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USB升压-降压直流转换充电IC充电系统解决方案

为多个外设生成USB Type-C(也称为 USB-C)充电电源需要一个灵活的DC/DC转换器,该转换器可与控制器配合使用,为相应设备提供所需的电压和电流能力。随着功率密度的增加,特别是在多电源端口或集线器应用中,效率变得至关重要,并且需要最低的功率损耗以最大限度地减少内部热量。用于 USB 电源的可编程电源(PPS)规范为电源转换设备集成增加了更多功能

PPS标准是USB PD规范(usb.org)的一部分,主要侧重于促进电池的快速充电。PPS电源可以每10秒与用电设备交换一次数据,因此电源可以根据接收USB电源的设备设置的条件动态调整输出电压和电流。PPS功能允许对电压和电流进行微小的逐步变化。接收受电设备可以请求源进行这些更改。这种电源控制是降低功率转换损耗的有效方法,当专用电池充电器增加另一级转换损耗时,这尤其有用。


随着USB-C的出现,工程师和消费者都迷上了通用电池充电的概念。一般来说,消费者需要多种不同类型的适配器来为他们的不同设备充电。

设计一种通用充电解决方案的愿望,几乎可以从任何输入源为电池充电,这使得降压-升压转换器成为工程师的最爱。

 

通用充电系统和DC-DC转换器

在设计通用充电系统时,工程师们非常重视降压-升压转换器,因为它们能够有效地为电池充电,而不管输入电压是高于还是低于电池电压。然而,设计工程师希望添加更多功能,而不仅仅是单向充电,为此,其他组件是必要的。

为了支持USB移动(OTG)规范,充电系统通常在适配器断开连接时采用DC-DC转换器为外部设备供电。

 

不同类型的充电器
图形描述了不同电池供电设备所需的不同类型的充电器

 

这通常考虑到电源效率低下,以保持此DC-DC转换器导通,从而导致大量的静态功耗。这种权衡是设计工程师在寻求在电源解决方案中实现快速角色交换时必须面对的。

 

功率和尺寸是充电解决方案的关键

可以说,在创建充电解决方案时,最重要的设计考虑因素是电源效率。为了使充电系统有用,它必须具有节能性;这意味着输入和输出之间必须有最小的功率损耗。

面积是一个重要的设计考虑因素,与功耗密切相关。如今,消费者要求智能音箱等产品缩小尺寸。不幸的是,缩小功耗低下的系统通常不可行。

 

USB PD充电解决方案示例的框图
USB PD充电解决方案示例的框图

 

例如,假设一个系统在给定一定面积的情况下以热量的形式耗散大量功率。现在,如果我们要将该系统缩小到面积的一半,同时保持功率恒定,那么每个面积的热量将是两倍。这样,每个区域的高功耗可能导致系统不可靠,在极端情况下会导致系统故障。

对于设计人员来说,这可能是在缩小充电系统规模时需要克服的一个显著障碍。

 


使用RECOM直流/直流转换器进行USB充电

现有的USB标准允许的最大充电电流为500mA(USB 1.0,2.0)或900mA(USB 3.0),快速充电电流限制为1.5A。充电IC设备可以安全提供的功率量可以通过在D+和D线上放置固定电压或在两个数据线连接之间安装一个电阻器来识别,该电阻告诉便携式设备它已连接到专用充电端口(DCP)。


USB充电IC

 



不幸的是,不同的制造商有不同的规格,因此没有通用的解决方案

 


不同便携式设备的DCP电阻配置
适用于不同便携式设备制造商的各种DCP电阻配置

 

为了避免这种混淆,USB3.1标准引入了电池充电规范,允许便携式设备与充电器通信,以设置适合不同便携式设备和所用连接器变体(A型,B型,微型B型,C型)的充电功能的可变输出电压,电流和功率限制。

但是,即使配备USB-C连接器的便携式设备仍可以通过传统充电器充电,因为USB标准向后兼容,与专用USB 3.1充电IC相比,充电时间可能更长。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-07-25 16:03