便携式设备简易USB Type-C电源管理设计

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188比分直播吧近年来,带有USB Type-C连接器的应用程序和便携式设备越来越普遍。它们的优点包括体积小、易于使用和多功能性。USB Type-C(又称USB- c)支持多种协议,如USB 3.1、DisplayPort、HDMI、USB PD等。USB实现者论坛(USB- if)发布了USB Type-C的指南,称为USB Type-C电缆和连接器规范,概述了USB Type-C的标准,以实现其通用性。本文将讨论USB Type-C规格,并建议如何设计一个简化的电源传输解决方案,以满足为便携式设备和附件应用供电的必要要求。188比分直播吧

USB Type-C规范定义了四对电源引脚用于供电,两个CC引脚用于检测设备状态。USB Type-C规范定义了两个潜在的电源:VBUS和VCONN。VCONN引脚没有特定的规格,因为它总是在3V和5V之间,但VBUS有一个宽的电压范围,必须符合不同的协议,如USB PD。在USB PD协议下,VBUS电压可高达20V。为了在电压突然上升时保护连接的设备,USB Type-C电缆和连接器规范要求连接到VBUS引脚的引脚可以耐受高达21V的电压。

对于标有电子标记的USB电缆,VCONN和VBUS都可以提供电源。如果VCONN可用并且检测到,则连接的设备由VCONN供电。如果去掉VCONN,则设备由VBUS供电。为了监控这些功率路径的可用性,系统需要一个o形环电路来检测任何功率变化。图1这是一个传统的o形环电路。该电路有四个I/O引脚,两个电源输入引脚(VIN1和VIN2),一个输出电源引脚(VOUT)和一个选择引脚(SEL)。当SEL引脚接收到信号时,内部逻辑控制器产生两个控制信号从VIN1或VIN2中选择功率路径。

图1:o形环电路

USB Type-C电缆的一个示例应用是VBUS连接到VIN2, VCONN连接到VIN1。当Q2打开和Q1关闭时,由于MOSFET的体二极管,从VIN2到VIN1产生电流(IS)。通过这种设置,VBUS电压可以高达20V,这意味着连接到VIN1的任何设备都可能被损坏。

为了解决这个问题,一个最佳的o形环电路应该使用四个mosfet(两条路背靠背的mosfet)来实现。(见图2).该电路使用两个mosfet作为一个开关。由于这两个mosfet的主体二极管方向相反,如果其中一个开关(开关1或开关2)打开或关闭,就没有泄漏电流。

使用四个n通道mosfet (Q1, Q2, Q3和Q4)来创建两个开关,构建一个o形环电路,可以实现两个电源引脚(VIN1和VIN2)的快速瞬态。电源路径可由SEL引脚选择。

图2:带有背靠背mosfet的o型环电路

将这种类型的o形环电路集成到其设计中的转换器的一个例子是MPS的MP5461,在测试时提供了有希望的结果(见图3和图4).当SEL引脚从低切换到高,供电引脚从VIN1切换到VIN2时,VOUT保持良好的输出电压稳定性,没有高涌流或电压超调。当开关的电源引脚从VIN2到VIN1时也是如此。

图3:电源从VIN1变到VIN2 -图4:电源从VIN2变到VIN1

USB Type-C电缆和连接器规范明确定义了由VCONN供电的设备的电压范围,以及大多数标有电标记的ic,需要3.3V或5V。为了保证稳定的输出,不管输入电压是高于、等于还是低于输出电压,都使用降压升压电路来处理操作。使用四个mosfet来构建降压-升压电路提供了更大的瞬态响应和高效率。为了平衡空间和效率,可以使用两个p通道mosfet和两个n通道mosfet来构建降压-升压电路。

USB Type-C电缆和连接器规范为USB Type-C电缆提供了一个参考设计,用于电子设计的空间非常小。将设计融入小空间的最有效方法是利用高度集成的电源解决方案。

MP5461是高效、节省空间的电源解决方案的一个例子,可以满足这些推荐的条件。它的集成o型环电路由4个n通道mosfet支撑,以及一个buck-boost电路,由2个p通道mosfet和2个n通道mosfet支撑,共8个mosfet(见图5)

图5:MP5461功能框图

该器件还提供电源路径管理和广泛的保护,包括反向电流保护、过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、热停机和欠压锁定(UVLO)。它安装在一个1.4mmx1.8mm的CSP封装中,效率高达93.8%(见图6)

图6:MP5461效率vs负载电流

结论

USB Type-C电缆和连接器很小,但它们非常通用且功能强大,两个电源(VCONN和VBUS)之间的电压范围很宽。为了拥有一个优雅、紧凑的设计,可以可靠地处理和监测USB Type-C电压,强烈推荐一个具有o形环电路和降压升压电路的集成电源设备。具有集成o形环电路和降压升压电路的电路拓扑也适用于多输入电源应用,例如具有USB和电池输入源的应用(例如锂离子电池输入)。188比分直播吧理想的解决方案必须能够不仅有效地处理两种电压,而且将o形环和降压升压电路集成到单个设备中,以最大限度地减少电路板空间和BOM成本。MP5416的高集成度和内置保护使其成为具有USB Type-C输入的配件产品的合适和差异化的电源设备,如USB Type-C数字AV多端口适配器和USB Type-C转HDMI适配器。

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