作者：安森美
USB 電池充電器在我們的日常生活中扮演著至關重要的角色，爲各類便攜式設備供電，例如電動玩具、智能手機、筆記本電腦、電動工具以及電動自行車等。憑借一系列顯著優勢，USB Type-C（USB-C 接口）已超越其他 USB 類型，成爲有線充電與數據傳輸的通用标準。
搭載最新 Power Delivery 3.1（PD 3.1）充電協議的現代 USB-C 充電器，如今可提供高達 240 瓦（W）的功率輸出，這極大地縮短瞭充電時間，同時提升瞭整體用戶體驗。此外，在硬件系統中採用寬禁帶半導體正爲充電設備帶來革命性的效率提升：它不僅減少瞭能量損耗，還有助於縮小設備體積。
USB-C電池充電器框圖
下面的框圖展示瞭安森美（onsemi）設計的 USB-C 電池充電器解決方案。 該圖說明瞭 USB-C 電池充電器中使用的電源管理和電源轉換技術。 採用的元件包括 TP PFC 控制器、 高頻準諧振反激/LLC 控制器、 栅極驅動器、 同步整流電路， 以及 iGaN 和 MOSFET 器件。 這些元件被分爲初級側和次級側兩個部分， 以提升系統效率。 如以下器件表所示， 大部分功能模塊器件均可採用安森美解決方案。
USB-C 電池充電器 - 交流輸入
USB-C 電池充電器 - 直流輸入（自動）
USB-C 充電器參考設計
如表 1 所示， 憑借強大的技術專長， 安森美提供瞭一整套高效的系統參考設計和評估闆。
表 1： 安森美 USB-C PD 系統評估闆系列
240W TP CrM PFC + 雙開關反激式參考設計
本設計採用安森美電源管理控制器方案， 包含： TP PFC控制器、 高頻準諧振反激控制器、 半橋栅極驅動器及同步整流控制器， 並通過集成GaN FET的栅極驅動器實現功率開關， 專爲240W USB-C PD3.1适配器解決方案開發。
圖1： 240W TPFC + 雙開關準諧振反激式評估闆（EVB）
特性
- • 交流輸入電壓範圍： 90V 至 264V
- • 採用圖騰柱CrM PFC + 雙開關準諧振反激拓撲
- • 採用 iGaN 器件實現高頻工作
- • 仿真電路支持 PD3.1 多路輸出協議
- • 輸出電壓： 5V、 9V、 12V、 15V、 20V、 28V、36V 和 48V / 5A
- • 紋波與噪聲： <150 mV
- • 效率：平均94.75% / 95.43% 及滿負載95.12%/ 96.17% @115VAC / 230VAC及48V / 5A
- • 輸出保護：精確的過壓保護（OVP）、過流保護（OCP）、短路保護（SCP）和開環保護
- • PCBA尺寸： 89×51×21.5mm，功率密度40W/立方英寸
USB-C 端口控制器
安森美USB-C 端口控制器具備自主工作特性， 兼具高能效和耐壓性， 從而提升瞭系統的穩定性、 性能和成本效益。 該控制器爲全配置的USB-C PD控制器， 适用於高達 100W 的解決方案， 其功耗比競争對手低40 倍， 是現代電子設備的理想選擇。
USB-C PD 控制器 FUSB302B/T
面向期望實現DRP/SRC/SNK USB Type-C連接器，但需要少量編程的系統設計人員。
主要特性：
- • 支持 USB Type-C 1.3 和 Power Delivery（PD）2.0、 3.0 标準
- • 提供完整的開源軟件支持，涵蓋所有工作模式以及 ARM、Linux 和 PIC 硬件平台
- • 将 CCx 集成到 VCONN開關上
- • 強健的 BMC接收器容錯機制
- • 支持多個産品 ID，提供多種 I²C 從地址選項
- • 系列産品差異：
o FUSB302B - DRP，可在電池完全耗盡時實現充電功能
o FUSB302T - SRC，适用於需節省功耗的旅行充電器
- • 採用14引腳 MLP 封裝（2.50mm x 2.50mm），-B/T/VMPX
- • 採用9焊點 WCSP 封裝（1.260mm x1.215mm）， -BUCX
USB-C 控制器 FUSB303B
支持通過可配置的 I²C 地址訪問， 以便在單個系統中實現多個端口的控制， 也可以僅通過引腳配置實現完全自主運行。
主要特性：
- 完全自主配置的 Type-C 控制器
o 支持 USB Type-C 規範第 1.3 版
o 可配置爲Source、 Sink和DRP模式， 並支持外設功能
o 通過 Try.SRC 和 Try.SNK 對Source、 Sink進行配置
o 通過 GPIO 或 I²C 進行配置
- 獨特的檢測算法， 確保在使用不合規線纜或器件時仍能穩定連接
- 連接器引腳支持最高 28V 直流電壓和 4kV HBM ESD 保護
- 寬電壓供電範圍： 2.7V 至 5.5V VDD
- 採 用 12 引 腳 QFN （ 1.6mm x 1.6mm x0.375mm） 封裝
安森美USB-C 端口控制器具備自主工作特性， 兼具高能效和耐壓性， 從而提升瞭系統的穩定性、 性能和成本效益。 該控制器爲全配置的USB-C PD控制器， 适用於高達 100W 的解決方案， 其功耗比競争對手低40 倍， 是現代電子設備的理想選擇。
圖 2： 典型應用示意圖 |
