高了功耗——在許多情況下，由高容量 2S 電池供電的設(shè)備的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 15W。對于這些耗電量大的小工具，USB-C 供電 (PD) 是一個福音，因為它可以實現(xiàn)快速充電，讓這些產(chǎn)品恢復(fù)運行，停機(jī)時間很短（圖 1). 為了方便和標(biāo)準(zhǔn)化，許多以前使用 AC-DC 桶形適配器的應(yīng)用正在遷移到 USB-C PD。然而，對于設(shè)計人員而言，符合 USB-C PD 標(biāo)準(zhǔn)通常需要復(fù)雜的固件開發(fā)和額外的硬件組件?？紤]到引腳之間的距離短且電壓高 (20V)，如果以一定角度插入或斷開連接器，也存在損壞的風(fēng)險。事實上，USB-C 和 USB-C PD 規(guī)范都需要一套獨特的技能，因為為它們設(shè)計并不像為傳統(tǒng) USB 變體設(shè)計那么簡單。

相機(jī)、AR/VR 系統(tǒng)和無線揚聲器等消費類設(shè)備引領(lǐng)了 USB-C 和 USB-C PD 的發(fā)展。在地平線上，工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用正在迅速采用 USB-C 和 USB PD，因為消費者要求在他們的專業(yè)環(huán)境中提供相同級別的便利性。我們還看到了銷售點 (POS) 設(shè)備、工業(yè)掃描儀和吸奶器中使用的 USB-C 標(biāo)準(zhǔn)。鑒于上市時間的壓力，這些產(chǎn)品無法承受較長的開發(fā)周期。在本文中，我們將分享一些技巧來簡化 USB-C PD 設(shè)計的設(shè)計工作。

USB-C 充電系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)

USB-C 和 USB-C PD 使設(shè)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)通用連接器的承諾，提供用于數(shù)據(jù)傳輸和電力傳輸?shù)目赡?24 針連接器的規(guī)范。USB-C 指定 5V 至 3A (15W)，而 USB-C PD 3.0 指定 5V 至 20V 至 5A (100W)。要為 USB-C 設(shè)計充電系統(tǒng)，您需要：

解決信號完整性和速度問題

連接到各種遺留接口

確保您的設(shè)計能夠處理各種電壓和電流，包括使用冷插座啟動（0V 直到端到端檢測完成）

確保插入 USB-C 充電電源時充電器和端口控制器能夠相互通信

滿足消費類設(shè)備等產(chǎn)品不斷縮小的尺寸需求

保持熱效率以最大限度地減少溫升

應(yīng)對這些挑戰(zhàn)通常需要復(fù)雜的主機(jī)端軟件開發(fā)，用于 USB-C 協(xié)商或外部場效應(yīng)晶體管 (FET) 和外部微控制器等額外部件。但是，可以使用充電系統(tǒng)解決方案來幫助最大程度地減少這些挑戰(zhàn)。一個關(guān)鍵特性是遵守協(xié)議，因為這將簡化設(shè)計實施。一些解決方案還設(shè)計有基于事件的操作腳本，使定制過程更加容易。高度集成的電路將消除對太多分立元件的需求。此外，還要考慮有助于在惡劣環(huán)境（例如變化的溫度或潮濕條件）下保持可靠運行的功能。

另一個考慮因素是使用更高容量的電池，耗電的終端設(shè)備需要電池來支持更長的運行時間。從 1S 電池遷移到 2S 電池可在不增加充電電流的情況下增加容量。由于 USB-C 支持 5V 和 20V 之間的輸入電壓，而 2S 或 3S 電池電壓介于兩者之間，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以幫助彌合差距。有關(guān)基于 2S 電池的應(yīng)用程序的框圖，請參見圖 2 。

圖 2：基于 2S 電池的應(yīng)用程序框圖。（來源：美信集成）

開箱即用的 USB-C 合規(guī)性

Maxim Integrated 推出一對新的 USB-C 充電系統(tǒng)解決方案，開箱即用，符合 USB-C PD 3.0 規(guī)范，無需固件開發(fā)，開發(fā)時間最多可縮短三個月。與競爭解決方案相比，它們緊湊的占地面積還將解決方案尺寸縮小了一半。MAX77958 _USB-C 和 USB-C 供電充電控制器負(fù)責(zé)取消固件步驟，這要歸功于其 GUI 驅(qū)動的定制腳本、BC1.2 支持以及與快速角色交換 (FRS)、雙角色端口相關(guān)的配置設(shè)置(DRP) 和 Try.SNK 模式。該獨立設(shè)備無需外部微控制器，提供開箱即用的 USB-C PD 3.0 合規(guī)性，使您無需固件開發(fā)即可為最終應(yīng)用定制操作。該器件還設(shè)計用于通過 28V 額定電壓、V BUS對 CC 引腳的短路保護(hù)、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和濕度檢測/腐蝕防護(hù)等特性來承受惡劣環(huán)境。

MAX77962是一款3.2A USB-C 降壓-升壓充電器，集成 FET，可對大容量 2S 鋰離子電池進(jìn)行快速充電。它為 USB-C PD 充電提供寬輸入電壓范圍（3.5V 至 23V），不需要分立 FET，并且可以配置有或沒有應(yīng)用處理器。在 9V輸入、7.4V輸出、1.5A輸出時的峰值效率為 97% 。

您可以使用MAX77958EVKIT-2S3評估這兩個部件，它展示了 MAX77958 自主控制 MAX77962 充電器及其 I 2 C 主功能。

這兩款設(shè)備都是更廣泛的 USB-C 和 USB-C PD 設(shè)備產(chǎn)品組合的一部分，其中包括高能效充電器和轉(zhuǎn)換器、自主且穩(wěn)健的控制器以及電源路徑和保護(hù) IC。

審核編輯：湯梓紅