NEST124A September 2024 – October 2024 BQ25756 , BQ25798 , TPS25751 , TPS26750
USB Type-C? (USB-C?) 是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)連接器，可在單一介面上傳輸資料和電力，在個(gè)人電子產(chǎn)品、汽車、工業(yè)和企業(yè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。USB 電力輸送 (PD) 是使用 USB-C 連接器來(lái)提升 USB-C 介面功能的標(biāo)準(zhǔn)。直到最近，USB PD 3.0 規(guī)格允許雙向傳輸高達(dá) 100W (20V，5A) 的功率，現(xiàn)在稱為標(biāo)準(zhǔn)功率範(fàn)圍 (SPR)。最新的 USB PD 3.1 規(guī)格可透過 USB-C 纜線將功率範(fàn)圍增加至 240W (48V，5A)，現(xiàn)在則稱為延伸功率範(fàn)圍 (EPR)。
表 1 顯示 EPR 與 SPR 的比較。
| 功率範(fàn)圍 | 可用電流與電壓 | 電力輸送設(shè)定檔範(fàn)圍 | 附註 |
|---|---|---|---|
| SPR | 3A：5V、9V、15V、20V 5A 1：20V |
15W-60W >60W-100W |
|
| EPR | 5A 2：28V、36V、48V | >100W-240W | 需要進(jìn)入 EPR 模式 |
- 需要 5A 纜線。
- 需要 EPR 纜線。
EPR 允許支援高達(dá) 240W 的功率 (5A 時(shí)為 28V、36V 和 48V)。EPR 模式對(duì)汲極評(píng)估和回應(yīng)新來(lái)源功能訊息的要求與典型 USB PD 合約協(xié)商中的要求相同。進(jìn)入 EPR 模式後，連接埠即開始協(xié)商高達(dá) 240W (48V，5A) 的電力輸送物件 (PDO)。48V 限制代表在考慮設(shè)計(jì)安全容限時(shí)的實(shí)際限制。
在 EPR 模式中的固定電壓位準(zhǔn)延伸上，電源供應(yīng)也必須遵循可調(diào)整電壓供應(yīng) (AVS) 的規(guī)格。在 EPR 模式中，AVS 讓汲極能夠以 100mV 為步進(jìn)，在 15V 和 48V 之間微調(diào)電壓，以提升性能和熱效率。AVS 也提供汲極接收任何充電器電壓的彈性，讓您可避免自訂轉(zhuǎn)接器，並在電子生態(tài)系統(tǒng)中建立一致的使用者體驗(yàn)。
圖 1 顯示與 SPR 和 EPR 功率位準(zhǔn)相關(guān)的可編程電源供應(yīng)器 (PPS) 和 AVS 範(fàn)圍。雖然 PPS 和 AVS 均具有可編程的步進(jìn)距離，但這兩者並不相同，且用途也不同。AVS 可做為恆壓電源，並為系統(tǒng)提供穩(wěn)定 DC 電壓，以提升效率。PPS 的步進(jìn)距離視窗較小 (20mV)，可繞過連接裝置中的電池充電器，直接為電池充電。AVS 和 PPS 之間的主要區(qū)別在於，使用 PPS 時(shí)，協(xié)商電壓會(huì)隨時(shí)間不斷變化。隨著電池充電，所需的 PPS 充電電壓將會(huì)增加。AVS 設(shè)計(jì)為恆定電源供應(yīng)，可提供更接近系統(tǒng)整體所需電壓位準(zhǔn)的系統(tǒng)輸入電壓。
圖 1 來(lái)源所需的 USB PD 3.2 電壓電池供電產(chǎn)品和新一代解決方案
採(cǎi)用 USB-C 後，Bluetooth? 喇叭和電動(dòng)工具等可攜式電池供電產(chǎn)品將可從中獲益。若為這類產(chǎn)品實(shí)作 USB-C，即可讓產(chǎn)品從 USB-C 連接埠充電，並使用相同連接埠為連接的裝置供電。使用單芯或多芯電池充電器的產(chǎn)品現(xiàn)在可與 USB-C 或 USB PD 控制器配對(duì)，讓應(yīng)用能從 USB-C 連接埠獲取和吸收電源。
圖 2 說明轉(zhuǎn)換至 USB-C 和 USB PD 的裝置典型架構(gòu)。
圖 2 USB-C 電池供電產(chǎn)品方塊圖為協(xié)助簡(jiǎn)化電池供電產(chǎn)品的 USB PD 連接埠設(shè)計(jì)，TI 的 USB PD 控制器新增了 I2C 主機(jī)支援，以直接控制電池充電器。此整合式 I2C 主機(jī)控制將可實(shí)現(xiàn)雙晶片解決方案，無(wú)需外部微控制器 (MCU)。USB PD 控制器會(huì)根據(jù) USB PD 連接埠的電源協(xié)商，透過 I2C 自動(dòng)更新電池充電器的充電參數(shù)。此外，您無(wú)需開發(fā)韌體即可將 USB PD 連接埠新增至電池供電產(chǎn)品。TPS25751 和 TPS26750 是兩款用於 USB-C 與電池充電器配對(duì)的 USB PD 控制器。
TPS25751 是一款 SPR PD 控制器，而 TPS26750 則是能夠協(xié)商完整 240W EPR 的 EPR PD 控制器。表 2 顯示推薦的 USB PD 控制器和電池充電器配對(duì)。這些配對(duì)的參考設(shè)計(jì)可讓您將複製及貼上至應(yīng)用項(xiàng)目。
| 支援的最大功率位準(zhǔn) | 支援的串聯(lián)電池芯數(shù) (S) | 推薦的 USB PD 控制器 | 推薦的電池充電器 | 參考設(shè)計(jì) |
|---|---|---|---|---|
| 100W 汲極 45W 源極 |
1-4 | TPS25751 | BQ25798 | 整合式 USB Type-C? 電力輸送 (PD) 和 2-4 芯電池的充電參考設(shè)計(jì) |
| 100W 汲極 100W 源極 |
1-5 | TPS25751 | BQ25731 | 適用於一至五節(jié)電池的整合式 USB Type-C? PD 雙向充電參考設(shè)計(jì) |
| 100W 汲極 100W 源極 |
1-16 | TPS25751 | BQ25756 | 100W 整合式 USB Type-C? PD 雙向充電器參考設(shè)計(jì) |
| 240W 汲極 240W 源極 |
1-16 | TPS26750 | BQ25756 | 240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設(shè)計(jì) |
參考設(shè)計(jì)
為了支援完整的 240W 延伸電源範(fàn)圍，240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設(shè)計(jì)可將 TPS26750 與我們的 BQ25756 雙向降壓升壓充電控制器配對(duì)使用。如圖 3 所示，此參考設(shè)計(jì)可將這兩個(gè)裝置配對(duì)至單一印刷電路板，無(wú)需外部 MCU 或客製化韌體即可實(shí)現(xiàn)雙向 240W 解決方案。
圖 3 EPR 電池充電器參考設(shè)計(jì)方塊圖電池充電器參考設(shè)計(jì)是一種整合式 USB PD 和充電參考設(shè)計(jì)，適用於電動(dòng)工具、吸塵器、可攜式充電器和電動(dòng)自行車等產(chǎn)品的 7 至 14 芯電池。TPS26750 可透過簡(jiǎn)單的 I2C 通訊與 BQ25756 搭配使用，無(wú)需開發(fā)韌體。透過使用 TI USB PD 控制器的應(yīng)用程式自訂工具，即可輕鬆對(duì) TPS26750 進(jìn)行編程。
此電池充電器設(shè)計(jì)可透過 USB PD 3.1 合規(guī)輸入來(lái)源支援最大 240W 的電池充電，並可在隨插即用模式下提供最大 48V 5A 輸出。BQ25756 實(shí)作了四開關(guān)降壓升壓充電器，可在降壓、降壓升壓和升壓模式之間轉(zhuǎn)換。高度整合且簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)可降低物料清單成本、縮小尺寸與縮短上市時(shí)間。
結(jié)論
在最大功率範(fàn)圍新增加後，USB-C 逐漸成為未來(lái)的通用連接器。雖然 USB-C 可能被視為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的新技術(shù)，但 TI 解決方案可從軟體和硬體兩個(gè)角度提供整合，以簡(jiǎn)化您的設(shè)計(jì)程序。我們的 USB PD 控制器和電池充電器配對(duì)，再搭配我們的參考設(shè)計(jì)，可有效縮小解決方案尺寸並縮短上市時(shí)間。
其他資源
- 觀看我們最新的示範(fàn)，USB Type-C 電力輸送 3.1 延伸功率範(fàn)圍 + 電池充電器應(yīng)用示範(fàn)
- 觀看我們的影片，USB Type-C：連線未來(lái)
- 進(jìn)一步了解我們的 USB Type-C 技術(shù)
- 探索我們的 USB Type-C 與 USB 電力輸送 IC
- 觀看我們最新的液體偵測(cè)示範(fàn)影片
- 請(qǐng)閱讀我們最新的白皮書，USB-C 和 USB 電力輸送應(yīng)用與需求入門
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