NEST124A September   2024  – October 2024 BQ25756 , BQ25798 , TPS25751 , TPS26750

 

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    1.     電池供電產品和新一代解決方案
    2.     參考設計
    3.     結論
    4.     其他資源
    5.     註冊商標

Adam McGaffin

USB Type-C® (USB-C®) 是業界標準連接器，可在單一介面上傳輸資料和電力，在個人電子產品、汽車、工業和企業系統中廣泛應用。USB 電力輸送 (PD) 是使用 USB-C 連接器來提升 USB-C 介面功能的標準。直到最近，USB PD 3.0 規格允許雙向傳輸高達 100W (20V，5A) 的功率，現在稱為標準功率範圍 (SPR)。最新的 USB PD 3.1 規格可透過 USB-C 纜線將功率範圍增加至 240W (48V，5A)，現在則稱為延伸功率範圍 (EPR)。

表 1 顯示 EPR 與 SPR 的比較。

表 1 SPR 和 EPR 固定電壓範圍
功率範圍 可用電流與電壓 電力輸送設定檔範圍 附註
SPR 3A：5V、9V、15V、20V
5A 1：20V		 15W-60W
>60W-100W
EPR 5A 2：28V、36V、48V >100W-240W 需要進入 EPR 模式
  1. 需要 5A 纜線。
  2. 需要 EPR 纜線。

EPR 允許支援高達 240W 的功率 (5A 時為 28V、36V 和 48V)。EPR 模式對汲極評估和回應新來源功能訊息的要求與典型 USB PD 合約協商中的要求相同。進入 EPR 模式後，連接埠即開始協商高達 240W (48V，5A) 的電力輸送物件 (PDO)。48V 限制代表在考慮設計安全容限時的實際限制。

在 EPR 模式中的固定電壓位準延伸上，電源供應也必須遵循可調整電壓供應 (AVS) 的規格。在 EPR 模式中，AVS 讓汲極能夠以 100mV 為步進，在 15V 和 48V 之間微調電壓，以提升性能和熱效率。AVS 也提供汲極接收任何充電器電壓的彈性，讓您可避免自訂轉接器，並在電子生態系統中建立一致的使用者體驗。

圖 1 顯示與 SPR 和 EPR 功率位準相關的可編程電源供應器 (PPS) 和 AVS 範圍。雖然 PPS 和 AVS 均具有可編程的步進距離，但這兩者並不相同，且用途也不同。AVS 可做為恆壓電源，並為系統提供穩定 DC 電壓，以提升效率。PPS 的步進距離視窗較小 (20mV)，可繞過連接裝置中的電池充電器，直接為電池充電。AVS 和 PPS 之間的主要區別在於，使用 PPS 時，協商電壓會隨時間不斷變化。隨著電池充電，所需的 PPS 充電電壓將會增加。AVS 設計為恆定電源供應，可提供更接近系統整體所需電壓位準的系統輸入電壓。

來源所需的 USB PD 3.2 電壓圖 1 來源所需的 USB PD 3.2 電壓

電池供電產品和新一代解決方案

採用 USB-C 後，Bluetooth® 喇叭和電動工具等可攜式電池供電產品將可從中獲益。若為這類產品實作 USB-C，即可讓產品從 USB-C 連接埠充電，並使用相同連接埠為連接的裝置供電。使用單芯或多芯電池充電器的產品現在可與 USB-C 或 USB PD 控制器配對，讓應用能從 USB-C 連接埠獲取和吸收電源。

圖 2 說明轉換至 USB-C 和 USB PD 的裝置典型架構。

USB-C 電池供電產品方塊圖圖 2 USB-C 電池供電產品方塊圖

為協助簡化電池供電產品的 USB PD 連接埠設計，TI 的 USB PD 控制器新增了 I2C 主機支援，以直接控制電池充電器。此整合式 I2C 主機控制將可實現雙晶片解決方案，無需外部微控制器 (MCU)。USB PD 控制器會根據 USB PD 連接埠的電源協商，透過 I2C 自動更新電池充電器的充電參數。此外，您無需開發韌體即可將 USB PD 連接埠新增至電池供電產品。TPS25751 和 TPS26750 是兩款用於 USB-C 與電池充電器配對的 USB PD 控制器。

TPS25751 是一款 SPR PD 控制器，而 TPS26750 則是能夠協商完整 240W EPR 的 EPR PD 控制器。表 2 顯示推薦的 USB PD 控制器和電池充電器配對。這些配對的參考設計可讓您將複製及貼上至應用項目。

表 2 USB PD 控制器和電池充電器配對
支援的最大功率位準 支援的串聯電池芯數 (S) 推薦的 USB PD 控制器 推薦的電池充電器 參考設計
100W 汲極
45W 源極		 1-4 TPS25751 BQ25798 整合式 USB Type-C® 電力輸送 (PD) 和 2-4 芯電池的充電參考設計
100W 汲極
100W 源極		 1-5 TPS25751 BQ25731 適用於一至五節電池的整合式 USB Type-C® PD 雙向充電參考設計
100W 汲極
100W 源極		 1-16 TPS25751 BQ25756 100W 整合式 USB Type-C® PD 雙向充電器參考設計
240W 汲極
240W 源極		 1-16 TPS26750 BQ25756 240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設計

參考設計

為了支援完整的 240W 延伸電源範圍，240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設計可將 TPS26750 與我們的 BQ25756 雙向降壓升壓充電控制器配對使用。如圖 3 所示，此參考設計可將這兩個裝置配對至單一印刷電路板，無需外部 MCU 或客製化韌體即可實現雙向 240W 解決方案。

EPR 電池充電器參考設計方塊圖圖 3 EPR 電池充電器參考設計方塊圖

電池充電器參考設計是一種整合式 USB PD 和充電參考設計，適用於電動工具、吸塵器、可攜式充電器和電動自行車等產品的 7 至 14 芯電池。TPS26750 可透過簡單的 I2C 通訊與 BQ25756 搭配使用，無需開發韌體。透過使用 TI USB PD 控制器的應用程式自訂工具，即可輕鬆對 TPS26750 進行編程。

此電池充電器設計可透過 USB PD 3.1 合規輸入來源支援最大 240W 的電池充電，並可在隨插即用模式下提供最大 48V 5A 輸出。BQ25756 實作了四開關降壓升壓充電器，可在降壓、降壓升壓和升壓模式之間轉換。高度整合且簡易的設計可降低物料清單成本、縮小尺寸與縮短上市時間。

結論

在最大功率範圍新增加後，USB-C 逐漸成為未來的通用連接器。雖然 USB-C 可能被視為一項具有挑戰性的新技術，但 TI 解決方案可從軟體和硬體兩個角度提供整合，以簡化您的設計程序。我們的 USB PD 控制器和電池充電器配對，再搭配我們的參考設計，可有效縮小解決方案尺寸並縮短上市時間。

其他資源

註冊商標

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