更快的USB-C电源解决方案设计技巧

便携式设备中的 5G 和 4K 显示屏等高级功能推高了功耗——在许多情况下，由高容量 2S 电池供电的设备的功耗远远超过 15W。对于这些耗电量大的小工具，USB-C 供电 (PD) 是一个福音，因为它可以实现快速充电，让这些产品恢复运行，停机时间很短（图 1). 为了方便和标准化，许多以前使用 AC-DC 桶形适配器的应用正在迁移到 USB-C PD。然而，对于设计人员而言，符合 USB-C PD 标准通常需要复杂的固件开发和额外的硬件组件。考虑到引脚之间的距离短且电压高 (20V)，如果以一定角度插入或断开连接器，也存在损坏的风险。事实上，USB-C 和 USB-C PD 规范都需要一套独特的技能，因为为它们设计并不像为传统 USB 变体设计那么简单。

相机、AR/VR 系统和无线扬声器等消费类设备引领了 USB-C 和 USB-C PD 的发展。在地平线上，工业和医疗领域的应用正在迅速采用 USB-C 和 USB PD，因为消费者要求在他们的专业环境中提供相同级别的便利性。我们还看到了销售点 (POS) 设备、工业扫描仪和吸奶器中使用的 USB-C 标准。鉴于上市时间的压力，这些产品无法承受较长的开发周期。在本文中，我们将分享一些技巧来简化 USB-C PD 设计的设计工作。

USB-C 充电系统的设计挑战

USB-C 和 USB-C PD 使设计人员能够实现通用连接器的承诺，提供用于数据传输和电力传输的可逆 24 针连接器的规范。USB-C 指定 5V 至 3A (15W)，而 USB-C PD 3.0 指定 5V 至 20V 至 5A (100W)。要为 USB-C 设计充电系统，您需要：

解决信号完整性和速度问题

连接到各种遗留接口

确保您的设计能够处理各种电压和电流，包括使用冷插座启动（0V 直到端到端检测完成）

确保插入 USB-C 充电电源时充电器和端口控制器能够相互通信

满足消费类设备等产品不断缩小的尺寸需求

保持热效率以最大限度地减少温升

应对这些挑战通常需要复杂的主机端软件开发，用于 USB-C 协商或外部场效应晶体管 (FET) 和外部微控制器等额外部件。但是，可以使用充电系统解决方案来帮助最大程度地减少这些挑战。一个关键特性是遵守协议，因为这将简化设计实施。一些解决方案还设计有基于事件的操作脚本，使定制过程更加容易。高度集成的电路将消除对太多分立元件的需求。此外，还要考虑有助于在恶劣环境（例如变化的温度或潮湿条件）下保持可靠运行的功能。

另一个考虑因素是使用更高容量的电池，耗电的终端设备需要电池来支持更长的运行时间。从 1S 电池迁移到 2S 电池可在不增加充电电流的情况下增加容量。由于 USB-C 支持 5V 和 20V 之间的输入电压，而 2S 或 3S 电池电压介于两者之间，降压-升压转换器可以帮助弥合差距。有关基于 2S 电池的应用程序的框图，请参见图 2 。

图 2：基于 2S 电池的应用程序框图。（来源：美信集成）

开箱即用的 USB-C 合规性

Maxim Integrated 推出一对新的 USB-C 充电系统解决方案，开箱即用，符合 USB-C PD 3.0 规范，无需固件开发，开发时间最多可缩短三个月。与竞争解决方案相比，它们紧凑的占地面积还将解决方案尺寸缩小了一半。MAX77958 _USB-C 和 USB-C 供电充电控制器负责取消固件步骤，这要归功于其 GUI 驱动的定制脚本、BC1.2 支持以及与快速角色交换 (FRS)、双角色端口相关的配置设置(DRP) 和 Try.SNK 模式。该独立设备无需外部微控制器，提供开箱即用的 USB-C PD 3.0 合规性，使您无需固件开发即可为最终应用定制操作。该器件还设计用于通过 28V 额定电压、V BUS对 CC 引脚的短路保护、集成模数转换器 (ADC) 和湿度检测/腐蚀防护等特性来承受恶劣环境。

MAX77962是一款3.2A USB-C 降压-升压充电器，集成 FET，可对大容量 2S 锂离子电池进行快速充电。它为 USB-C PD 充电提供宽输入电压范围（3.5V 至 23V），不需要分立 FET，并且可以配置有或没有应用处理器。在 9V输入、7.4V输出、1.5A输出时的峰值效率为 97% 。

您可以使用MAX77958EVKIT-2S3评估这两个部件，它展示了 MAX77958 自主控制 MAX77962 充电器及其 I 2 C 主功能。

这两款设备都是更广泛的 USB-C 和 USB-C PD 设备产品组合的一部分，其中包括高能效充电器和转换器、自主且稳健的控制器以及电源路径和保护 IC。

审核编辑：汤梓红