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目前移动终端拥有的5G连接、4K超高清显示等功能,往往是耗电大户面对这些高耗电应用或设备,USB(PD)以高效的充电能力,快速充电可以快速补充终端的电能。然而,对于设计师来说,如果你想使用它,USB PD协议标准不容易,往往需要复杂的固件开发和额外的硬件设计。比如,Type-C端口针脚距离短,电压高(20V),插入或断开连接器的角度不正确,往往会造成损坏。事实上,USB Type-C和USB PD规范要求设计师具备软硬件设计技术和USB规范的深入了解。
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随着摄像头,AR/VR消费电子设备,如无线音箱,逐渐引领USB Type-C和USB PD如何加快产品上市进程,缩短技术开发周期?USB Type-C和USB PD技术广泛应用于工业和医疗领域?AD分享一些简化USB PD设计技巧,帮助你事半功倍。
图1.USB Type-C和USB PD为便携式设备带来快速的数据传输和充电
USB-C充电系统设计挑战分析
USB Type-C和USB PD为数据传输和供电提供对称的24引脚接口规范,使设计师能够设计实现一般接口。USB-C可提供5V/最高3A的充电电流(15W),而USB PD 3.0可提供5V到20V/最高5A供电电流(100W)。要设计USB-C充电系统需要考虑以下挑战:
解决信号完整性和速度问题
连接到各种传统接口
包括支持冷启动(0V,直到端-端检测完成)
确保插入USB-C充电器和端口控制器在供电时可以相互通信
满足消费设备的小尺寸要求
保持热效率,尽量减少温度升高
设计师通常要处理上述挑战USB-C协议开发复杂的主机软件,或增加额外的部件,如外部FET外部微控制器。然而,一些完全遵守协议的充电系统解决方案可以大大简化设计。基于事件操作脚本的其他设计解决方案可以使定制过程更加简单。同时,高度集成IC大量分立元件的使用也的使用。此外,设计师还需要考虑在恶劣环境(如不同温度或潮湿条件)下保持可靠运行的功能。
另一个必须考虑的因素是使用大容量电池,高功耗的终端设备需要这些电池来维持更长的运行时间。与1相比S电池,2S在不增加充电电流的情况下,电池可以增加容量。USB-C支持5V到 20V输入电压之间,2S或3S电池的电压介于两者之间,因此通过降压升压转换器可以弥补这一差距。图2给出了基于2S电池应用示意流程图。
图2.基于2S电池应用示意流程图
开箱即用的USB-C兼容性
AD全新USB-C充电系统解决方案符合要求USB PD 3.0规范,无需进行固件开发,开箱即用,可将开发时间缩短三个月。与同类解决方案相比,其紧凑的体积可以将解决方案的尺寸缩小一半。MAX77958 USB Type-C和USB PD由于其依赖性,充电控制器不需要额外的固件开发GUI定制脚本驱动,BC1.2.协议支持快速角色转换(FRS)、双角色端口(DRP)和Try.SNK与模式相关的配置设置。该独立产品提供开箱即用,无需外部微控制器USB PD 3.0兼容性使用户能够定义终端应用程序的功能,而无需开发固件。该产品还有28个V预防额定电压CC引脚短路到VBUS集成模数转换器短路保护(ADC)湿度检测/防腐等功能适用于各种恶劣的工作环境。
MAX77958可通过其主I2C接口独立控制配套充电器。MAX77961.FET的6A降压-升压充电器可为大容量2S和3S锂电池快速充电。USB PD充电提供AD中国官网宽输入电压范围(3.5V至25V),不需要分立FET,无论是否有外部处理器,都可以配置。输入电压为9VIN、输出电压为7.4VOUT、输出电流为1.5AOUT峰值效率为97%。
有意者可以使用MAX77958EVKIT-2S6#(适配2S电池)或MAX77958EVKIT-3S6#(适配3S对上述两个设备进行评估。这两个设备显示MAX77958如何利用I2C对 MAX控制77961充电器。
上述AD设备属于广义USB Type-C和USB PD设备系列。该系列包括高效充电器和转换器、耐用的自动控制器、电源通道和保护IC可自由选择组合等多种产品。
- 电源管理IC - 稳压器 - 线性 + 切换式
- 逻辑 - 多谐振荡器
- 线性器件 - 放大器 - 仪器、运算放大器、缓
- 数据采集 - 模数转换器(ADC)
- 评估板 - DC-DC 与 AC-DC(离线)SMPS
- 电源管理IC - 电池管理
- 线性器件 - 放大器 - 仪器、运算放大器、缓
- 接口 - 模拟开关,多路复用器,多路分解器
- 电源管理IC - 稳压器 - DC DC 开关稳压器
- 电源管理IC - 稳压器 - 线性
- 电源管理IC - 稳压器 - 线性
- 电源管理IC - 稳压器 - DC DC 开关稳压器
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- 工作温度为 150°C引脚布局一致 FMEA 要求的 40V、2.5A μModule 稳压器 (6.25mm x 6.25mm BGA 封装)
- AD 的2MHz 升压/SEPIC /负输出转换器具有 4A、60V 电源开关和 9μA IQ
- 具I2C 调光控制的 36V、双通道、1.6A 同步降压型 LED 驱动器
- 60V 低 IQ 降压控制器和 4 通道 8A 可配置降压型 DC/DC
- 15dB 增益差分放大器在 100kHz 至 1.4GHz 频率范围内
- 60V、3A Silent Switcher μModule 稳压器 采用 6.25mm x 9mm BGA 封装并符合CISPR 22 Class B要求
- 18V、10A (IOUT)、同步降压型 Silent Switcher 2 在 2MHz 提供 95% 效率且 EMI 辐射超低
- 60V 低 IQ 同步降压控制器可达 2.25MHz 实现高功率密度运行
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