USB PD控制器MP5031簡介

USB PD控制器MP5031簡介

概述

MP5031 作為新一代快充芯片可以滿足手機和其他設備對快充技術越來越高的要求。這款 USB 供電 (PD) 控制器芯片可兼容 USB Type-C 2.0 和 USB PD 3.0 規(guī)范，并支持專用充電端口 (DCP) 方案。MP5031 還支持 BC1.2 充電數據端口 (CDP) 握手協(xié)議。本文將介紹 MP5031 的功能特性，并探討其適用的各種功率范圍解決方案。

MP5031綜述

MP5031 采用小尺寸 QFN-20 (4mmx4mm) 封裝（見圖 1）。 其緊湊的封裝和簡潔的外圍設備使布局更加方便，而集成的物理層、協(xié)議層和策略引擎則保證了穩(wěn)健的 PD 通信。

圖1: MP5031芯片

不同于具有微控制器 (MCU) 的控制芯片，MP5031是一款專用集成芯片 (ASIC)。其尤為突出的是沒有復雜的配置要求，而且易于使用、可靠性高、靈活性強。MPQ5031 可與 DC/DC 變換器搭配使用，以支持 15W 至 100W 的全功率范圍以及多通道應用。

可配置供電數據對象 (PDOS)

MP5031 提供五個供電數據對象 (PDO) 以支持寬功率范圍。PDO可根據不同的應用規(guī)格進行配置，其靈活的組合提供了多功能性，可適應各種功率級別。

圖 2 顯示了 MP5031 的充電波形。

圖2: MP5031充電波形

通信協(xié)議

MP5031無需外部用戶交互即可兼容多種主流協(xié)議，如Quick Charge 3.0（QC 3.0）、華為快充協(xié)議（FCP）、BC1.2、Apple Divider 3模式、1.2V/1/2V模式。

CDP模式

除了純充電協(xié)議以外，MP5031還支持CDP模式，可以在PD快充時實現接收方與主機之間的數據通信。 它可通過 I2C 接口設置 CDP_EN = 1 ，并啟用 CPD 模式握手。圖 3 顯示了 CDP 模式設置。

圖3: CDP模式設置

保護功能

MP5031 具有兩個可配置的負溫度系數 (NTC) 引腳，用于監(jiān)測 USB Type-C 接口和電路板的溫度。如果溫升過高，這些引腳還可關斷或降低輸出功率，以確保安全地快充。

另外，該器件還提供高壓 I/O 引腳，以支持外部 DC/DC 變換器的短路保護 (SCP)，包括電池短路保護和 VBUS 短路保護。

GPIO Pins

MP5031具備多個通用 I/O (GPIO) 引腳，可配置為監(jiān)測輸入電壓 (VIN) 并在輸入欠壓時降低輸出功率。GPIO 引腳和 I2C 接口用于與外部電源變換器的通信。

MP5031的實際應用場景

MP5031 可與其他 MPS 器件一起使用，實現完整的解決方案。

MP5031 與 MP4247組合應用實現 60W 至 100W 解決方案

MP4247 是一款升降壓（Buck-Boost）變換器，它可在特定 VIN 條件下以出色的效率提供高達 100W 的峰值輸出功率。該器件具有一次性可編程 (OTP) 存儲器，非常適合 USB PD 應用。

圖 4 顯示了MP5031 和 MP4247 的組合應用參考設計。

圖 4： MP5031與 MP4247 的組合應用參考設計

這種升降壓拓撲解決方案具有以下優(yōu)勢：

集成兩個具有低導通電阻的下管MOSFET (LS-FET) 晶體管，以實現更好的散熱性能、更小解決方案尺寸，同時降低成本

支持高達 36V 的 VIN，3.3V 至 21V寬總線電壓 (VBUS)范圍

默認支持60W輸出功率（最大100W）

具有三個可選頻率（250kHz、420kHz 和 600kHz），并提供頻率抖動功能以提高 EMI 性能

支持CC消隱功能和線損補償

具有出色的效率和散熱性能

在 60W 的輸出功率下，該方案效率可高達 98%，溫升僅為 25°C（采用 6.4cmx6.4cm 測試板）（參見圖 5）。

圖 5：VIN = 12V 和 60W 輸出功率時的效率與外殼溫升

該方案默認配置為 5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/3A 和 3.3V 至 21V/3A 增強型 PDO (APDO)。這些配置均支持 CDP 模式以及 DCP 方案（包括 USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、華為 FCP、BC1.2、Apple Divider 3 模式和 1.2V/1/2V 模式）。

圖 6 顯示了五個 PDO的配置。

圖 6：USB-PD 測試配置

MP5031搭配 MP2491C實現 100W 解決方案

MP2491C 是一款具有輸出電壓調節(jié)控制功能的全集成高壓降壓變換器。該器件的恒定導通時間 (COT) 控制操作可提供快速瞬態(tài)響應、簡單的環(huán)路設計和嚴格的輸出調整率。

圖 7 顯示了MP5031 和 MP2491C 的組合應用參考設計。

圖 7：MP5031 和 MP2491C 組合應用參考設計

MP5031 和 MP2491C組合解決方案具備以下優(yōu)勢：

集成兩個具有低導通電阻MOSFET的降壓拓撲

默認支持100W輸出功率

支持高達 32V 輸入電壓和 5V 至 20V 的寬輸出電壓范圍

具有 490kHz 固定頻率

提供一個外部 ILIM 電阻，可輕松調節(jié)電流限制

支持低壓差 (LDO) 模式

VIN = 21V 時可提供高達 98% 的最大占空比

MP5031 和 MP2491C 組合解決方案在 57°C 溫升（采用 3.5cmx3.8cm 測試板）條件下可實現高達 98.5% 的效率（參見圖 8）。

圖 8：VIN = 21V 時的效率曲線

固定 PDO 的默認配置為 5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/5A 和 20V/5A。 這些配置均支持 CDP 模式以及 DCP 方案（包括 USB Type-C 2.0、USB PD 3.0、QC 3.0、華為 FCP、BC1.2、Apple Divider 3 模式和 1.2V/1/2V 模式）。

圖 9 顯示了四個 PDO的配置。

圖9: PDO配置

結語

本文介紹了 MP5031的功能特性，及其相對于傳統(tǒng)控制芯片所具有的優(yōu)勢。其優(yōu)勢包括（但不限于）可配置 PDO、兼容各種主流協(xié)議、CDP 模式、保護功能和 GPIO 引腳等。文章還介紹了分別采用 MP4247 和 MP2491C為 MP5031 定制的組合解決方案。

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審核編輯：湯梓紅