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2018年

引入USB PD 3.0,使通过USB Type-C的电池可快充和为一

USb开拓者同盟(UBS-IF)推出的USB供电(USB PD)标准最新3.0版本将引发电源适配器、移动电源和充电器制造商为条记本电脑、平板电脑和手机等新破费类设备开拓新产品的浪潮。经由过程USB Type-C连接器实现的USB PD 3.0可应用最大年夜20伏 / 5安电源,将USB接口的额定功率从7.5瓦前进到最高100瓦。经由过程引入USB PD 3.0,使经由过程USB Type-C的电池可快充和为一体式PC的供电系统成为可能。

跟着USB Type-C接口标准的推出,全新USB PD 3.0标准将获得认可。USB Type-C标准供给了一种新的连接器/插座设计。这种USB-C插头可双向插接,更便于用户应用。比拟于认识的USB Type-A连接器,此USB-C连接器更小,并能够承载hdmi,DisplayPort通信以及USB通信(请拜见图1)。

关键的是,USB-C连接器也可与USB PD 3.0兼容。是以,电源适配器制造商现在可以临盆经由过程一个采纳标准形状和协议的小型双向连接器供给高达100瓦功率的电源或充电器。这意味着,破费者将会很快认识并理解这项技巧,该技巧还使得任何USB-C设备可进行互操作。

这看上去是一个不错的理念。实际上,阐发师同样觉得在2016年至2021年时代,采纳USB-C接口的USB PD设备的关键节制器组件市场将实现89%的年复合增长率。

图1:标准USB-C接口可以替代破费类设备中的多个其他接口

然而,临盆一种单元紧凑、材料资源具有竞争力且具备上述所有优点的功率器件,比系统设计师所想象的更具寻衅性。

首先,我们可以预见 ,USB-C和USB PD标准将确保不合制造商产品之间的互操作性,有助于保持破费者对USB接口作为多种设备充电和供电渠道的信心。实际上,USB标准本身和与UBS并存的标准(例如用于移动设备Quick Charge的Qualcomm®QuickCharge™ 技巧)都必要按期修订和更新,以斟酌新兴用户需乞降新技巧功能。Quick Charge技巧最新版本是4.0版。这意味着自v1.0宣布以来已经进行三次重大年夜改动,而且4.0版本弗成能是着末一次。

与此同时,USB PD 3.0标准本身不仅仅是一个设置用电设备输入电压和电流限定的电源规格,它的感化更多的是关于通信协议,经由过程这些协议,连接的设备可以建立自己的身份,履行功能以及在任何给定场景中作为供电方或用电方必要扮演的角色。该标准还包括可以孕育发生可变输出功率,适用于多种终端设备的可编程电源相关规定。的。

总之,认真设计具有USB PD 3.0功能的USB-C电源适配器或充电器的工程师平日必要:

达到USB PD 3.0规范要求

在设计中供给按期更新范围以斟酌规格变更

供给如可编程电源和支持Quick Charge技巧的抱负功能

分立实现的毛病

一个能够满意上述要求的USB-C PD3.0系统具有必然的功能要求,此中的一些要求将分手经由过程硬件和软件实现。

硬件功能包括:

USB PD电源节制器

电压调节器,从而为电源节制器和其他有源组件供电

一个高压P - Mosfet,根据来自USB PD功率节制器的脉宽调制旌旗灯号向用电设备供电

驱动MOSFET的高压门极驱动器

USB-C标准中规定的设置设置设备摆设摆设通道(CC)上的短路保护。 CC总线用于传送PD协议旌旗灯号。

输入电源总线(VBUS)上的过电流保护

静电放电保护

在软件中,电源适配器必要实现USB-C和USB PD3.0协议并在需要时兼容Quick Charge协议。

经由过程应用多个分立组件,可以实现上述硬件和软件功能:平日经由过程一个微节制器履行系统节制和电源节制功能并运行协议软件,此外还有分立MOSFET、栅极驱动器以及过流、过压和静电放电保护组件。

以这种要领经由过程应用多个分立元件来实现USB-C电源适配器,移动电源或充电用具有以下毛病:

必要很多组件

多个组件在电路板上的占用面积较大年夜,使PCB变得更大年夜、更繁杂和更昂贵

由多个固定功能硬件组件组成的系统不具有机动性,是以加倍难以根据规格或用户要求的变更实现快速更新设计

为简化和低落资源而集成

为了避免孕育发生这些缺陷,赛普拉斯半导体在2017年上半年推出了用于USB-C的CCG3PA高集成电力传输节制器。在CCG3PA中,除了高压电源开关之外,其他硬件功能被集成到一个芯片系统中。 赛普拉斯供给USB-C、USB PD 3.0和Quick Charge 4.0协议栈,且该软件在带有同时读写功能的64kB闪存支持的ARm®Cortex®-M0处置惩罚器内核上运行,是以更便于进行利用固件进级,维持互操作性。 CCG3PA在出厂时已经由过程相符USB PD 3.0标准的认证。该芯片还颠末QuickCharge 4.0、3.0和2.0认证。

如图2所示,CCG3PA具有高集成度,与经由过程应用分立组件实现的功能等效系统比拟,具有组件数量更少、电路板占位面积更小、电路板结构更简单以及材料资源和PCB资源更低的上风。

图2:CCG3PA电源节制器若何实现BoM集成

这些适用于全部产品生命周期的系统级上风十分紧张,但在设计周期中还有一点异常紧张:CCG3PA获得了一套完备周全开拓资本的支持,与应用分立组件的通俗开拓流程比拟,可大年夜幅缩短产品上市光阴。这些资本包括:

用于45W USB-C条记本电源适配器以及最大年夜功率为27W的移动设备充电器的自力参考设计。这两种参考设计均带有包孕电路道理图的文件。

综合周全的CCG3PA评估套件(部件号CY4532),包孕一个USB-C受电或充电端口和一个USB Type-A充电端口。该评估套件可用于为条记本电脑、手机和其他USB设备供电和充电以及并为单或双电池USB-C移动电源充电。

这些参考设计和评估板合营为许多终端产品设计供给了先辈的蓝图,只需进行少量改动就能满意特定的客户需求。

结论

CCG3PA采纳24引脚QFN或16引脚SOIC封装,是一款适用于相符USB PD 3.0 标准的USB-C上的紧凑型系统级芯片,只需添加外部MOSFET和AC-DC转换器即可成为一个相符最新USB供电标准的完备离线电源适配器/充电器。

CCG3PA适配器和充电器综合办理规划供给适用于多个终端设备的可编程电源,并支持Qualcomm Quick Charge充电技巧。与应用分立元件的任何技巧比拟,可节省开拓光阴、BoM资源和空间。