如何缩小您的USB C型电池充电器

描述

MAX77860 USB Type-C 3A开关模式充电器是一种高度集成的解决方案,将充电器、电源路径、Safeout LDO、ADC以及USB-C CC和BC 1.2检测集成在3.9mm x 4.0mm、0.4mm间距、WLP小型封装中,大大降低了系统复杂性。OTG功能无缝集成,无需额外的电感器。这种集成水平简化了设计,能够在最小的PCB空间内提供更多的功率和更多的功能。

介绍

新的USB 3.1 Type-C™标准大大简化了 我们互连和为我们的电子产品供电的方式。这 标准使用 USB C 型连接器进行数据和电源传输 在任意两个设备之间传输,最高可达 100W。因此 电池充电需要更多功能 系统,它往往越来越小更轻 每个新的便携式设备。本文回顾了一个典型的USB Type-C 充电系统并展示如何简化设计 同时在更小的尺寸内提供更大的功率和更多的功能 空间。

USB 3.1 C 型标准

USB 3.1 Type-C(又名USB-C)是一种新标准, 支持高数据速率和增加之间的功率传输 电子产品。USB 3.1 可提供 10Gbps 的吞吐量 同时通过标准电缆提供高达 3A 的电流和高达 5A 的电流 通过增强型电缆。总线电压可调节至 20V(60W/3A(使用标准电缆)或 100W/5A 增强型电缆)。如今,许多笔记本电脑都需要 功率小于100W,因此新型号采用Type-C。 连接器可以通过USB端口充电,就像小型设备一样 今天收费。

USB 3.1 Type-C 标准的复杂性需要设备 作为电源提供商(源)或高级用户进行协商 (汇)在进行电力传输之前。连接器在 Type-C 电缆的两端是相同的,允许可逆 插件。每个连接器也是可翻转的,这使得它可以 插入时,两侧朝上。Type-C USB 也允许 对于双向电源,因此外围设备可以是 已充电,并且同一设备也可以为主机设备充电。 这有望消除许多专有电源适配器 和多种类型的USB电缆,最终减少了迷宫 围绕当今桌面的电线。

配置通道检测

USB Type-C的新功能是配置通道(CC) 检波。配置通道逻辑检测电缆 存在、方向和载流能力。电缆 当两条 CC 线中的一条被拉下时,将进行检测。 下拉哪条线(CC1 与 CC2)决定了电缆 取向。载流能力由下式决定 端接电阻的值。另一个新功能 USB Type-C是冷插拔的,即仅提供5V 成功完成端到端检测后。此功能 使 USB C 型应用中必须进行 CC 检测。

USB 3.1 C 型典型系统

图2所示为典型的便携式电源管理前端 配备可连接到 USB C 型电缆并供电 通过锂离子 (Li+) 电池。

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图2.USB 3.1 C 型典型电源管理系统。

当存在VBUS电压时,它为充电器供电, 系统,以及其余的块。在这个阶段,电池 通过 Q 充电巴特作为电流源运行。当 VBUS 断开连接,电池通过 Q 为系统供电巴特作为“开”开关运行。

使用 USB Type-C 协议时,CC1 和 CC2 引脚(图 2)确定端口连接,电缆方向,角色检测, 和端口控制。图 2 中的充电器还支持 旧协议电池充电器 1.2 (BC1.2)。

典型解决方案

电池系统的典型实现可能非常 在 BOM 和 PCB 空间方面成本高昂。图 3 显示了 PCB 充电器的尺寸和检测部分用两个实现 IC,一个用于充电器,一个用于两个检测模块 图2.双芯片解决方案加无源器件占用61mm2.

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图3.通用集成解决方案PCB尺寸(61mm2)

高度集成的解决方案

通过更高的 集成水平。在图 4 中,蓝色突出显示的框显示 理想情况下可以集成在单个电源中的所有模块 管理IC(PMIC)。

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图4.USB 3.1 C 型集成路径。

通过这种集成度,系统的复杂性大大降低,如图5所示。

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图5.集成充电系统。

集成 USB C 型充电器

MAX77860集成度更高,性能高, 单输入开关模式充电器,具有 用于单节电池的 USB C 型 CC 检测功能(图 6) Li+电池。该 IC 支持高达 15W 的应用和 包括反向升压能力、高压 LDO 和 一个 6 通道 ADC。开关充电器设计有 强大的 CC、CV 和芯片温度调节算法 输入功率调节,以及I2C 可编程设置为 适应各种电池尺寸和系统负载。 它适合紧凑的 3.9mm x 4.0mm WLP 封装。

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图6.集成充电器 PMIC。

相应的PCB布局如图7所示。这 集成解决方案加上无源器件仅占用 42mm2,30% 减小印刷电路板尺寸。

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图7.高度集成的解决方案,PCB尺寸更小(42mm)2).

易用性

在典型的系统中,微控制器或主机微处理器 根据电流配置充电器的输入电流限值 端口控制器 IC 检测到的级别。The MAX77860 独立设置充电器的输入电流限值,允许 充电器,用于在电源的全部容量下为电池充电, 这导致更快的充电。这也简化了主机 软件开发。

设计灵活性

向后兼容性支持适用于 USB Type-C 和传统适配器。集成式模数转换器 释放微控制器中的资源,同时提供 精确的电压、电流和温度测量 先进的电源管理。

用于 OTG 电源的反向升压

USB On-The-Go(OTG)是一种允许USB的规范 手持式计算机和终端等设备,便携式 游戏玩家和电池供电的健康监测设备 充当主机。这允许其他 USB 设备或配件 例如 USB 闪存驱动器、数码相机、鼠标或键盘,以 依附于他们。USB Type-C 规范还允许 为具有反向升压功能的其他设备供电的设备。

图8简明扼要地说明了充电和反向升压 功能。

在充电模式下,S1打开,开关稳压器(S2和 S3降压模式下的同步开关)降压 CHGIN 电压至 SYS 引脚。从那里,线性稳压器, 控制调整管 S4,为电池充电 (S4上)。

在没有输入电源的反向升压模式(OTG)下,电池 电压(S4全开)被提升(S2和 S3同步切换 升压模式下)在 CHGIN 引脚 (S1上)。

在此实现中,反向升压模式不需要 附加电感器。然后使用升压的CHGIN电压 用于 USB OTG 功能。

在纯电池模式下,开关 S1已关闭。

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图8.充电器和反向升压工作模式。

安全电源

安全LDO是受保护的高压线性输入 提供可编程输出电压 3.3V/4.85V/4.9V/4.95V,通过I电流2C 寄存器。它用于供应 低电压额定 USB 系统。安全的线性稳压器 当 CHGIN = 3.2V 时打开,当 CHGIN 大于过压阈值。

结论

新的USB 3.1 Type-C标准需要更多功能 来自电池充电系统,即使安装在便携式中 设备往往越来越小,越来越轻。 我们回顾了一种典型的充电解决方案,其低水平 集成,导致需要大PCB面积的大型BOM。 高度集成的解决方案,如MAX77860 USB所示 Type-C 3A 开关模式充电器,大幅减少系统 通过集成充电器、电源路径、 安全输出 LDO、ADC 以及 USB-C CC 和 BC 1.2 检测 采用小型 3.9mm x 4.0mm、0.4mm 间距 WLP 封装。奥特格 功能无缝集成,无需 额外的电感器。这种集成水平简化了设计, 能够在 最小的印刷电路板空间。

审核编辑:郭婷

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