為鋰電池供電設(shè)備提供USB Type-C? 端口芯片方案

1.前言

目前具有 USB 供電 (PD) 功能的 USB Type-C® 端口正在成為為單節(jié)和多節(jié)電池供電設(shè)備充電的標(biāo)準(zhǔn)端口。

無線揚聲器、移動電源和電動工具等應(yīng)用已經(jīng)從專有充電端口、傳統(tǒng) USB 端口和桶形插孔端口過渡到標(biāo)準(zhǔn)化 USB PD 端口。

USB PD 為快速方便的充電提供了一種通用的替代方案，用戶無需隨身攜帶多個適配器或電纜——幫助設(shè)計工程師創(chuàng)建更小的應(yīng)用程序，充電速度更快，組件更少。

隨著這些應(yīng)用功能變得更加豐富、緊湊和耗電，有必要以更小的解決方案尺寸提供更多的功率。同時，消費者開始期待在他們的新設(shè)備上使用 USB Type-C。但是，對于產(chǎn)品開發(fā)人員來說，實現(xiàn) USB PD 端口歷來頗具挑戰(zhàn)性。

2.簡化設(shè)計方案

在過去，添加 USB PD 端口需要非常深入地了解 USB 規(guī)范以及大量的固件和硬件開發(fā)工作。幾個不同的組件需要協(xié)同工作以促進(jìn) USB PD 支持。

為充電應(yīng)用完成 USB PD 端口所需的兩個主要集成電路 (IC) 是 USB PD 控制器 IC 和電池充電器 IC。這些 IC 通常彼此獨立運行，并且無法在沒有外部微控制器 (MCU) 大量參與的情況下在系統(tǒng)中工作。

此限制還需要 MCU 固件開發(fā)，以便將 USB PD 端口上發(fā)生的事件傳達(dá)給電池充電器 IC。例如，一旦 USB PD 控制器 IC 在 USB Type-C 端口（或新的電源合同）上協(xié)商新的電壓和電流，微控制器需要從 USB PD 控制器讀回此信息，然后更新電池充電器的充電電流和充電電壓基于連接到 USB PD 端口的內(nèi)容。此外，從 USB PD 端口為外部設(shè)備供電需要 USB PD 控制器、MCU 和電池充電器之間的額外通信。

將 MCU 編程為 USB PD 控制器和電池充電器之間的接口通常不是添加 USB PD 時所需的唯一固件開發(fā)。典型的 PD 控制器 IC 需要某種形式的固件開發(fā)來配置 PD 控制器行為本身，例如一起編譯一些代碼或腳本功能。必須配置 USB PD 控制器，以確保 PD 控制器上的設(shè)置滿足您的系統(tǒng)要求，包括系統(tǒng)可以吸收哪些電壓和電流以及可以提供哪些電壓和電流。

3.使用 TI 控制器和充電器進(jìn)行設(shè)計

為了幫助簡化用于高達(dá) 45 W 的電池供電應(yīng)用的 USB PD 端口的設(shè)計，TPS25750 USB PD 控制器增加了 I 2 C 主機支持，以直接控制 BQ25792 電池充電器，而無需外部 MCU 的任何干預(yù)。TPS25750 USB PD 控制器將根據(jù) USB PD 端口上的功率協(xié)商，通過 I 2 C自動更新 BQ25792 的充電參數(shù)。因此，現(xiàn)在不需要外部 MCU，您無需開發(fā)固件即可為電池供電應(yīng)用添加 USB PD 端口。

使用 TPS25750 的基于 Web 的圖形用戶界面 (GUI) 配置 USB PD 端口行為需要回答幾個關(guān)于您的 USB PD 端口需要支持什么的多項選擇題——不需要復(fù)雜的腳本、代碼編譯或固件開發(fā)。這不僅降低了材料清單成本；它允許您在不具備有關(guān)該技術(shù)的深入專業(yè)知識的情況下添加 USB PD。

TPS25750 和 BQ25792 集成了電池充電器和 USB PD 控制器所需的所有電源路徑。圖 1 突出顯示了這些設(shè)備如何為高達(dá) 45 W 的電池供電系統(tǒng)簡化 USB PD 端口的實施。當(dāng)這兩個 IC 一起使用時，USB PD 端口將能夠支持雙向供電，提供源電源和接收電源，因此當(dāng)系統(tǒng)連接到筆記本電腦、智能手機、耳機或交流適配器等外部設(shè)備時，使系統(tǒng)能夠從 USB PD 端口充電或充電。

除了這些系統(tǒng)實施優(yōu)勢之外，TPS25750D 和 BQ25792 還集成了系統(tǒng)的所有場效應(yīng)晶體管 (FET)，無需外部 MCU，使您能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的解決方案尺寸。與基于 MCU 的非集成 USB PD 電池充電實施相比，典型的系統(tǒng)解決方案尺寸約為 150 mm 2。使用 TPS2570 和 BQ25792 時，可以實現(xiàn)大約 55 mm 2的系統(tǒng)解決方案尺寸。

圖 1：TPS25750D 和 BQ25792 USB PD 電池充電器實施

圖 2 突出顯示了基于 MCU 的 USB PD 控制器和帶有外部 FET 的電池充電器，適用于需要高功率充電和系統(tǒng)功率通常大于 45 W 的應(yīng)用。對于大于 45 W 的應(yīng)用，請考慮將 TPS25750 控制器與 BQ25731 充電器配對。

圖 2：基于 MCU 的非集成解決方案

表 1 比較了基于集成和非集成 MCU 的解決方案的 USB PD 充電。

表 1：集成與非集成 USB PD 電池充電器實施比較

隨著法規(guī)推動通用充電器的出現(xiàn)，使用 USB PD 進(jìn)行充電的趨勢最近變得更加緊迫。使用 TPS25750 和 BQ25792 更新您的系統(tǒng)以從 USB PD 充電現(xiàn)在比以往任何時候都更容易，使您能夠遷移到最新的通用充電連接器，同時不影響解決方案尺寸。