攻克 USB Type-C PD 应用的设计挑战

作者： Pete Bartolik

当用户可以使用 USB Type-C 电力传输 (PD) 技术轻松、无碍地为其设备充电时，产品设计师就可为项目的圆满完成而感到欣慰。这是因为他们已经能够应对 USB PD 充电的各种复杂挑战。

USB PD 专为可扩展而设计，广泛应用于笔记本电脑、智能手机、外设和物联网设备，能够减少设备对专用电源适配器的需求。这是一项颠覆性技术，配备了可灵活地进行高功率充电和数据传输的正反插拔连接器。

这种连接器可以处理各种不同级别的电压（5 V 到 20 V）和功率（可达 100 W 或者更高）。此外，这种连接器支持在电源和接收器之间切换，以提升电源管理效率。因此，实现了快速充电、多设备兼容与高效能源传输，并提供过压、过流保护等集成安全保护。

对用户而言，虽然 USB PD 实现了更快的充电速度和更高的功率传输，但其设计复杂。具体应用必须能在电源和接收器之间转换，确保符合 USB PD 3.0 标准，并可能需要固件来管理电源配置文件。

使用这些连接器的设备，如笔记本电脑、平板电脑和移动电源等必须能够通过如 USB-C、壁式适配器、电池等充电，同时保持高效率。某些设计可能仅限于降压或升压充电，这使其在处理可变输入电压时效率低下。

其他问题包括最大限度地减少电源转换期间的发热，确保多设备与不同充电器和配件的兼容性，以及提升紧凑设计的电源效率。

简单的恒功率应用可能不需要固件，但动态或多角色 USB PD 应用通常需要。许多先进的 USB PD 控制器需要固件来管理电源协商、角色转换，以及其他安全功能。

简化和优化USB PD 电力传输

Renesas Electronics Corporation 推出一种 USB-PD 扩展功率范围 (EPR) 解决方案。该方案集成了 Type-C 端口控制器和降压升压电池充电器，二者协同降低复杂性并优化了电力传输，助力打造高效可靠的 USB-PC 设计。

Renesas RAA489400 USB Type-C 端口控制器（图 1）集成了关键的 USB PD 3.0 功能（包括电源协商、角色转换和安全保护），从而降低了固件复杂性，否则可能需要大量的开发时间和成本。虽然该控制器可自主控制电力传输，但可能需要 MCU 来实现高级策略控制或自定义电源配置。

图 1：Renesas RAA489400 端口控制器集成了关键的 USB PD 3.0 功能。（图片来源：Renesas Electronics Corporation）

RAA489400 可简化 USB PD 合规性流程，能够处理电源角色转换、供电协议协商及故障保护。该器件可以支持高达 240 W 的高功率应用，适用于电池供电型移动设备、移动电源和台式机、电动自行车和无人机、工业系统，以及吸尘器等家用电器。

该控制器内置模数转换器，可精确监测 VBUS 电压和电流，从而对电力输送进行实时优化。SMBus/I²C 通信支持与 Type-C 端口管理器 (TCPM) 的无缝集成，既能确保与多端口系统的兼容性，又能简化固件开发。

Renesas [RAA489118]降压升压充电器是一款高效电池充电器，可用于管理各种输入和输出电压下的电力传输，同时确保最佳电池性能。

这款充电器能够根据需要升高或降低电压，可支持需要从多个电源充电的应用，例如 USB Type-C 适配器、太阳能电池板或直接连接电池。无论输入电压高于还是低于电池所需的充电水平，RAA489118 都会进行相应调节，确保充电过程稳定高效。这款充电器无需多个分立式电源管理元件，从而降低了 PCB 复杂性和总体开发成本。

结语

USB Type-C 电力传输技术可使产品开发人员打造更智能、充电更快且能效更高的设备，但需克服其固有技术挑战。Renesas 的 RAA489400 USB Type-C 端口控制器和 RAA489118 降压升压电池充电器提供了一种全面的电源管理解决方案，可简化高性能应用的 USB-C 电力传输和电池充电。