Diodes Inc. 提出广泛的 USB 电源管理解决方案

时间：2024-11-26

　　USB 接收器控制器负责管理设备（称为接收器）接收的电源。它与源设备协商电力传输协议，检查接收到的电力，并通过实施保护来确保安全运行。接收器控制器确保设备接收适当的电量而不超过限制。
　　USB 源控制器管理源设备提供的电源。它发起与接收设备的电力传输协商，控制电力输出，并确保所传输的电力符合商定的标准。源控制器还实施保护机制，以避免损坏源设备和连接的接收设备。两个控制器协同工作，确保设备之间安全高效的电力传输，从而实现快速充电和通过 USB Type-C 端口传输数据等功能。
　　本质上，一旦接收器控制器通过 TCD 内的 USB-C 电缆连接，它就会向源控制器发送请求，以授权使用正确的电压/功率为相关设备充电。如果接收器和源控制器之间达成一致，则功率从适配器或充电器流至 TCD。
　　USB-PD 3.1 和 USB-PD 3.2
　　当前协议USB-PD Rev 3.1规定了两种功率范围的固定电压：5V、15V、20V、28V、36V和48V：标准功率范围（SPR）和扩展功率范围（EPR），具体取决于允许的电压是否为20V (100W) 或 48V (240W) 在这种情况下电流限制为 5A。可调电压源 (AVS) 功能仅针对增量为 100 mV 的 EPR 指定。版本 3.2 还为 SPR 强加了 AVS 功能，并引入了增量为 20 mV 的可选可编程电源 (PPS) 功能。
　　Diodes 拥有多种专用 PD 控制器，适用于不同功率等级的拉电流、灌电流和双角色端口 (DRP) 功能。

　　USB-C PD 接收器控制器

　　图 1 显示了带有接收器控制器 AP33771C 的电路原理图，该控制器不需要任何 MCU，因此，通过适当调整 VSEL 和 ISEL 引脚上的两个电阻，可以以简单且经济的方式设置电压和电流。相比之下，AP33772S 必须连接到 MCU，后者通过 I 2 C等合适的通信协议来调节电压请求。
　　I 2 C（内部集成电路协议）是一种流行的两线串行通信协议，使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。该协议支持通信总线上的多个目标设备，每个设备都具有的标识地址。它还可以支持发送和接收命令和数据的多个控制器。主设备发起通信，从设备响应。时钟由主设备驱动，确保数据传输同步。它还支持同一总线上的多个主设备，但在给定时刻只有一个主设备可以控制总线。此功能使控制器在通过重新协商过程更新电压请求方面变得更加通用。
　　一旦达成共识，如前所述，两个设备就会连接，控制器会打开两个背靠背 MOSFET，提供所需的电压。这也可以防止设备被不正确的电压损坏。这两款产品采用小尺寸 3×3 mm 2 DFN 和 4×4 mm 2 QFN 封装。应用包括便携式电动工具、个人护理设备和智能扬声器。这两个控制器还支持传统的 A 型 USB 系统。该公司为设计人员开发了两种评估板1。

　　图 1：不需要 MCU 的接收器控制器（来源：Diodes Inc.）
　　USB-C PD 源控制器
　　源控制器嵌入到必须提供电源电压的适配器或充电器中。有两个版本：支持 EPR（ 28V）的 AP43771H 和仅针对 SPR（20V）设计的 AP43771V。如图 2 所示，源控制器通过反馈引脚与 AC/DC 控制器通信，以修改电压和电流值。
　　图 2：使用源控制器的电路实现（来源：Diodes Inc.）。
　　具有内置 MCU 的汽车版本源控制器 – AP43776Q – 可以提供两个独立的 Type-C 端口或一个 Type-C 和一个 Type-A。支持 C-link Automotive (CLA) 模式，因此当我们的智能设备连接并供电时，它可以发送视频信号以允许扩展显示功能。这是通过将其界面镜像到汽车的信息娱乐屏幕上来完成的。对于其中一款评估板，请参阅参考文献2。
　　USB PD 双重角色端口
　　此类设备既可以充当接收器控制器，接受具有背靠背保护的电源（参见图 3），也可以充当源控制器，为负载提供电力。当用作发送数据的源控制器时，反馈引脚 (VFB) 用于使 DC/DC 转换器改变负载所需的电压。同样，该控制器提供带 MCU 和不带 MCU 作为中介的两个版本。当然，如前所述，需要调整连接到 VSEL 和 ISEL 引脚的两个电阻，以便在 MCU 不存在时生成正确的电压。在 MCU AP53782 版本中，微控制器通过 I2C 启动请求，同时指示双向降压-升压转换器生成负载所需的电压

　　图 3：双角色端口 PD 控制器 AP53871（来源：Diodes Inc.）
　　这两个控制器（分别带有和不带有 MCU 的 AP53871 和 AP53782）符合 USB PD Rev 3.1 和 EPR 模式，并且能够提供 180W (36V@5A) 的功率。智能内置固件支持过压、过流和过温保护功能（OVP、OCT 和 OTP）。该产品采用 QFN-16 和 QFN-24 封装，现已提供样品，预计将于 2025 年季度实现量产。

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