【導讀】便攜設備擁有的一些高級功能，比如5G、4K顯示等，往往推高了系統(tǒng)功耗——使用大容量2S電池設備的功耗通常遠遠超過15W。對于這些高耗電設備，使用USB充電（PD）大有裨益，因為它可以實現(xiàn)快速充電，使這些產(chǎn)品得以保持持續(xù)運行而避免發(fā)生停機（圖1）。此外，為了實現(xiàn)簡便化和標準化，諸多曾經(jīng)使用AC-DC桶式適配器的應用正逐步轉(zhuǎn)向USB充電。
便攜設備擁有的一些高級功能，比如5G、4K顯示等，往往推高了系統(tǒng)功耗——使用大容量2S電池設備的功耗通常遠遠超過15W。對于這些高耗電設備，使用USB充電（PD）大有裨益，因為它可以實現(xiàn)快速充電，使這些產(chǎn)品得以保持持續(xù)運行而避免發(fā)生停機（圖1）。此外，為了實現(xiàn)簡便化和標準化，諸多曾經(jīng)使用AC-DC桶式適配器的應用正逐步轉(zhuǎn)向USB充電。
然而，對于設計人員來說，遵循USB PD標準通常需要復雜的固件開發(fā)和額外的硬件設計。由于Type-C端口針腳之間的距離短、電壓高（20V），因此如果插入或斷開連接器的角度不正確，往往會造成損壞。事實上，USB Type-C和USB PD規(guī)范要求設計者具備軟硬件設計技術(shù)，以及對USB規(guī)范的深入了解。
攝像頭、AR/VR系統(tǒng)和無線揚聲器等消費類電子設備正在引領(lǐng)USB Type-C和USB PD技術(shù)的發(fā)展?？墒?，考慮到上市時間的壓力，這些產(chǎn)品往往無法承受過于漫長的開發(fā)周期。隨著使用這些產(chǎn)品的消費者逐漸在其他專業(yè)產(chǎn)品中也想獲得同樣程度的便利，USB Type-C和USB PD技術(shù)在工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域中也將得到更廣泛的應用。同時，USB Type-C標準也逐步被應用在POS設備、工業(yè)掃描儀和吸奶器等領(lǐng)域。在本文中，我們將分享一些簡化USB PD設計的技巧。
圖1. USB Type-C和USB PD為便攜設備帶來了快速數(shù)據(jù)傳輸和充電的便利
USB-C充電系統(tǒng)的設計挑戰(zhàn)
USB Type-C和USB PD為數(shù)據(jù)傳輸和供電提供對稱的24引腳接口的規(guī)范，使設計人員能夠設計實現(xiàn)通用的接口。USB-C可提供5V/最高3A的充電電流（15W），而USB PD 3.0可提供5V到20V/最高5A的供電電流（100W）。要設計USB-C充電系統(tǒng)，您需要：
解決信號完整性和速度的問題
和各種傳統(tǒng)接口相連接
確保設計能夠適用于寬電壓電流范圍，包括支持冷啟動 （0V，直到端-端檢測完成）
確保插入USB-C電源時，充電器和端口控制器能夠相互通信
滿足消費類設備等產(chǎn)品小尺寸的要求
保持熱效率，盡量減少溫升
要應對這些挑戰(zhàn)，通常設計者需要為USB-C協(xié)議開發(fā)復雜的主機端軟件，或者需要額外的部件，如外部FET和外部微控制器。不過，有一些充電系統(tǒng)的解決方案有助于盡量減少這些挑戰(zhàn)。這些方案的一個關(guān)鍵特性是完全遵守協(xié)議，因為這將簡化設計的實現(xiàn)。一些解決方案還設計有基于事件的操作腳本，使定制過程更簡便。高度集成的IC也將精簡大量分立元件的使用。另外，設計者還需要考慮方案應具備在惡劣環(huán)境（例如，不同的溫度或潮濕條件）下保持可靠運行的功能。
另一個考慮因素是使用大容量的電池，高耗電的終端設備需要這些電池來維持更長的運行時間。相比于1S電池，2S電池可以在不增加充電電流的情況下增大容量。由于USB-C支持5V到20V之間的輸入電壓，而2S或3S電池的電壓介于這兩者之間，因此借助降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以彌補這一差距。圖2給出了基于2S電池應用的方框圖。
圖2. 基于2S電池應用的框圖
開箱即用的USB-C兼容性
ADI的全新USB-C充電系統(tǒng)解決方案符合USB PD 3.0規(guī)范，無需進行固件開發(fā)，開箱即用，將開發(fā)時間縮短了三個月。與同類解決方案相比，其緊湊的尺寸可將解決方案的尺寸縮小一半。MAX77958 USB Type-C和USB PD充電控制器無需額外的固件開發(fā)，這得益于其擁有依賴GUI驅(qū)動的定制腳本、BC1.2的協(xié)議支持，以及與快速角色轉(zhuǎn)換（FRS）、雙角色端口（DRP）和Try.SNK模式有關(guān)的配置設置。這款獨立產(chǎn)品無需外部微控制器，提供開箱即用的USB PD 3.0兼容性，使用戶能夠在無需開發(fā)固件的情況下自行定義終端應用的功能。該產(chǎn)品還具有28V的額定電壓、防止CC引腳短路到VBUS的短路保護、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和濕度檢測/防腐蝕等功能，適用于惡劣的工作環(huán)境。
MAX77958可通過其主I2C接口自主控制配套的充電器。MAX77961 是一款帶有集成FET的6A降壓-升壓充電器，可為大容量2S和3S鋰電池快速充電。它為USB PD充電提供寬輸入電壓范圍（3.5V至25V），不需要分立FET，并且不論在有無外部處理器的情況下都可以進行配置。在輸入電壓為9VIN、輸出電壓為7.4VOUT、輸出電流為1.5AOUT時，其峰值效率為97%。
您可以使用 MAX77958EVKIT-2S6# （適配2S電池）或 MAX77958EVKIT-3S6# （適配3S電池）來評估這兩個器件。這兩個器件展示了MAX77958如何利用I2C對 MAX77961充電器進行控制。
這些器件屬于廣義USB Type-C和USB PD器件系列 。該系列包含高能效充電器和轉(zhuǎn)換器、耐用的自動控制器、電源通路和保護IC。
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