加快USB-C電源解決方案設(shè)計的技巧

便攜式設(shè)備中的 5G 和 4K 顯示器等高級功能正在推高功耗——在由大容量 2S 電池供電的設(shè)備中，在許多情況下功耗遠遠超過 15W。對于這些耗電的小工具，USB-C 供電 （PD） 是一個福音，因為它支持快速充電，讓這些產(chǎn)品在很少停機的情況下恢復運行（圖 1）。此外，為了方便和標準化，許多以前使用 AC-DC 桶形適配器的應用正在遷移到 USB-C PD。然而，對于設(shè)計人員而言，符合 USB-C PD 標準通常需要復雜的固件開發(fā)和額外的硬件組件。由于引腳之間的距離短且電壓高（20V），如果連接器以一定角度插入或斷開，肯定會有損壞的機會。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、AR/VR 系統(tǒng)和無線揚聲器等消費設(shè)備正在引領(lǐng) USB-C 和 USB-C PD 的發(fā)展。具有諷刺意味的是，考慮到上市時間的壓力，這些產(chǎn)品無法承受廣泛的開發(fā)周期。即將到來的工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域的應用正處于被廣泛采用的風口浪尖，因為同樣的消費者要求在他們的專業(yè)環(huán)境中獲得同樣水平的便利。我們還看到 USB-C 標準用于銷售點 （POS） 設(shè)備、工業(yè)掃描儀和吸奶器等。在這篇博文中，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，為用于數(shù)據(jù)傳輸和供電的可逆 24 針連接器提供規(guī)范。USB-C 規(guī)定 5V 最高 3A （15W），而 USB-C PD 3.0 規(guī)定 5V 至 20V 最高 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

連接到各種傳統(tǒng)接口

確保您的設(shè)計可以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）1

確保插入 USB-C 充電源時充電器和端口控制器能夠相互通信

滿足消費設(shè)備等產(chǎn)品不斷縮小的尺寸需求

保持熱效率以盡量減少溫升

應對這些挑戰(zhàn)通常需要針對 USB-C 協(xié)商或外部 FET 和外部微控制器等附加部件進行復雜的主機端軟件開發(fā)。但是，有一些充電系統(tǒng)解決方案可以幫助最大限度地減少這些挑戰(zhàn)。一個關(guān)鍵特性是符合協(xié)議，因為這將簡化設(shè)計實現(xiàn)。一些解決方案還設(shè)計有基于事件的操作腳本，使定制過程更容易。高度集成的 IC 將消除對過多分立元件的需求。此外，請務(wù)必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)備需要這些電池來支持更長的運行時間。從 1S 電池遷移到 2S 電池會增加容量而不增加充電電流。由于 USB-C 支持 5V 和 20V 之間的輸入電壓，并且 2S 或 3S 電池電壓介于兩者之間，因此降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以幫助彌合差距。有關(guān)基于 2S 電池的應用的框圖，請參見圖 2 。

圖 1. 基于 2S 電池的應用框圖。

開箱即用的 USB-C 合規(guī)性

Maxim Integrated 推出了一對新的 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，無需進行固件開發(fā)并將開發(fā)時間縮短最多三個月。與競爭解決方案相比，它們緊湊的占地面積還將解決方案的尺寸縮小了一半。MAX77958 _USB-C 和 USB-C Power Delivery 充電控制器負責取消固件步驟，這要歸功于其 GUI 驅(qū)動的自定義腳本、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。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，使您無需開發(fā)固件即可為最終應用定制操作。該器件還旨在通過以下特性承受惡劣環(huán)境：28V 額定電壓、對 CC 引腳的 V BUS短路保護、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和水分檢測/腐蝕防護。

MAX77962是一款 3.2A USB-C 升降壓充電器，集成 FET，用于為大容量 2S 鋰離子電池快速充電。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用處理器。在 9V IN、7.4V OUT、1.5A OUT時，峰值效率為 97% 。

作者：Bakul Damle,Sagar Khare

審核編輯：郭婷