USB Type-C/QC快充最合適的電源控制器解析

　　隨著電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品的普及，電子設(shè)備間通過互聯(lián)來傳輸數(shù)據(jù)以及快速充電的應(yīng)用越來越多，這就使USB type-c和Quick Charge（QC）成為市場發(fā)展的新趨勢。USB type-c接口的目標(biāo)是將不同電子設(shè)備之間的互聯(lián)采用統(tǒng)一的接口，同時可以提供電源和傳輸數(shù)據(jù)，也支持音視頻和客戶個性化的通信協(xié)議。而Quick Charge是通過提升輸出電壓來降低電纜和接頭上的損耗以增大輸出功率，并通過USB 信號線D+、D-的不同狀態(tài)來設(shè)定輸出電壓。
　　因此，要想滿足USB type-c和Quick Charge這兩個標(biāo)準(zhǔn)，就需要一款能夠根據(jù)用電設(shè)備的要求進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的電源控制器。安森美半導(dǎo)體的單電感H橋升降壓電源控制器 NCP81239就是非常理想的選擇。它可以適配寬輸入電壓范圍和寬輸出電壓范圍，芯片集成的I2C接口可和外部的微控制器（MCU）配合進(jìn)行輸出電壓的步進(jìn)調(diào)整，且可在同一個type-c端口實(shí)現(xiàn)多種快充協(xié)議，還能對接蘋果LighTIng 接口快充協(xié)議、三星接口快充協(xié)議等等。
　　NCP81239的功能特性及工作原理
　　NCP81239支持寬輸入電壓范圍，提供從150 kHz至1.2 MHz動態(tài)可編程的開關(guān)頻率，集成4個MOSFET驅(qū)動，采用雙沿電流模式控制，支持輸出預(yù)偏置啟動，自適應(yīng)死區(qū)時間控制防止直通，具有獨(dú)立的輸入和輸出電流檢測，輸出電壓（范圍0至20V）可以通過I2C 編程，集成過壓、欠壓、過流和精確的過載保護(hù)等完善的保護(hù)功能，同時還提供對5 V Vconn電源的保護(hù)。
　　
　　圖1：NCP81239典型應(yīng)用電路圖
　　NCP81239采用雙沿電流模式升降壓控制，可實(shí)現(xiàn)降壓模式到升壓模式的無縫切換。I2C接口僅用兩條信號線實(shí)現(xiàn)雙向串行通信，開漏極的連接可以方便的在不同邏輯電平間接口，兼容1.8 V，2.5 V，3.3 V和5 V邏輯電平的MCU。
　　輸入輸出電流可以通過高邊的檢測電阻進(jìn)行檢測，檢測到的電壓分為內(nèi)部和外部兩個通道：內(nèi)部電流信號用于電流模式的環(huán)路控制和限流保護(hù)，過流保護(hù)可以通過內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置或屏蔽，內(nèi)部固定增益為10倍，內(nèi)部電流值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）存入對應(yīng)的寄存器，可以通過I2C讀取；外部電流信號可以被MCU讀取執(zhí)行相應(yīng)的軟件操作，外部的阻抗可以設(shè)定電流測量的量程，電流檢測運(yùn)放跨導(dǎo)為5mS，外部也可以接電阻電容將電流信號濾成平均值。
　　NCP81239內(nèi)置4通道7位ADC，可實(shí)現(xiàn)輸入、輸出之間的A/D轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的值可通過I2C讀取內(nèi)部寄存器的方式進(jìn)行讀取。內(nèi)部的反饋參考電壓通過9位的DAC進(jìn)行設(shè)定，參考電壓范圍為0 V到2.55 V，輸出電壓范圍同時可以通過外部的分壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)定。由于內(nèi)部步長有9位ADC，步長比較小，所以便于用MCU I2C接口進(jìn)行設(shè)定補(bǔ)償電纜壓降，從而使負(fù)載端電壓可保持在設(shè)定值的誤差范圍內(nèi)，非常適合QC3.0 或USB PD等需要調(diào)壓的場合。 在USB PD、QC2.0、QC3.0等規(guī)格下，如需對輸出電壓進(jìn)行動態(tài)的設(shè)定，會涉及到調(diào)壓速率。如果調(diào)壓速度過快會導(dǎo)致電感電流過沖，輸出電壓過沖或下沖。NCP81239內(nèi)置寄存器，可通過I2C接口設(shè)置，從而控制調(diào)壓時電壓上升和下降的斜率。
　　NCP81239通過RS1檢測輸入的峰值電流來進(jìn)行正向過流保護(hù)，限流模式為逐波加打嗝模式。無論在降壓模式還是在升壓模式，在一個周期中檢測到過流時，會立即關(guān)斷Q1限制輸入功率。如果逐波限流的時間達(dá)到2mS或FB電壓低于300毫伏，則進(jìn)入快速關(guān)斷模式，同時關(guān)斷4個開關(guān)，10 mS 后會重新軟啟動到原來設(shè)定的輸出電壓和電流。過流保護(hù)值可以通過I2C或電流檢測電阻進(jìn)行設(shè)定，電流檢測電阻的選擇要保證CSP1-CSN1的電壓在過流時也不要超過100mV的運(yùn)放差模電壓范圍。如果采用5毫歐檢測電阻，對應(yīng)的峰值過流保護(hù)值如下表，默認(rèn)值7.6 A。