140W USB Type-C 电池系统参考设计 RTK-G015-EPRSinkCharger 详解

作为电子工程师，我们在设计工作中常常会遇到各种电源管理和电池充电的难题。今天，我要和大家详细分享一款非常实用的 USB Type-C 电池系统参考设计——RTK-G015-EPRSinkCharger（RTKA489EPRDE0010BU）。

文件下载：Renesas Electronics RTKA489EPRDK0010BU 评估板.pdf

一、产品概述

RTK-G015-EPRSinkCharger 是一款支持 2 至 7 节串联锂离子电池的通用串行总线功率传输（USB PD）评估板。它由 48V USB - C 端口控制器（SPR/EPR TCPC）RAA489400、USB - C 端口管理器（TCPM）R9A02G0151 和板载充电器 RAA489118 组成，支持 USB PD 2.0、USB PD 3.1 和 USB Type - C 规范，可作为 USB Type - C EPR 功率接收器充电器或 EPR 移动电源使用。不过需要注意的是，该评估板上没有电池保护电路，因此强烈建议搭配瑞萨的电池管理系统（BMS）使用，以避免在移动电源模式下出现过放电情况。

二、产品特性

（一）USB 功率传输和 USB Type - C 特性

1. 支持多种电压模式：在仅接收模式（Sink Only）下，需要从 USB Type - C 电源供应设备获取 SPR 模式 5V、9V、15V、20V 或 EPR 模式 28V 的输入；在移动电源（DRP）模式下，接收模式同样需要上述电压输入，而在供电模式下支持 15W、27W、45W、60W、100W 或 140W 的源 PDP 额定功率。
2. USB Implementers Forum 认证：RAA489400 的 TID = 10147，R9A02G0151 的 TID = 8183，这表明该产品在 USB 相关标准方面具有较高的合规性。
3. 单 USB Type - C 端口：方便与各种 USB Type - C 设备进行连接。

（二）接口特性

1. LED 指示灯：包括电源供应指示灯（2 个绿色 LED，分别用于接收和供电指示）以及来自 R9A02G0151 的 3 个红色指示灯，用于指示硬件设置错误、EPR 模式和上电复位等状态。
2. 开关：通过旋转开关可以进行电池配置控制、充电电流限制控制和操作模式选择。
3. 调试接口：提供瑞萨片上调试仿真器接口，方便进行固件的编写和调试。
4. 电池管理系统接口：可与包括 FGIC 的电池模块进行通信，实现电池管理功能。

三、组件信息

（一）IC 组件

评估板上集成了多个重要的 IC，如 R9A02G0151（USB - C 端口管理器）、RAA489400（48V USB - C 端口控制器）、RAA489118（板载充电器）等，每个 IC 都有其特定的功能和引脚分配。

（二）连接器

包括 USB Type - C 插座、瑞萨片上调试仿真器接口、USB2.0 数据接口、电池管理系统连接器等，为不同的功能扩展和连接提供了便利。

（三）开关

通过旋转开关可以设置充电电流限制、操作模式和电池单元数量等参数。

（四）LED

不同的 LED 用于指示各种状态，方便用户了解评估板的工作情况。

四、功能设置

（一）电池配置

通过旋转开关 SW1B 可以设置电池的串联数量，标准固件中针对不同的电池配置定义了相应的最大系统电压（MaxSysVol）和最小系统电压（MinSysVol）。如果需要使用其他的 MaxSysVol 和 MinSysVol 值，可以使用 VIDWriter 1.2.1.0 生成包含这些参数的固件。

（二）充电电流限制

使用旋转开关 SW1 可以设置充电电流限制和操作模式，共有三种操作模式：板载模式（Board）、电池管理系统模式（BMS）和手动模式（Manual）。在不同的模式下，需要根据具体情况进行相应的设置和固件更新。

（三）操作模式选择

通过旋转开关 SW3 可以选择操作模式，包括 28V/140W EPR DRP 模式和 28V/140W EPR 仅接收模式等。在不同的模式下，评估板的工作方式和所需的输入输出条件也有所不同。

五、板卡设置和使用

（一）所需材料

需要 1 个 RTK - G015 - EPRSinkCharger 评估板和 1 根 USB Type - C 电缆，根据所需的最大 Type - C 源 PD 功率，可能需要 5A 电缆或 EPR 电缆。

（二）连接电池模块

根据不同的情况，可以选择使用标准充电器参数、自定义充电器参数或搭配瑞萨 BMS 接口进行电池模块的充电。在连接过程中，需要注意开关的设置和固件的更新，同时要确保 LED 指示灯的状态正常，以避免操作模式和电池配置与实际系统不匹配的问题。

（三）移动电源模式设置

如果需要使用评估板的移动电源模式，在无 USB2.0 数据通信时，需要安装跳线短接 JP1 的 DP 和 DM；在有 USB2.0 数据通信时，需要参考支持 USB 外设功能的相关内容。

六、固件编写

（一）固件生成

在特定的操作环境下，使用 VIDWriter 1.2.1.0 工具可以生成所需的固件。在生成过程中，需要根据实际需求选择相应的功能、设置 VID/PID 号码，并在相应的字段中设置最大电池充电电压、最小电池电压、最大充电电流和最大源 PDP 等参数。

（二）闪存写入概述

R9A02G0151 支持串行编程接口，可以使用专用的闪存编程器（如 PG - FP6、E1、E2、E2 Lite、E20 片上调试仿真器）进行固件的写入。在不同的情况下，需要选择合适的写入工具和方法。

（三）使用瑞萨片上调试仿真器进行固件写入

由于评估板没有完整的 14 针仿真器连接器，需要使用转换器进行连接。连接完成后，使用瑞萨闪存编程器 V3 进行编程操作，具体步骤包括创建新项目、选择微控制器和工具、设置电源供应、选择操作设置并开始编程等。

七、可选功能

（一）支持 USB 外设功能

评估板虽然本身没有 USB 数据通信功能，但提供了接口，可以扩展基于 USB2.0 的外设功能测试和调试。在进行调试时，需要移除 JP1 的跳线，并将系统的 D + /D - 信号连接到 JP1 的 DP/DM 上。

（二）支持 SMBus 目标接口

评估板具有 SMBus 目标接口，可以与外部控制器进行通信。如果需要通过外部控制器控制评估板，需要将系统的 SMBus 控制器信号连接到 J1 上。

综上所述，RTK - G015 - EPRSinkCharger 评估板是一款功能强大、灵活性高的 USB Type - C 电池系统参考设计，适用于各种需要 USB 功率传输和电池充电管理的应用场景。在使用过程中，我们需要仔细了解其各项特性和功能设置，严格按照操作步骤进行操作，以确保评估板的正常运行和电池的安全使用。大家在实际应用中有没有遇到过类似评估板的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。