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。

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。

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。