如何縮小您的USB C型電池充電器

MAX77860 USB Type-C 3A開關(guān)模式充電器是一種高度集成的解決方案，將充電器、電源路徑、Safeout LDO、ADC以及USB-C CC和BC 1.2檢測(cè)集成在3.9mm x 4.0mm、0.4mm間距、WLP小型封裝中，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。OTG功能無縫集成，無需額外的電感器。這種集成水平簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，能夠在最小的PCB空間內(nèi)提供更多的功率和更多的功能。

介紹

新的USB 3.1 Type-C?標(biāo)準(zhǔn)大大簡(jiǎn)化了 我們互連和為我們的電子產(chǎn)品供電的方式。這 標(biāo)準(zhǔn)使用 USB C 型連接器進(jìn)行數(shù)據(jù)和電源傳輸 在任意兩個(gè)設(shè)備之間傳輸，最高可達(dá) 100W。因此 電池充電需要更多功能 系統(tǒng)，它往往越來越小更輕 每個(gè)新的便攜式設(shè)備。本文回顧了一個(gè)典型的USB Type-C 充電系統(tǒng)并展示如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) 同時(shí)在更小的尺寸內(nèi)提供更大的功率和更多的功能 空間。

USB 3.1 C 型標(biāo)準(zhǔn)

USB 3.1 Type-C（又名USB-C）是一種新標(biāo)準(zhǔn)， 支持高數(shù)據(jù)速率和增加之間的功率傳輸 電子產(chǎn)品。USB 3.1 可提供 10Gbps 的吞吐量 同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)電纜提供高達(dá) 3A 的電流和高達(dá) 5A 的電流 通過增強(qiáng)型電纜。總線電壓可調(diào)節(jié)至 20V（60W/3A（使用標(biāo)準(zhǔn)電纜）或 100W/5A 增強(qiáng)型電纜）。如今，許多筆記本電腦都需要 功率小于100W，因此新型號(hào)采用Type-C。 連接器可以通過USB端口充電，就像小型設(shè)備一樣 今天收費(fèi)。

USB 3.1 Type-C 標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性需要設(shè)備 作為電源提供商（源）或高級(jí)用戶進(jìn)行協(xié)商 （匯）在進(jìn)行電力傳輸之前。連接器在 Type-C 電纜的兩端是相同的，允許可逆 插件。每個(gè)連接器也是可翻轉(zhuǎn)的，這使得它可以 插入時(shí)，兩側(cè)朝上。Type-C USB 也允許 對(duì)于雙向電源，因此外圍設(shè)備可以是 已充電，并且同一設(shè)備也可以為主機(jī)設(shè)備充電。 這有望消除許多專有電源適配器 和多種類型的USB電纜，最終減少了迷宮 圍繞當(dāng)今桌面的電線。

配置通道檢測(cè)

USB Type-C的新功能是配置通道（CC） 檢波。配置通道邏輯檢測(cè)電纜 存在、方向和載流能力。電纜 當(dāng)兩條 CC 線中的一條被拉下時(shí)，將進(jìn)行檢測(cè)。 下拉哪條線（CC1 與 CC2）決定了電纜 取向。載流能力由下式?jīng)Q定 端接電阻的值。另一個(gè)新功能 USB Type-C是冷插拔的，即僅提供5V 成功完成端到端檢測(cè)后。此功能 使 USB C 型應(yīng)用中必須進(jìn)行 CC 檢測(cè)。

USB 3.1 C 型典型系統(tǒng)

圖2所示為典型的便攜式電源管理前端 配備可連接到 USB C 型電纜并供電 通過鋰離子 （Li+） 電池。

圖2.USB 3.1 C 型典型電源管理系統(tǒng)。

當(dāng)存在VBUS電壓時(shí)，它為充電器供電， 系統(tǒng)，以及其余的塊。在這個(gè)階段，電池 通過 Q 充電巴特作為電流源運(yùn)行。當(dāng) VBUS 斷開連接，電池通過 Q 為系統(tǒng)供電巴特作為“開”開關(guān)運(yùn)行。

使用 USB Type-C 協(xié)議時(shí)，CC1 和 CC2 引腳（圖 2）確定端口連接，電纜方向，角色檢測(cè)， 和端口控制。圖 2 中的充電器還支持 舊協(xié)議電池充電器 1.2 （BC1.2）。

典型解決方案

電池系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)可能非常 在 BOM 和 PCB 空間方面成本高昂。圖 3 顯示了 PCB 充電器的尺寸和檢測(cè)部分用兩個(gè)實(shí)現(xiàn) IC，一個(gè)用于充電器，一個(gè)用于兩個(gè)檢測(cè)模塊 圖2.雙芯片解決方案加無源器件占用61mm2.

圖3.通用集成解決方案PCB尺寸（61mm2)

高度集成的解決方案

通過更高的 集成水平。在圖 4 中，藍(lán)色突出顯示的框顯示 理想情況下可以集成在單個(gè)電源中的所有模塊 管理IC（PMIC）。

圖4.USB 3.1 C 型集成路徑。

通過這種集成度，系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低，如圖5所示。

圖5.集成充電系統(tǒng)。

集成 USB C 型充電器

MAX77860集成度更高，性能高， 單輸入開關(guān)模式充電器，具有 用于單節(jié)電池的 USB C 型 CC 檢測(cè)功能（圖 6） Li+電池。該 IC 支持高達(dá) 15W 的應(yīng)用和 包括反向升壓能力、高壓 LDO 和 一個(gè) 6 通道 ADC。開關(guān)充電器設(shè)計(jì)有 強(qiáng)大的 CC、CV 和芯片溫度調(diào)節(jié)算法 輸入功率調(diào)節(jié)，以及I2C 可編程設(shè)置為 適應(yīng)各種電池尺寸和系統(tǒng)負(fù)載。 它適合緊湊的 3.9mm x 4.0mm WLP 封裝。

圖6.集成充電器 PMIC。

相應(yīng)的PCB布局如圖7所示。這 集成解決方案加上無源器件僅占用 42mm2，30% 減小印刷電路板尺寸。

圖7.高度集成的解決方案，PCB尺寸更小（42mm）2).

易用性

在典型的系統(tǒng)中，微控制器或主機(jī)微處理器 根據(jù)電流配置充電器的輸入電流限值 端口控制器 IC 檢測(cè)到的級(jí)別。The MAX77860 獨(dú)立設(shè)置充電器的輸入電流限值，允許 充電器，用于在電源的全部容量下為電池充電， 這導(dǎo)致更快的充電。這也簡(jiǎn)化了主機(jī) 軟件開發(fā)。

設(shè)計(jì)靈活性

向后兼容性支持適用于 USB Type-C 和傳統(tǒng)適配器。集成式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 釋放微控制器中的資源，同時(shí)提供 精確的電壓、電流和溫度測(cè)量 先進(jìn)的電源管理。

用于 OTG 電源的反向升壓

USB On-The-Go（OTG）是一種允許USB的規(guī)范 手持式計(jì)算機(jī)和終端等設(shè)備，便攜式 游戲玩家和電池供電的健康監(jiān)測(cè)設(shè)備 充當(dāng)主機(jī)。這允許其他 USB 設(shè)備或配件 例如 USB 閃存驅(qū)動(dòng)器、數(shù)碼相機(jī)、鼠標(biāo)或鍵盤，以 依附于他們。USB Type-C 規(guī)范還允許 為具有反向升壓功能的其他設(shè)備供電的設(shè)備。

圖8簡(jiǎn)明扼要地說明了充電和反向升壓 功能。

在充電模式下，S1打開，開關(guān)穩(wěn)壓器（S2和 S3降壓模式下的同步開關(guān)）降壓 CHGIN 電壓至 SYS 引腳。從那里，線性穩(wěn)壓器， 控制調(diào)整管 S4，為電池充電 （S4上）。

在沒有輸入電源的反向升壓模式（OTG）下，電池 電壓（S4全開）被提升（S2和 S3同步切換 升壓模式下）在 CHGIN 引腳 （S1上）。

在此實(shí)現(xiàn)中，反向升壓模式不需要 附加電感器。然后使用升壓的CHGIN電壓 用于 USB OTG 功能。

在純電池模式下，開關(guān) S1已關(guān)閉。

圖8.充電器和反向升壓工作模式。

安全電源

安全LDO是受保護(hù)的高壓線性輸入 提供可編程輸出電壓 3.3V/4.85V/4.9V/4.95V，通過I電流2C 寄存器。它用于供應(yīng) 低電壓額定 USB 系統(tǒng)。安全的線性穩(wěn)壓器 當(dāng) CHGIN = 3.2V 時(shí)打開，當(dāng) CHGIN 大于過壓閾值。

結(jié)論

新的USB 3.1 Type-C標(biāo)準(zhǔn)需要更多功能 來自電池充電系統(tǒng)，即使安裝在便攜式中 設(shè)備往往越來越小，越來越輕。 我們回顧了一種典型的充電解決方案，其低水平 集成，導(dǎo)致需要大PCB面積的大型BOM。 高度集成的解決方案，如MAX77860 USB所示 Type-C 3A 開關(guān)模式充電器，大幅減少系統(tǒng) 通過集成充電器、電源路徑、 安全輸出 LDO、ADC 以及 USB-C CC 和 BC 1.2 檢測(cè) 采用小型 3.9mm x 4.0mm、0.4mm 間距 WLP 封裝。奧特格 功能無縫集成，無需 額外的電感器。這種集成水平簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)， 能夠在 最小的印刷電路板空間。

審核編輯：郭婷