全集成汽車 USB Type-A 和 USB Type-C 充電器控制芯片

簡介

汽車中控系統(tǒng)通常都會(huì)提供一個(gè) USB 充電端口，該端口需要在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)為移動(dòng)設(shè)備充電。對這些系統(tǒng)而言，選擇帶 USB 限流開關(guān)的汽車級 IC 非常重要。本文將介紹 MPS 的 USB 充電端口降壓變換器 MPQ4228-C-AEC1，以及如何將其高效率的優(yōu)勢應(yīng)用于 USB 集線器和其他 USB Type-C 、USB Type-A 應(yīng)用中。

MPQ4228-C-AEC1

MPQ4228-C-AEC1 提供了一種集成降壓開關(guān)模式變換器和 USB 限流開關(guān)的 USB 充電解決方案（見圖 1）。它支持 BC1.2 CDP 模式和 USB Type-C 5V @ 3A DFP 模式，并采用小尺寸 QFN-22 (4mmx4mm) 封裝。該器件集成了一個(gè)同步 DC/DC 降壓變換器和一個(gè)支持 CDP 模式的充電器端口控制器，可減少組件數(shù)量，從而改善 EMI 性能并減小 PCB 尺寸。

圖 1：MPQ4228-C-AEC1 典型應(yīng)用電路

MPQ4228-C-AEC1 提供多種強(qiáng)大的保護(hù)功能，包括打嗝模式的限流保護(hù)（支持 MFI OCP）、輸出過壓保護(hù)（OVP）、USB_OUT/DP/DM/CC1/CC2 到電池的短路保護(hù)，以及過溫保護(hù)（OTP） 。

MPQ4228-C-AEC1 還可用于 USB Type-A 和 USB Type-C 應(yīng)用。其CC2 引腳可檢測連接以配置 USB Type-C 電纜和連接器之間的接口。當(dāng) CC1 引腳接地時(shí)，MPQ4228-C-AEC1 工作于 USB Type-A 模式，電流限制遵從 USB Type-A 規(guī)范。

效率

MPQ4428-C-AEC1 采用高效率 DC/DC 變換器，峰值效率高達(dá) 94.4%，且總負(fù)載溫升僅為 31°C 。由于該器件具有相當(dāng)高的效率，其產(chǎn)生的熱量也非常少，這不僅降低了散熱需求，還縮小了整體解決方案尺寸。其效率曲線如圖 2 所示。

圖2：效率與負(fù)載電流

外殼溫度測試

圖 3 顯示了 MPQ4228-C-AEC1 的外殼溫度測試結(jié)果。測試條件為：輸入電壓 (VIN) = 12V，USB = 5V，輸出電流 (IOUT) = 3A。測量在 4 層 PCB (57.4mmx57.4mm) 上進(jìn)行；其頂層和底層為 2oz，而中間層 1 和中間層 2 為 1oz。環(huán)境溫度 (TA) 為 25°C。

圖3：外殼溫度測試

數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸需要出色的信號(hào)完整性，通過眼圖測試可以評估 USB 2.0 信號(hào)的完整性。如圖 4 所示，當(dāng)主機(jī)數(shù)據(jù)通過 MPQ4228-C-AEC1 的內(nèi)部 DP/DM 數(shù)據(jù)開關(guān)時(shí)，150cm 電纜具有出色的眼圖性能。在此測試中，VIN = 12V，開關(guān)頻率 (fSW) = 420kHz。

圖4：眼圖

電磁干擾 (EMI)

隨著汽車電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，對整車電磁兼容（EMC）性能的要求也越來越嚴(yán)格。電磁干擾（EMI）會(huì)降低器件性能；在某些應(yīng)用中可能產(chǎn)生更明顯的影響，例如收音機(jī)產(chǎn)生噪音。

MPQ4228-C-AEC1 具有頻譜擴(kuò)展功能，在無需屏蔽和共模電感的條件下，即可通過 CISPR25 Class 5 標(biāo)準(zhǔn)。圖 5 顯示了其傳導(dǎo) EMI 測試結(jié)果。測試條件為：VIN = 12V，總線電壓 (VBUS) = 5V，IOUT = 3A，電感 (L) = 4.7μH，fSW = 420kHz，F(xiàn)REQ 引腳連接到 GND，工作模式為強(qiáng)制脈寬調(diào)制 (PWM) 模式。

圖5：傳導(dǎo) EMI 測試結(jié)果

圖 6 顯示了輻射 EMI 測試結(jié)果。測試條件與傳導(dǎo) EMI 相同。

圖6：輻射 EMI 測試結(jié)果

線路壓降補(bǔ)償

車輛和 USB 端口之間存在一定的距離，而這段距離的線路壓降會(huì)影響終端的充電電壓和充電速度。而且，不同車型中的這段距離有所不同。MPQ4228-C-AEC1 針對這個(gè)問題定義了可靈活配置的線損補(bǔ)償。

圖7：線路壓降補(bǔ)償與負(fù)載電流

MPQ4228-C-AEC1 是 MPQ4228 系列產(chǎn)品之一。該系列還包括以下器件：

MPQ4228-AEC1，支持 Apple 3A Divider 模式以及 BC1.2 和 1.2V/1.2V 模式 DCP 方案。

MPQ4228-Q-AEC1，支持快充 (QC3.0) 模式，向下兼容 BC1.2、Apple 3A Divider 模式和 1.2V/1.2V 模式 DCP 方案。

MPQ4228 系列通過 VBUS/DM/DP/CC 引腳提供電池短路保護(hù)，可通過 ±8kV IEC 61000-4-2 接觸放電測試和 ±15kV IEC 61000-4-2 空氣放電測試。

結(jié)語

本文介紹了 MPQ4228-C-AEC1 所具有的優(yōu)勢，如高效率、出色的 EMI 性能和優(yōu)化的散熱性能。除此之外，您還可以參考該視頻了解 MPQ4228 系列的另一個(gè)產(chǎn)品，MPQ4228-AEC1。MPS 提供一系列功能強(qiáng)大且符合 AECQ-100 認(rèn)證的 USB 充電端口，可滿足任何設(shè)計(jì)需求。

審核編輯 黃宇