移動電源USB PD的設計
發布時間:2021-09-09 責任編輯:lina
【導讀】標準是好的,但有時您需要更多。例如USB Type-C就是這樣一個例子;USB Type-C旨在創建一個用於高速數據傳輸和電力傳輸的標準接口,僅需一根電纜,取代需要多根電纜的需求。
標準是好的,但有時您需要更多。例如USB Type-C就是這樣一個例子;USB Type-C旨(zhi)在(zai)創(chuang)建(jian)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)高(gao)速(su)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)和(he)電(dian)力(li)傳(chuan)輸(shu)的(de)標(biao)準(zhun)接(jie)口(kou),僅(jin)需(xu)一(yi)根(gen)電(dian)纜(lan),取(qu)代(dai)需(xu)要(yao)多(duo)根(gen)電(dian)纜(lan)的(de)需(xu)求(qiu)。這(zhe)很(hen)有(you)意(yi)義(yi),部(bu)分(fen)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)製(zhi)造(zao)商(shang)不(bu)願(yuan)為(wei)他(ta)們(men)付(fu)運(yun)的(de)每(mei)一(yi)台(tai)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)電(dian)纜(lan),還(hai)因(yin)為(wei)消(xiao)費(fei)者(zhe)正(zheng)在(zai)處(chu)理(li)大(da)量(liang)被(bei)閑(xian)置(zhi)在(zai)抽(chou)屜(ti)、櫥櫃和台式機上的“備用”電纜。
但是,對一個規範進行標準化並不意味著所有設備的創建都是相同的。支持USB 3.x 供電的協議還使供應商能使用所謂的供應商定義消息模式(VDM)通過配置通道(Configuration Channel,CC)與設備通信。使用VDM,供應商可以交換不止USB 3.0gongdianguifansuodingyidexinxi。takeyiyongyugezhongshiqing,danyeyiweizhezhizaoshangkeyizhijieyutamenzijideshebeitongxin。zhezhongshebeizuoweirenheqitashebeishangdebiaozhunchuxian,dangeikehudailailefujiajiazhi,rushiyongzhuanmenweiqishoujishejidebishishipeiqidekehu。

圖1:USB Type-C電源配置選項
接入VDM用於USB控製器中,並將進一步增加USB Type-C連接的吸引力,實現諸如更快的充電或將設備進入備用或輔助模式等功能,以能夠重複使用某些連接來接受非USB協議。
這些特性將為USB創建新的應用,特別是在供電方麵。繼續驅動超低功耗處理意味著可以用更少的功率完成更多的工作,並且由於USB連接的總功率現可達100 W (圖1),這開啟了各種各樣的可能性。但要實現這一潛力,需要一個能夠實現預算的USB控製器。
Part 1、快速充電
供電規範與現有的電池充電規範一起工作,但在使用VDM時帶來了額外的好處。 值得一提的是,它支持高通的快速充電功能,基於選擇Snapdragon處(chu)理(li)器(qi),從(cong)而(er)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv),為(wei)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)提(ti)供(gong)更(geng)快(kuai)的(de)充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi)。其(qi)他(ta)製(zhi)造(zao)商(shang)也(ye)可(ke)獲(huo)批(pi)使(shi)用(yong)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)。目(mu)前(qian)正(zheng)使(shi)用(yong)的(de)幾(ji)種(zhong)充(chong)電(dian)協(xie)議(yi),如(ru)摩(mo)托(tuo)羅(luo)拉(la)的(de)TurboPower充電技術、聯發科的Pump Express和三星的自適應快速充電技術。
當不使用兼容的電源適配器時,智能手機將默認為較低的功率設置,但當它與製造商自己的/批準的充電器一起使用時,用戶將得以更快的充電。雖然不同製造商的規格不同,但USB 3.1PD規範在5V到12V之間能提供高達27W的功率。
為了幫助消費者選擇合適的方案,USB開發者論壇(USB IF)已將USB充電器規範和Logo程序擴展到包括USB快速充電器。本程序 的充電器支持USB PD 3.0規範的可編程電源(PPS)特性。
PD的部分吸引力在於它支持通過USB供(gong)電(dian)的(de)設(she)備(bei)與(yu)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)協(xie)商(shang),隻(zhi)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)量(liang)。這(zhe)包(bao)括(kuo)比(bi)默(mo)認(ren)設(she)置(zhi)需(xu)要(yao)更(geng)少(shao)功(gong)率(lv)的(de)設(she)備(bei),將(jiang)意(yi)味(wei)著(zhe)電(dian)源(yuan)可(ke)以(yi)為(wei)更(geng)多(duo)的(de)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)電(dian)力(li),在(zai)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)共(gong)享(xiang)電(dian)源(yuan),和(he)為(wei)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)的(de)不(bu)止(zhi)是(shi)電(dian)力(li)。例(li)如(ru),顯(xian)示(shi)器(qi)可(ke)以(yi)為(wei)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)及(ji)外(wai)部(bu)硬(ying)盤(pan)提(ti)供(gong)電(dian)源(yuan)和(he)通(tong)信(xin)通(tong)道(dao),從(cong)而(er)支(zhi)持(chi)筆(bi)記(ji)本(ben)通(tong)過(guo)顯(xian)示(shi)器(qi)訪(fang)問(wen)硬(ying)盤(pan)驅(qu)動(dong)。
Part 2、移動電源
USBjiekoutigongdedianchichongdiangongnengwuchubuzai,duonianlaiyizhiweiyidongdianyuanzhizaoshangsuoyong。suiranyidongdianyuantigongleyizhongfangbiandefangshi,zaiyuanlichazuodeqingkuangxiahuoquewaidedianneng,dancongdianchichongdianxiangdianlichuanshudezhuanbianjiangxuyaoxinyidaideyidongdianyuan。zhichiPD提供的可變功率引入了一定程度的複雜性,與通常使用簡單的通用電源管理IC或調節器的現有的移動電源設計不兼容。
為了支持PD的所有功能,包括使用VDM的快速充電,移動電源製造商將需要轉向設計一個智能控製器來提供通過USB PD提供的功能。例如安森美半導體的LC709501F。這高度集成的基於Flash的可配置設備彙集了所需的所有功能,通過多個USB接口管理鋰離子電池提供的電源。圖2所示為一個典型的應用示例。

圖2:使用LC709501F的典型移動電源應用
通過安森美半導體開發的固件,配置也可擴展到使用VDM模式,因此製造商可增加額外的價值,如實施快速充電技術。
它直接驅動外部MOSFET以提供可擴展的電源,而它的開關控製器產生所需的電壓,從5V到12V。通過選擇合適的外部MOSFET,可支持所有的PD特性,包括快速充電3.0高壓專用充電端口(HVDCP)A類。Buck/Boost拓撲使移動電源具有USB Type-C 雙角色端口(DRP)和USB BC1.2,並且還包括電池狀態特性,能使用四個LED來表示電池電量。利用USB 3.x的特性,智能手機應用程序可提供更多關於移動電源的信息,如充電狀態、充電周期和充放電時間等。
安森美半導體提供評估板以幫助製造商設計導入LC709501F和選擇 合適的固件。例如,FW02支持一個Micro-B輸入,在兩個通道上支持Type-A輸出,快速充電3.0 HVDCP,Boost自動啟動和外部Boost IC用於進一步的功率輸出,而FW05支持帶有DRP和Type-A輸出的Type-C,就像我們用作Boost自動啟動和外部升壓的IC一樣。更多的固件版本正在開發中,以支持其他配置。圖3是FW05提供的功能圖示。

圖3:LC709501F FW05提供的特性圖示
通過直接支持四個LED顯示電池電量,製造商無需增加一個額外的微控製器,節省了物料單(BoM)成本和降低設計複雜性。評估板(器件型號LC709501EVA05GEV)實施FW05並支持四種模式,如圖4所示。

圖4:FW05的4種模式
Part 3、一種新的控製器
USB Type-C和PD的(de)引(yin)入(ru)將(jiang)為(wei)消(xiao)費(fei)者(zhe)和(he)製(zhi)造(zao)商(shang)帶(dai)來(lai)巨(ju)大(da)的(de)好(hao)處(chu),但(dan)因(yin)為(wei)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)學(xue)習(xi)如(ru)何(he)接(jie)入(ru)新(xin)特(te)性(xing),以(yi)及(ji)對(dui)工(gong)程(cheng)團(tuan)隊(dui)提(ti)出(chu)的(de)要(yao)求(qiu),將(jiang)需(xu)要(yao)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)來(lai)調(tiao)整(zheng)。
開發一個移動電源,完全支持PD,包括多個輸出和快速充電,將需要一種新的控製器,以USB 3.x為 而開發。LC709501F是一係列設備的一部分,以使USB PD更簡單、更易於開發人員接入,而且它提供難以超越的集成度。它的靜態電流超低,僅15?A,加上不需要額外的微控製器的特性,說明它可提供所有這些功能,同時消耗 少的電池電量。
通(tong)過(guo)供(gong)應(ying)商(shang)定(ding)義(yi)消(xiao)息(xi)模(mo)式(shi)配(pei)置(zhi)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)能(neng)力(li)是(shi)相(xiang)對(dui)於(yu)功(gong)能(neng)較(jiao)少(shao)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)優(you)勢(shi),使(shi)製(zhi)造(zao)商(shang)能(neng)夠(gou)差(cha)異(yi)化(hua)他(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin),同(tong)時(shi)仍(reng)然(ran)完(wan)全(quan)符(fu)合(he)USB IF規範。
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