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 3.0供(gong)電(dian)規(gui)範(fan)所(suo)定(ding)義(yi)的(de)信(xin)息(xi)。它(ta)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)事(shi)情(qing)，但(dan)也(ye)意(yi)味(wei)著(zhe)製(zhi)造(zao)商(shang)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)與(yu)他(ta)們(men)自(zi)己(ji)的(de)設(she)備(bei)通(tong)信(xin)。這(zhe)種(zhong)設(she)備(bei)作(zuo)為(wei)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)上(shang)的(de)標(biao)準(zhun)出(chu)現(xian)，但(dan)給(gei)客(ke)戶(hu)帶(dai)來(lai)了(le)附(fu)加(jia)價(jia)值(zhi)，如(ru)使(shi)用(yong)專(zhuan)門(men)為(wei)其(qi)手(shou)機(ji)設(she)計(ji)的(de)壁(bi)式(shi)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)客(ke)戶(hu)。
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USBgongdiandeshebeiyudianyuanjinxingxieshang，zhitigongsuoxudedianliang。zhebaokuobimorenshezhixuyaogengshaogonglvdeshebei，jiangyiweizhedianyuankeyiweigengduodeshebeitigongdianli，zaishebeizhijiangongxiangdianyuan，heweishebeitigongdebuzhishidianli。liru，xianshiqikeyiweibijibendiannaojiwaibuyingpantigongdianyuanhetongxintongdao，congerzhichibijibentongguoxianshiqifangwenyingpanqudong。
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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