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加速您的USB电源交付电池充电器设计方案

来源:analog 发布时间:2023-07-26

摘要: 便携式设备中的5G和4K显示器等先进功能正在推动功耗上升——在许多情况下,由高容量2S电池供电的设备的功耗远远超过15w。

便携式设备中的5G和4K显示器等先进功能正在推动功耗上升——在许多情况下,由高容量2S电池供电的设备的功耗远远超过15w。对于这些耗电的设备来说,USB供电(PD)是一个福音,因为它可以快速充电,使这些产品在很少的停机时间内恢复运行(图1)。此外,许多以前使用交直流桶形适配器的应用正在迁移到USB PD,以方便和标准化。然而,对于设计人员来说,符合USB PD标准通常需要复杂的固件开发和额外的硬件组件。由于Type-C端口上引脚之间的距离短,电压高(20 V),如果以一定角度插入或断开连接器,肯定有损坏的机会。事实上,USB Type-C和USB PD规格都需要硬件和软件设计专业知识以及USB规格的高级知识。

像相机、AR/VR系统和无线扬声器这样的消费设备正在转向USB Type-C和USB PD充电。具有讽刺意味的是,考虑到上市时间的压力,这些产品无法承受漫长的开发周期。在不久的将来,工业和医疗等领域的应用正处于更广泛采用的风口浪尖,因为同样的消费者在他们的专业环境中要求同样水平的便利。我们还看到USB Type-C标准用于销售点(POS)设备、工业扫描仪和吸奶器等设备。在本文中,我们将分享一些技巧来简化USB PD设计的设计工作。


图1所示、USB Type-C和USB PD为便携式设备带来了快速数据传输和充电的便利。

USB-C充电系统的设计挑战

USB Type-C和USB PD使设计人员能够实现通用连接器的承诺,提供用于数据传输和供电的可逆24针连接器的规格。USB- c指定5 V至3 A (15 W),而USB PD 3.0指定5 V至20 V至5 A (100 W)。要设计USB- c充电系统,您需要:

  • 解决信号完整性和速度问题

  • 连接到各种遗留接口

  • 确保您的设计能够处理大范围的电压和电流,包括使用冷插座启动(0 V,直到端到端检测完成)(1)

  • 确保在插入USB-C充电源时,充电器和端口控制器能够相互通信

  • 满足消费设备等产品不断缩小的尺寸需求

  • 保持热效率,尽量减少温升

应对这些挑战通常需要复杂的主机端软件开发,用于USB-C协商或其他部件,如外部场效应管和外部微控制器。然而,有一些收费系统解决方案可以帮助最大限度地减少这些挑战。一个关键特性是遵守协议,因为这将简化设计实现。一些解决方案还设计了基于事件的操作脚本,使定制过程更容易。高度集成的集成电路将消除对太多分立元件的需求。此外,一定要考虑有助于在恶劣环境(例如,变化的温度或潮湿的条件)中保持可靠运行的功能。

另一个需要考虑的问题是使用更大容量的电池,耗电的终端设备需要更长的运行时间。从1S电池迁移到2S电池可以在不增加充电电流的情况下增加容量。由于USB-C支持5v和20v之间的输入电压,而2S或3S电池电压介于两者之间,因此buck-boost转换器可以帮助弥合差距。基于2S电池的应用框图见图2。


图2、基于2S电池的应用框图。

开箱即用的USB-C兼容性

设备有几种USB- c充电系统解决方案,提供开箱即用的USB PD 3.0规范,消除了固件开发,并将开发时间缩短了三个月。与竞争对手的解决方案相比,它们紧凑的占地面积也将解决方案的大小减少了一半。MAX77958 USB Type-C和USB PD充电控制器负责消除固件步骤,这要归功于其gui驱动的自定义脚本,BC1.2支持以及与快速角色交换(FRS),双角色端口(DRP)和Try相关的配置设置。SNK模式。独立设备消除了外部微控制器,提供了开箱即用的USB PD 3.0兼容性,并使您能够自定义操作,而无需固件开发的最终应用程序。该器件还设计为能够承受恶劣环境,包括28 V额定值、CC引脚的V(BUS)短保护、集成数字转换器(ADC)和湿度检测/防腐。

MAX77958可以通过其主I(2)C接口自主控制配套充电器。MAX77961是一款6 a buck-boost充电器,集成了fet,用于高容量2S和3S锂离子电池的快速充电。它为USB PD充电提供宽输入电压范围(3.5 V至25 V),不需要分立场效应管,并且可以配置有或没有应用处理器。在9v (IN), 7.4 V(OUT), 1.5 A(OUT)时,峰值效率为97%。

您可以使用MAX77958EVKIT-2S6#(配置于2S电池)或MAX77958EVKIT-3S6#(配置于3S电池)来评估这两个部件,这表明MAX77958可以通过其I(2)C主功能自主控制MAX77961充电器。您还可以考虑MAXREFDES179#,它可以轻松评估USB-C PD控制器,buck-boost充电器,具有集成保护的燃油表和2S到1s的开关电容转换器,允许使用2S电池进行1s等效的下游电源管理。

这些设备是更广泛的USB Type-C和USB PD设备产品组合的一部分,包括节能充电器和转换器,自主和强大的控制器,以及电源路径和保护ic。

参考电路

(1)佩里曹。简化移动USB-C设计> Devices, Inc., 2014。

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