加快USB-C电源解决方案设计的技巧

便携式设备中的 5G 和 4K 显示器等高级功能正在推高功耗——在由大容量 2S 电池供电的设备中，在许多情况下功耗远远超过 15W。对于这些耗电的小工具，USB-C 供电 （PD） 是一个福音，因为它支持快速充电，让这些产品在很少停机的情况下恢复运行（图 1）。此外，为了方便和标准化，许多以前使用 AC-DC 桶形适配器的应用正在迁移到 USB-C PD。然而，对于设计人员而言，符合 USB-C PD 标准通常需要复杂的固件开发和额外的硬件组件。由于引脚之间的距离短且电压高（20V），如果连接器以一定角度插入或断开，肯定会有损坏的机会。事实上，USB-C 和 USB-C PD 规范都需要一套独特的技能，因为为它们设计并不像为传统 USB 变体设计那么简单。

相机、AR/VR 系统和无线扬声器等消费设备正在引领 USB-C 和 USB-C PD 的发展。具有讽刺意味的是，考虑到上市时间的压力，这些产品无法承受广泛的开发周期。即将到来的工业和医疗等领域的应用正处于被广泛采用的风口浪尖，因为同样的消费者要求在他们的专业环境中获得同样水平的便利。我们还看到 USB-C 标准用于销售点 （POS） 设备、工业扫描仪和吸奶器等。在这篇博文中，我们将分享一些技巧来简化 USB-C PD 设计的设计工作。

USB-C 充电系统的设计挑战

USB-C 和 USB-C PD 使设计人员能够实现通用连接器的承诺，为用于数据传输和供电的可逆 24 针连接器提供规范。USB-C 规定 5V 最高 3A （15W），而 USB-C PD 3.0 规定 5V 至 20V 最高 5A （100W）。要为 USB-C 设计充电系统，您需要：

解决信号完整性和速度问题

连接到各种传统接口

确保您的设计可以处理各种电压和电流，包括使用冷插座启动（0V 直到端到端检测完成）1

确保插入 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

保持热效率以尽量减少温升

应对这些挑战通常需要针对 USB-C 协商或外部 FET 和外部微控制器等附加部件进行复杂的主机端软件开发。但是，有一些充电系统解决方案可以帮助最大限度地减少这些挑战。一个关键特性是符合协议，因为这将简化设计实现。一些解决方案还设计有基于事件的操作脚本，使定制过程更容易。高度集成的 IC 将消除对过多分立元件的需求。此外，请务必考虑有助于在恶劣环境（例如变化的温度或潮湿条件）下保持可靠运行的功能。

另一个考虑因素是使用更高容量的电池，耗电的终端设备需要这些电池来支持更长的运行时间。从 1S 电池迁移到 2S 电池会增加容量而不增加充电电流。由于 USB-C 支持 5V 和 20V 之间的输入电压，并且 2S 或 3S 电池电压介于两者之间，因此降压-升压转换器可以帮助弥合差距。有关基于 2S 电池的应用的框图，请参见图 2 。

图 1. 基于 2S 电池的应用框图。

开箱即用的 USB-C 合规性

Maxim Integrated 推出了一对新的 USB-C 充电系统解决方案，开箱即用，符合 USB-C PD 3.0 规范，无需进行固件开发并将开发时间缩短最多三个月。与竞争解决方案相比，它们紧凑的占地面积还将解决方案的尺寸缩小了一半。MAX77958 _USB-C 和 USB-C Power Delivery 充电控制器负责取消固件步骤，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）、双角色端口相关的配置设置（DRP） 和 Try.SNK 模式。独立设备无需外部微控制器，提供开箱即用的 USB-C PD 3.0 合规性，使您无需开发固件即可为最终应用定制操作。该器件还旨在通过以下特性承受恶劣环境：28V 额定电压、对 CC 引脚的 V BUS短路保护、集成模数转换器 （ADC） 和水分检测/腐蚀防护。

MAX77962是一款 3.2A USB-C 升降压充电器，集成 FET，用于为大容量 2S 锂离子电池快速充电。它为 USB-C PD 充电提供宽输入电压范围（3.5V 至 23V），不需要分立 FET，并且可以配置有或没有应用处理器。在 9V IN、7.4V OUT、1.5A OUT时，峰值效率为 97% 。
  
       作者：Bakul Damle,Sagar Khare

审核编辑：郭婷