多单元USB-PD和 PPS移动电源的集成电池管理系统

自 USB Type-C 连接器的 USB Power Delivery 3.0 （USB-PD 3.0） 规范发布以来，这种小型可逆连接器已成功成为移动电子设备中“无处不在”的电源和数据连接器。它统一了电源和电源接收器的功能，双向电源 （DRP） 功能的设备和各种数据格式和通过其高速数据引脚的连接都提供了两个方向的功率流。

这种通用能力导致所有主要移动设备制造商都采用 USB Type-C 作为其手机、平板电脑和笔记本电脑的数据和电源连接器。虽然许多手机都增加了 30W+ 的快速充电能力，笔记本电脑通常需要 45W+ 的电源进行充电和操作，但使用单节电池的典型移动电源很难在不影响电池循环寿命的情况下提供所需的能量。

由于当今大多数 USB Type-C 端口和电缆在可编程电源 （PPS） 模式下支持 3A 电流和 21V的最大 V BUS ，因此 60W 的功率是广泛市场供应要考虑的自然限制。下表显示了不同电池组（1S 至 4S）在 3A （60W） 下提供 20V 时产生的电池电流，假设进行无损转换。（将现实生活中的 DC/DC 升压转换效率考虑到较低的电池电压，这与转换器的较低效率相吻合，这将进一步增加电池电流）。

表 1. 60W（20V，3A）输出的电池电流与电池组大小的函数关系

与 3S 或 4S 设计相比，1S 和 2S 解决方案的过高电流会导致额外的电阻功率损耗和设备自发热，这就是我们决定专注于基于 4S 的解决方案的原因。

瑞萨电子“ Multi-Cell USB-PD + QC2 & QC3 Power Bank ”获奖组合解决方案是使用多节电池组的支持 USB-PD 的移动电源解决方案。它在此特定解决方案中支持高达 21V 的 PPS 和 3A 的 USB Power Delivery 3.0，并完全支持 DRP。另一个支持 2.4A 的传统 USB Type-A 端口使用我们的iW636 USB Type-A 快速充电协议前端支持 Qualcomm Quick Charge 3.0 。

移动电源系统由我们的R9A02G011 USB-PD 控制器及其集成处理器控制，可轻松自定义支持的功能和系统行为。由于它支持标记电缆，因此该架构还可以支持高达 100W 的 USB-PD 功率配置文件。

瑞萨电子的集成电池管理系统 （BMS） 和电量计RAJ240047用于电池监测和控制。集成的 16 位 RL78 内核允许使用客户特定的电池监控和控制算法。

根据目标用户界面，GreenPAK™ 可编程混合信号矩阵可用于扩展条形图显示器和类似显示器支持的 LED 数量。两个 V BUS轨都使用高度集成的负载开关进行保护，增加了它们自己的系统保护层，从过压和电流到浪涌保护到此设计。

使用DA14531片上系统 （SoC）的可选蓝牙®低功耗 （LE） 接口可实现独立于操作系统的移动电源监控、控制和跟踪。

审核编辑：郭婷