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(guān)重要的角色，為各類便攜式設(shè)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(yōu)勢，USB Type-C（USB-C 接口）已超越其他 USB 類型，成為有線充電與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ脴藴省?/p>

搭載最新 Power Delivery 3.1（PD 3.1）充電協(xié)議的現(xiàn)代 USB-C 充電器，如今可提供高達 240 瓦（W）的功率輸出，這極大地縮短了充電時間，同時提升了整體用戶體驗。此外，在硬件系統(tǒng)中采用寬禁帶半導(dǎo)體正為充電設(shè)備帶來革命性的效率提升：它不僅減少了能量損耗，還有助于縮小設(shè)備體積。

USB-C電池充電器框圖

USB-C電池充電器框圖

下面的框圖展示了安森美（onsemi）設(shè)計的 USB-C 電池充電器解決方案。 該圖說明了 USB-C 電池充電器中使用的電源管理和電源轉(zhuǎn)換技術(shù)。 采用的元件包括 TP PFC 控制器、 高頻準諧振反激/LLC 控制器、 柵極驅(qū)動器、 同步整流電路， 以及 iGaN 和 MOSFET 器件。 這些元件被分為初級側(cè)和次級側(cè)兩個部分， 以提升系統(tǒng)效率。 如以下器件表所示， 大部分功能模塊器件均可采用安森美解決方案。

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(shè)計

USB-C 充電器參考設(shè)計

如表 1 所示， 憑借強大的技術(shù)專長， 安森美提供了一整套高效的系統(tǒng)參考設(shè)計和評估板。

表 1： 安森美 USB-C PD 系統(tǒng)評估板系列

240W TP CrM PFC + 雙開關(guān)反激式參考設(shè)計

本設(shè)計采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、 半橋柵極驅(qū)動器及同步整流控制器， 并通過集成GaN FET的柵極驅(qū)動器實現(xiàn)功率開關(guān)， 專為240W USB-C PD3.1適配器解決方案開發(fā)。

圖1： 240W TPFC + 雙開關(guān)準諧振反激式評估板（EVB）

特性

交流輸入電壓范圍： 90V 至 264V

采用圖騰柱CrM PFC + 雙開關(guān)準諧振反激拓撲

采用 iGaN 器件實現(xiàn)高頻工作

仿真電路支持 PD3.1 多路輸出協(xié)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(huán)保護

PCBA尺寸： 89×51×21.5mm，功率密度40W/立方英寸

USB 端口控制器

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， 從而提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 性能和成本效益。 該控制器為全配置的USB-C PD控制器， 適用于高達 100W 的解決方案， 其功耗比競爭對手低40 倍， 是現(xiàn)代電子設(shè)備的理想選擇。

USB-C PD 控制器 FUSB302B/T

面向期望實現(xiàn)DRP/SRC/SNK USB Type-C連接器，但需要少量編程的系統(tǒng)設(shè)計人員。

主要特性：

支持 USB Type-C 1.3 和 Power Delivery（PD）2.0、 3.0 標準

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 硬件平臺

將 CCx 集成到 VCONN開關(guān)上

強健的 BMC接收器容錯機制

支持多個產(chǎn)品 ID，提供多種 I²C 從地址選項

系列產(chǎn)品差異：o FUSB302B - DRP，可在電池完全耗盡時實現(xiàn)充電功能o FUSB302T - SRC，適用于需節(jié)省功耗的旅行充電器

采用14引腳 MLP 封裝（2.50mm x 2.50mm），-B/T/VMPX

采用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(tǒng)中實現(xiàn)多個端口的控制， 也可以僅通過引腳配置實現(xiàn)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(guī)范第 1.3 版o 可配置為Source、 Sink和DRP模式， 并支持外設(shè)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(guī)線纜或器件時仍能穩(wěn)定連接

連接器引腳支持最高 28V 直流電壓和 4kV HBM ESD 保護

寬電壓供電范圍： 2.7V 至 5.5V VDD

采 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， 從而提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 性能和成本效益。 該控制器為全配置的USB-C PD控制器， 適用于高達 100W 的解決方案， 其功耗比競爭對手低40 倍， 是現(xiàn)代電子設(shè)備的理想選擇。

圖 2： 典型應(yīng)用示意圖