关于USB Type-C和PD充电口在汽车上的应用的分析和介绍

2017年苹果发布的iPhone 8、iPhone 8 Plus、iPhone X三款机首次支持USB PD快充，刺激了整个手机市场，几乎所有主流的手机厂商都已将USB PD快充纳入到了手机的充电配置。2018年新iPad Pro也弃用了Lightning接口与耳机孔，更换为通用性更高、功能更全、性能更强的USB-C接口。

从各大手机厂商和芯片原厂的布局来看，USB PD快充将成为目前手机、游戏机、笔记本电脑、Pad等电子设备的首选充电方案，而USB Type-C也将成为下一个十年电子设备之间电力与数据传输的唯一接口，USB PD快充协议大一统的局面即将到来。

MPS公司的本次直播活动也紧跟风口，邀请到了我们 MPS应用技术市场资深经理龚军勇先生，为大家讲解一下USB Type-C 和 PD的基础知识、电源解决方案、控制协议解决方案，助力工程师从目前的 USB Type-A 快速过渡到 USB Type-C 及 PD，并熟悉和掌握车载 USB 充电方案的系统级需求及设计挑战。

实力吸睛：Type-C 和USB-PD凭借自身优势，堪称史上最“强”的接口！

更宽的电源范围：支持信号传输，兼具数据和视频传输能力

更强的电力传输能力：PD可以支持最大20V/5A功率传输, Type-C可以支持最大15W

更快的传输速率：支持20Gbps的高速USB3.2传输速率

更薄更灵活的设计：端口纤薄体积小，采用无方向的正反插结构

更多的扩展可能：向下兼容USB Type-A, USB2.0；支持模拟或者数字音频，支持数字视频，如Display Port, HDMI, Thunderbolt

技术干货：Type-C内部电源管理设计

具有方向性：供电端（Source）和受电端（Sink）

a.供电端默认关闭，CC线内部上拉，通过插入受电端时连接到下拉电阻，将CC端的电压拉低到2.4V以下来识别，启动供电端。

b.供电端和受电端都可以检测设备的插入情况。

双向传输（Dual role/DRP）：既可以供电，也可以受电

技术干货：基于Type-C接口和握手的USB PD，又该如何设计呢？

当然，不是什么时候都需要使用USB PD，仅在功率大于15W (5V @ 3A) 时，需使用 USB PD。

USB PD的特性主要有：

可将 Vbus 电压最高增加至 21V (可提供 7 种不同电压选择)

可将 Vbus 电流最高增加至 5A

可支持加密的握手和通信

异常情况下可支持动态交换角色：power, data, 和 Vconn roles

可支持Alternate Modes，比如 DisplayPort, Thunderbolt, 和 HDMI

可支持智能电源管理，比如笔记本电脑和 USB hubs

USB PD具体是如何工作的呢？

先建立Type-C的握手连接，在此基础上发送PD命令；

PD通信信号为一个300kHz，低电平为0，高电平为1.1V的脉冲信号。采用BMC编码形式。

直播中，还安利了USB PD2.0的输出电压种类：

USB PD2.0规定了多大的功率就应该出哪几档电压。举例来说，如果输出功率为45W那么就应该输出5V/9V/15V@3A，而不需要出现20V这一档电压。

另外，PD3.0功率规则也是类似，只是增加了可变输出电压档位。

以及，PD协议又是怎么握手的呢？

简单的来说就是一问一答式：主机先检测Type-C线材为3A还是5A，然后决定发3A还是5A的电流。

接下来就广播该主机可以支持的输出电压种类，从机会响应和请求一个需要的电压电流PDO，然后主机再回复接受。这样，一次电压握手就完成了。

直播中，除了和大家分享了Type-C和USB PD的设计技术干货之外，对于当前流行的车载USB充电设计，我们的专家也做了详尽的解析和分享。

实战操作：大牛手把手教你如何设计车载USB的电源

首先，了解一下车载USB口的应用场景，主要分为3种：娱乐导航上的USB口、扶手箱内的USB HUB、后排座子充电USB口。

针对这些应用，它的实际需求又有哪些呢？我们的专家给出了全面的总结：

模块输入防反插电路

模块输入Pulse电压测试：模拟自动启停，瞬态高压，负压，load dump等测试

EMC兼容性

模块温升管理，过热保护

USB输出电压线损补偿，输出过流保护，短电池保护等

充电协议兼容性认证

：

采用Buck-Boost电源变换器，满足6V-36Vin转5V/9V/15V/20V的输出；

接口握手芯片的选型：PD控制器/DCP 或 CDP 或 QC3.0握手等，根据需求来选型。

上行数据信号输送（如导航系统）

【一个Type-C 5V/3A带通信功能的USB口设计案例】— MPS的产品型号：MPQ4482-C

主芯片提供的功能有：

• 12V->5V/3A高效Buck

• 低阻抗Type-C开关，进行限流和线补检测

• Type-C控制协议 USB2.0 CDP握手协议

<具体的设计要求和需要注意的地方，我们的专家在直播中给大家做了详细的讲解>

最后，直播中还分享了MPS的参考设计并进行了在线Demo演示： 此设计采用Buck-Boost 控制器 + PD控制器，可支持 5V/9V/15V/20V/3.3-21V@5A PPS 输出。

我想，最令大家期待的环节当然还是在线演示咯！

直播中给大家在线演示了100W车规级USB PD参考设计板的工作过程，电路结构简单，设计简便，令人印象深刻。