USB-C成为供电标准

需要通用电源适配器

随着越来越多的消费电子设备避开市电电源转而使用电池供电，我们如何为这些设备充电成为一个重要问题。我们都记得我们为早期手机配备的各种各样的电源适配器，其中一些可能仍藏在您的抽屉后面。除了这些充电器，我们还需要其他设备的电源适配器，例如剃须刀、相机和掌上游戏机。出差或度假意味着随身携带一袋充电器，因为您很少能将一个设备的充电器与另一个设备一起使用。

当 USB micro-B 成为许多低功耗设备(例如智能手机、智能手表和智能家居恒温器)的首选连接器时，这种情况开始发生变化。但是，由于它只能提供少量功率(最多约 5W)，因此不适用于较大的设备。

USB-C 正变得无处不在

USB 实施者论坛 (USB-IF) 于 2014 年底推出的 USB Type-C 连接器标准在其方法上具有创新性，它使用两组对称的 12 个接口引脚，使连接器能够以任一侧朝上的方式插入。新的连接器标准与 USB 3.1 接口规范几乎同时推出，尽管 USB-C 不一定需要采用 3.1 规范进行通信。此外，USB-C 引入了传输其他数据信号的能力——例如用于 DisplayPort、HDMI 和 Thunderbolt 的信号——除了 USB 数据。另一个关键是 USB-C 提供了与 USB 数据模式无关的供电 (PD) 功能。它提供两个专用引脚(CC1 和 CC2)用于与主机协商，以在高达 5A的电流下提供高达 20V 的直流电(图 1)。

因此，凭借其 100W 的功率传输能力，USB-C 迅速成为各种消费电子产品的首选通用电源连接器，取代 micro-B 连接器和众多圆柱形“桶形”连接器也就不足为奇了那曾经很普遍。

图 1：该图显示了 USB-C 连接器的引脚规格。(来源：USB 实施者论坛)

USB 供电的工作原理

当前的 USB-PD 修订版 3.0 规范规定了 5V、9V、15V 和 20V 四种标称电压电平，并可选择以 20mV 步长对电压进行完全编程。此外，该规范还支持高达 100W 的输出功率水平，以及提供恒压或恒流充电的能力。这种方法为笔记本电脑和其他功率更高的设备等充电设备开辟了许多新机会，但是，要从 USB-C 中受益，应用程序需要包括微控制器、附加电路和软件堆栈。

桶形连接器更换的技术挑战

在将 USB-C PD 实施为桶形连接器替代品时，工程团队需要完全熟悉 USB PD 规范，并确保设备在合规性和互操作性方面满足 USB-IF 的严格认证要求。符合 USB-C 标准的电源适配器本质上是一种可编程电源，需要通过通信使负载能够请求所需的电压和电流。因此，任何设计都需要微控制器和相关固件来操作完整的 USB PD 堆栈。在设计中引入更多组件将增加总体物料清单 (BOM)，并且需要多次迭代来优化电源电路并最终创建技术和经济上可行的解决方案。

设计最优解

工程师可以使用 USB-IF 预认证解决方案，例如Cypress EZ-PD™ 桶形连接器替换 (BCR) 评估套件 (CY4533)，而不是尝试从头开始实施 USB PD (图 2)。这可用于轻松制作如何用 USB-C 连接器替换传统桶形连接器的原型，而无需开发任何固件(图 3)。这种改造方法提供了一种将现有产品切换为使用通用 USB-C 电源适配器的极其快速的方法。

图 2： Cypress EZ-PD 桶形连接器替换 (BCR) 评估套件显示了主要组件和连接。(来源：赛普拉斯)

图 3：使用赛普拉斯 EZ-PD BCR 评估套件将 USB-C 轻松集成到终端设备中。(来源：赛普拉斯)

赛普拉斯的 EZ-PD 筒形连接器替换 (BCR) 评估套件嵌入了赛普拉斯 CYPD3177 功率传输控制器，设计人员可以通过梯形电阻组合将其设置为所需的负载电压和电流值，而无需创建任何固件或自定义设备编程。初始原型制作完成后，赛普拉斯提供了一个易于使用的参考设计，这样 CYPD3177 加上六个电阻器就可以与合适的 USB-C 插座(例如Molex USB-C 连接器)一起集成到最终产品中。该连接器是 Molex 紧凑型 USB Type-C 连接器和电缆系列的一部分，支持高达 10Gbps 的传输速度并具有完整的 100W 功率传输能力。该插座采用金属外壳内的高温尼龙嵌件成型外壳制造，并具有中间连接器板，可提供稳固可靠的插配动作。

审核编辑：汤梓红