根据我们的参考设计,您可以创建下一个基于USB-Cpd的充电器。
编辑:宝星微科技 | 发布时间:2023-02-21 14:30 | 浏览次数:160
如今,各种各样的设备,包括笔记本电脑、汽车、对接站、飞机和显示器,都依赖USB端口充电或获取电力。USB端口经常被智能手机、平板电脑和其他手持设备等小型设备用来取代传统电源插座。现在需要更高的电压和功率级别来满足USB电源传输(PD)充电器对更快充电和更耗电设备的要求。
USB Type-C端口和电缆越来越受欢迎
自20世纪90年代诞生以来,USB在速度、尺寸和功率方面稳步进步,并且随着它在当代电子设备和设备中变得越来越普遍,它一直在继续不断发展。由于最近对标准和规范的更新,对USB Type-C或USB- c的需求有所增加,使其成为各种计算设备之间传输电源和数据的先驱和标准。
功率范围从5瓦(W)到100W,采用USB电源传输(PD)的USB Type-C端口充电器正变得越来越普遍,取代了笔记本电脑、显示器、平板电脑和智能手机等设备的传统充电器。较新的型号将能够产生140至240W的功率水平。由于USB Type-tiny C的尺寸和多功能性,即使是更小、更低功耗的手持设备,如耳机和可穿戴电子设备,也正在向基于USB type -C的充电系统过渡。
客户不仅需要USB来满足他们的数据需求,还需要方便地向设备传输电源或充电,以便进行标准的USB操作。看看我们具有USB 3.0功能的高适应性USB PD双端口参考设计如何支持有用的应用程序。
USB的设计优点
USB PD充电器对快速充电和耗电设备的需求现在要求更高的电压和功率水平。与传统充电方法相比,USB PD的不断发展和进步,理解USB PD设计可能面临的各种障碍是至关重要的。通过USB- c电缆和连接支持9V, 15V和20V电压,USB PD利用功率规格提供高达100W的功率。事实上,USB PD 3.1版本规范是一个重大升级,可以通过USB Type-C电缆和连接器提供高达240W (48V)的电源。以下是基于USB pd的充电器可以为各种电子设备充电或供电的宽功率范围的一些例子:
我们的参考设计基于USB PD 3.0,可处理高达100W的功率,并为客户提供可扩展性和灵活性,以便根据需要进行简单的升级。
根据各自的电源需求或职责,与USB PD相连的设备既可以作为电源,也可以作为电源接收器/负载。这样就没有必要为各种小玩意配备各种电源适配器和充电器。例如,一台笔记本电脑可以由显示器使用来自墙壁的常规交流电源供电/充电,而一台笔记本电脑可以由手机使用USB PD和来自墙壁的电源供电/充电。这大大提高了便利性,同时减少了电子浪费- USB PD设计的普遍特征。通过一个USB连接,视频通信、数据传输和电源供应都是可能的,允许无缝和同步传输。
USB连接中的数据和电源流
USB连接中有三种不同类型的数据流和功率流。如果我们看一下电源角色,接收器端口是连接到下游并从VBUS接收电源的端口。通常,电子设备包括接收端口。源端口为VBUS提供电源。壁式充电器是一种包含源端口的设备。此外,双角色电源(Dual-Role Power, DRP)端口可以作为接收器或源,在两种状态之间交替使用。一种常见的情况是,笔记本电脑包含一个DRP端口,可以接收电源为电池充电,同时还能够提供电源并为外部设备或配件充电。
回到数据角色,面向下游端口(DFP)是集线器或主机上的端口,设备通过提供VBUS电源(设备和主机之间的路径)连接到该端口并向下游传递数据。DFP是对坞站的说明。面向上游的端口(UFP)连接到集线器或主机的DFP,从设备接收数据,通常接收VBUS。UFP是显示监视器的插图。双角色数据(Dual-Role Data, DRD)端口既可以作为DFP也可以作为UFP,端口的初始电源角色由第一次连接时的角色决定。例如,源端口承担DFP的数据角色,而接收器端口承担UFP的数据角色,但数据角色是动态交换的,就像智能手机、笔记本电脑和平板电脑具有DRD端口一样。
图1:USB-C:主机到设备连接
电子产品和技术的复杂性在不断发展,USB标准也是如此。例如,在USB PD 3.0版本规范中定义了快速角色交换(FRS),以防止集线器及其设备在电源移除时遇到数据通信中断。当这种情况发生时,主机将其电源角色从接收器更改为源,DRP集线器开始下降功率并继续工作,尽管发生了功率损失。为了满足日益增长的对设备更有效充电的需求,定义了可编程电源(PPS)标准。在PPS的帮助下,电流和电压可以根据每10秒交换的数据实时变化。这允许根据设备的充电状态提供最大功率。这有助于加快充电速度并减少充电时的转换损失,从而降低温度并延长电池寿命。
USB的不同应用
经常使用USB充电的包括笔记本电脑、台式电脑、平板电脑、智能手机和其他电子设备。然而,汽车的现代化现在要求在控制台中安装USB-C端口。每年生产的每辆车通常有四个端口,尽管这个数字取决于车辆的大小。更不用说只有USB充电端口的第二排和第三排座位了,汽车对USB Type-C不断增长的市场份额做出了巨大贡献。我们开发了自己的USB PD设计,可在双端口模式下提供高达90W的功率,并支持9-18V的汽车应用。
双端口USB-C PD参考设计
我们提供了一个基于dsPIC33CK128MP505单片机(DSC)的USB-C PD参考设计。这种高度灵活的基于软件的解决方案实现了热管理和电荷平衡,以及过电压和过流保护等标准功能。该设计可支持9-18V输入,用于汽车应用,在双端口模式下,可提供高达90W的功率。随着最新的USB 3.0规范的更新,我们的全面解决方案包括一个MCP16331 buck调节器,一个MCP1755 LDO,两个MCP14700半桥门驱动器和UPD350B收发器,提供对接收器,源,DRP, FRS和PPS的全面支持。
图二. 双端口USB-C PD参考设计
图3. 差异化特征(USB-C PD参考设计)
结论
各方一致认为,USB-Type C由于其适应性和可扩展性,在为当代电子产品提供电源和传输数据方面是最佳选择。USB- c端口的数量将随着它变得越来越流行而不断增长,特别是在电源传输(USB PD)应用中。您的下一个USB设计可以受益于我们的成本和性能优化的参考设计,这与我们的dsPIC33控制器的理想外设和软件灵活性相结合,帮助您加快开发。要了解更多信息,请访问我们的USB PD网站。
所有图片均来源于Microchip
文章源于Microchip---Josue Navarro