需要通用電源適配器

隨著越來越多的消費(fèi)電子設(shè)備避開市電電源轉(zhuǎn)而使用電池供電，我們?nèi)绾螢檫@些設(shè)備充電成為一個(gè)重要問題。我們都記得我們?yōu)樵缙?a target="_blank">手機(jī)配備的各種各樣的電源適配器，其中一些可能仍藏在您的抽屜后面。除了這些充電器，我們還需要其他設(shè)備的電源適配器，例如剃須刀、相機(jī)和掌上游戲機(jī)。出差或度假意味著隨身攜帶一袋充電器，因?yàn)槟苌倌軐⒁粋€(gè)設(shè)備的充電器與另一個(gè)設(shè)備一起使用。

當(dāng) USB micro-B 成為許多低功耗設(shè)備(例如智能手機(jī)、智能手表和智能家居恒溫器)的首選連接器時(shí)，這種情況開始發(fā)生變化。但是，由于它只能提供少量功率(最多約 5W)，因此不適用于較大的設(shè)備。

USB-C 正變得無處不在

USB 實(shí)施者論壇 (USB-IF) 于 2014 年底推出的 USB Type-C 連接器標(biāo)準(zhǔn)在其方法上具有創(chuàng)新性，它使用兩組對稱的 12 個(gè)接口引腳，使連接器能夠以任一側(cè)朝上的方式插入。新的連接器標(biāo)準(zhǔn)與 USB 3.1 接口規(guī)范幾乎同時(shí)推出，盡管 USB-C 不一定需要采用 3.1 規(guī)范進(jìn)行通信。此外，USB-C 引入了傳輸其他數(shù)據(jù)信號的能力——例如用于 DisplayPort、HDMI 和 Thunderbolt 的信號——除了 USB 數(shù)據(jù)。另一個(gè)關(guān)鍵是 USB-C 提供了與 USB 數(shù)據(jù)模式無關(guān)的供電 (PD) 功能。它提供兩個(gè)專用引腳(CC1 和 CC2)用于與主機(jī)協(xié)商，以在高達(dá) 5A的電流下提供高達(dá) 20V 的直流電(圖 1)。

因此，憑借其 100W 的功率傳輸能力，USB-C 迅速成為各種消費(fèi)電子產(chǎn)品的首選通用電源連接器，取代 micro-B 連接器和眾多圓柱形“桶形”連接器也就不足為奇了那曾經(jīng)很普遍。

圖 1：該圖顯示了 USB-C 連接器的引腳規(guī)格。(來源：USB 實(shí)施者論壇)

USB 供電的工作原理

當(dāng)前的 USB-PD 修訂版 3.0 規(guī)范規(guī)定了 5V、9V、15V 和 20V 四種標(biāo)稱電壓電平，并可選擇以 20mV 步長對電壓進(jìn)行完全編程。此外，該規(guī)范還支持高達(dá) 100W 的輸出功率水平，以及提供恒壓或恒流充電的能力。這種方法為筆記本電腦和其他功率更高的設(shè)備等充電設(shè)備開辟了許多新機(jī)會(huì)，但是，要從 USB-C 中受益，應(yīng)用程序需要包括微控制器、附加電路和軟件堆棧。

桶形連接器更換的技術(shù)挑戰(zhàn)

在將 USB-C PD 實(shí)施為桶形連接器替代品時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)需要完全熟悉 USB PD 規(guī)范，并確保設(shè)備在合規(guī)性和互操作性方面滿足 USB-IF 的嚴(yán)格認(rèn)證要求。符合 USB-C 標(biāo)準(zhǔn)的電源適配器本質(zhì)上是一種可編程電源，需要通過通信使負(fù)載能夠請求所需的電壓和電流。因此，任何設(shè)計(jì)都需要微控制器和相關(guān)固件來操作完整的 USB PD 堆棧。在設(shè)計(jì)中引入更多組件將增加總體物料清單 (BOM)，并且需要多次迭代來優(yōu)化電源電路并最終創(chuàng)建技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行的解決方案。

設(shè)計(jì)最優(yōu)解

工程師可以使用 USB-IF 預(yù)認(rèn)證解決方案，例如Cypress EZ-PD? 桶形連接器替換 (BCR) 評估套件 (CY4533)，而不是嘗試從頭開始實(shí)施 USB PD (圖 2)。這可用于輕松制作如何用 USB-C 連接器替換傳統(tǒng)桶形連接器的原型，而無需開發(fā)任何固件(圖 3)。這種改造方法提供了一種將現(xiàn)有產(chǎn)品切換為使用通用 USB-C 電源適配器的極其快速的方法。

圖 2： Cypress EZ-PD 桶形連接器替換 (BCR) 評估套件顯示了主要組件和連接。(來源：賽普拉斯)

圖 3：使用賽普拉斯 EZ-PD BCR 評估套件將 USB-C 輕松集成到終端設(shè)備中。(來源：賽普拉斯)

賽普拉斯的 EZ-PD 筒形連接器替換 (BCR) 評估套件嵌入了賽普拉斯 CYPD3177 功率傳輸控制器，設(shè)計(jì)人員可以通過梯形電阻組合將其設(shè)置為所需的負(fù)載電壓和電流值，而無需創(chuàng)建任何固件或自定義設(shè)備編程。初始原型制作完成后，賽普拉斯提供了一個(gè)易于使用的參考設(shè)計(jì)，這樣 CYPD3177 加上六個(gè)電阻器就可以與合適的 USB-C 插座(例如Molex USB-C 連接器)一起集成到最終產(chǎn)品中。該連接器是 Molex 緊湊型 USB Type-C 連接器和電纜系列的一部分，支持高達(dá) 10Gbps 的傳輸速度并具有完整的 100W 功率傳輸能力。該插座采用金屬外殼內(nèi)的高溫尼龍嵌件成型外殼制造，并具有中間連接器板，可提供穩(wěn)固可靠的插配動(dòng)作。

審核編輯：湯梓紅