通过降压-升压充电和USB Type-C PD技术更大程度地提高功率密度 (升降压公式)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}近几年，降压-升压型充电器变得越来越流行，因为它能够从几乎任何输入源为电池充电，无论输入电压是高于或低于电池电压。USBType-C被广泛采用的一大关键性优势是它被认为是目前实现通用适配器和减少相应电子废弃物减少理想方案。虽然USBType-C接口是统一的，但是不同适配器的额定功率和电压仍然有很大的差异，这里面包含了传统的5VUSB适配器和能够提供5V到V电压范围的USBPD适配器。此外，不同的便携式设备内部的电池数串联节数也有可能不同。这就要求电池充电器集成电路（IC）采用降压-升压拓扑结构，去适应输入电压和电池电压的这些任意的变化。具有高功率密度的降压-升压充电芯片不仅可以集成通用的充电功能模块，也可以集成USBPD充电*中的其他元件，如负载开关和DC/DC转换器，以简化*设计，降低物料清单（BOM）成本，并保持小尺寸的整体解决方案。图1显示了USBPD充电解决方案的*框图。

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图1USBPD充电解决方案的*框图。为支持移动USBOTG充电规格，当适配器不存在时，电池通过DC/DC转换器放电，在VBUS输出一个恒定电压去给外部设备供电。如果USBType-C端口需要支持快速角色交换（FRS）的功能，则必须开启DC/DC转换器并始终处于待机状态，即使已将适配器*USBType-C端口。当适配器断开时，放电电源路径中的背对背MOSFETs迅速打开，将U3输出电压传递给VBUS并保持VBUS电压不跌落。在这个过程中，始终保持DC/DC转换器开启的状态实际上会给整个*造成额外的静态电流损失。图2中所示的全集成降压-升压充电芯片可以简化USBPD充电解决方案的*级设计。首先，将输入电流检测电路集成到芯片中。通过该电路检测到的输入电流，充电器提供输入电流调节和输入电流过流保护来避免适配器过载。其次，作为输入过电压和过电流保护电路的一部分，外部背对背MOSFET的控制逻辑和驱动电路也被集成到充电器中。这些功能使得从框图中消除支持输入功率路径管理和输入电流检测的单元成为可能。通过实现四个FETs的降压-升压转换器的双向*作，充电芯片自身可以支持OTG模式。当适配器*USB端口时，充电芯片以正向充电模式工作，功率从VBUS流向电池。当适配器断开时，功率从电池流向VBUS。VBUS处的OTG输出电压覆盖从2.8V到V的全USBPD电压范围，具有mV可编程步长，与USBPD3.0规格兼容。

图2全集成降压-升压充电芯片。为了支持USBType-C端口的FRS功能，此集成降压-升压充电芯片实现了一种新的备用模式。在本文中，备用模式是指降压-升压充电芯片从正向充电模式到反向OTG模式的快速转换，从而避免总线电压的跌落。查看图3中的应用框图，适配器连接到USB端口，为*供电，并通过降压-升压功率级为电池充电。同时，适配器可以从充电器的PMID输出为*配件供电。如果降压-升压充电芯片不支持备用模式的话，当适配器断移走时，电池仍然可以通过芯片内部的FET为*供电。然而，PMID上的配件供电可能会掉电。充电芯片启用备用模式后，能够监测VBUS电压。VBUS电压跌落低于预设阈值可以作为适配器已移除的信号。一旦充电芯片检测到适配器已移除，它将以迅速的从正向充电模式切换到反向OTG模式，利用电池放电的能量去维持住VBUS电压，并自行实现FRS。当适配器移除时，*本身以及*配件的供电都可以从适配器无缝地切换到电池，这样的作法可以从框图中消除用于OTG模式和FRS的DC/DC转换器。图4显示了充电芯片用作支持FRS的备用模式的测试波形。在USB1处连接了9V适配器作为输入电源。当适配器*后，充电芯片打开ACFET1-RBFET1将适配器接入VBUS。该波形的测试条件是，PMID处有1A的电流给*附件供电，BAT处有1A的充电电流。当9V适配器电压（VAC）移除时，充电芯片迅速的从正向充电模式转向反向OTG模式，仍可以将PMID和VBUS维持在5V，同时持续向1APMID负载供电。

图3用单个降压-升压充电器实现USBType-CFRS。

图4从VBUSsink到VBUSsource的降压-升压充电器FRS。以上描述的所有功能都有助于简化USBPD充电解决方案的*级设计，并且TI已经在新型降压-升压充电芯片BQ和BQ中实现。这些充电芯片支持从3.6V到V的输入电压范围为1到4节串联电池充电，输入范围覆盖了整个USBPD电压范围。这些功能采用2.9mm×3.3mm晶圆尺寸封装或4mm×4mm方形扁平无铅封装。整个充电解决方案能够提供W的功率，功率密度约为W/in2(mV/mm2)，是市场同类产品的两倍。其他资源●ReadtheBQdatasheetandtheBQdatasheet.●Readthetechnicalarticle,Universalandfastcharging–afuturetrendforbattery-poweredapplications.推荐阅读：贸泽电子新品推荐：年6月Kionix三轴加速度传感器的高级数据路径功能简介慕尼黑上海电子展，Digi-Key将在现场和线上同时参展如何搭建小型又经济的输出级？飞腾斩获IC设计成就两项大奖年营收有望突破亿要采购适配器么，点这里了解一下*!上一篇：什么是扩流电路？如何设计扩流电路？下一篇：敏感电路过流/过压保护的秘密--SGM特别推荐MP：电表PMIC界新来的“五好学生”氮化镓器件在D类音频功放中的应用及优势如何通过使用外部电路扩展低边电流检测并提高DRV的检测精度SiCMOSFET的设计挑战——如何平衡性能与可靠性集成式光学*如何满足床旁检测仪器的未来需求技术文章更多>>“解剖”便携式医疗设备，看看里面都有啥？如何满足各种环境下汽车USB充电端口要求？电感饱和与开关电源之间的密切关系，这篇文章讲透了！（下）使用UWB技术的卓越汽车中科融合刘欣：从MEMS微振镜芯片入手，全栈式解决3D机器视觉挑战

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