La interfaz USB-C está cambiando por completo la carga de los equipos electrónicos. El cable USB-C se puede conectar a cualquier lado del teléfono inteligente o super. El conector físico tipo C es bidireccional (sin importar a qué lado del cable pueda insertarse) Dispositivo de dos piezas), pero también no polar (el conector se puede insertar boca arriba, también puede mirar hacia arriba.) Durante el proceso de negociación, el sistema de conexión puede distinguir electrónicamente el electrodo. Además de la transmisión de datos, USB-C puede Compatibilidad con niveles de potencia superiores de transmisión de potencia bidireccional. El voltaje predeterminado es 5V, el puerto USB-C puede negociarse con el dispositivo insertado, las dos partes acordaron el nivel actual, el voltaje de puerto aumentó a 20V o ambos acordaron el otro voltaje. La potencia máxima proporcionada por el puerto es de 100W (20V / 5A), que es más que suficiente para cargar el notebook. La ventaja es tan obvia que no es difícil entender por qué los fabricantes de equipos electrónicos han adoptado USB- C.
Con la adopción de USB PD y USB-C, la industria de la computación ha tenido una demanda significativamente mayor del rendimiento del regulador. En comparación con los puertos tradicionales USB-A y USB-B con valores de voltaje fijos, USB El puerto C es bidireccional y acepta un voltaje de entrada variable con un rango de voltaje de salida de 5V a 20 V. Su voltaje de salida ajustable permite a los notebooks y otros dispositivos móviles reemplazar el adaptador de corriente AC / DC tradicional con puertos USB-C y USB-A y Terminales B. Teniendo en cuenta estas ventajas, algunos clientes en su diseño de sistema de dos o más puertos USB-C.
Sin embargo, la arquitectura del sistema con dos o más puertos USB-C es compleja y no puede satisfacer las necesidades de muchos clientes. Este libro blanco presenta una nueva arquitectura de sistema que utiliza el regulador de buck-boost ISL95338 de Intersil. Y el cargador de batería modular ISL95521A. Discutiremos cómo esta arquitectura simplifica el diseño y es totalmente compatible con todas las funciones USB-C. También explicaremos cómo se puede aplicar esta arquitectura al lado del adaptador para lograr una fuente de alimentación programable (PPS) Esta fuente de alimentación puede emitir un voltaje ajustable para que coincida con el voltaje de entrada variable USB-C.
Una nueva arquitectura USB-C
La Figura 1 muestra una nueva arquitectura USB-C que consiste en el regulador bidireccional ISL95338 Buck-Boost y el cargador de batería combinada ISL95521A o el cargador de batería ISL9238 Buck-Boost. Esta nueva arquitectura permite El sistema carga la batería a través del puerto USB-C y admite una carga rápida cuando dos cargadores PD se conectan a USB-C_1 y USB-C_2. No se requiere una lógica de control de puerto compleja adicional o CI, y los dos puertos de la arquitectura Soporte completo para USB 3.1 On-The-Go (OTG).
USB-Type-C: puerto USB-C Bi-direccional: Li-ion bidireccional de 2 y 3 celdas: 2 o 3 baterías de iones de litio
En comparación con la Figura 1 y la Figura 2, es fácil ver que la arquitectura de cargador de batería existente en el mercado requiere más dispositivos y circuitos externos complejos para lograr la misma funcionalidad y niveles de rendimiento que la arquitectura del cargador de batería Intersil. Del sistema de carga de la batería, cada ruta del cargador requiere un controlador USB-PD para controlar dos ASGATE y realizar la función de carga, lo que mejora el diseño del costo del sistema. Para lograr 5V buck OTG, la puerta OTG también necesita un control PD Tenga en cuenta que el convertidor buck existente solo puede emitir un solo voltaje fijo. La figura 2 muestra que si usa un convertidor de 5V buck, el ingeniero de diseño solo puede emitir un voltaje fijo de 5V, que puede usarse con muchas aplicaciones USB-C La tensión de salida OTG de 5V-20V no coincide.
USB-Type-C 1: puerto USB-C 15V OTG solamente: solamente 5V OTGCharging batería y el apoyo del sistema: sistemas de baterías y de apoyo recargable de entrada de selección de potencia de circuitos de lógica externa: para seleccionar un circuito lógico fuente de alimentación cargador de entrada externa BB: Buck - impulsar el cargador de 5V Buck: 5V convertidor reductor
Intersil arquitectura propuesta supera todos estos inconvenientes. La Fig. 1 muestra dos ISL95338 paralelo, los dos puerto USB-C está conectado a la ISL95521A cargador de batería. Arquitectura del sistema Simplifica, ahorros de costes significativos a los clientes, ya que no se elimina menos elementos, comprendiendo cada uno un controlador PD, ASGATE y OTG GATE. más importante, el uso de menos componentes, pero no se degrada el rendimiento. Por ejemplo, si la batería necesita ser cargada, entonces el ISL95521A alimenta directamente de la entrada USB-C. Además, los dos ISL95338 paralelo, puede proporcionar a los clientes con más aplicaciones opciones.
Por ejemplo, carga de la batería se puede conseguir utilizando dos de alta potencia USB-C tienen diferentes potencia nominal de entrada, lo que significa que la energía de la batería es mayor que la carga de entrada de alimentación único USB-C La Figura 1 ilustra cómo se logra esto: el voltaje la colocación de un ISL95338 circuito (conjunto a una calificación alta potencia USB-C) para proporcionar una tensión constante de entrada ISL95521A (V0), un ISL95338 adicional colocado en el bucle de corriente (conjunto a un menor grado de energía USB-C), proporciona automáticamente para el máximo ISL95521A poder otras palabras, sin añadir circuitos o la lógica para decidir ISL95338 abajo dos paralelo adicional - regulador de impulso de energía diferente nominal.
La fuente de alimentación puede ser utilizada completamente por el circuito de control interno del ISL95338 en función de la potencia nominal diferente. Para las funciones OTG, la energía de la batería puede suministrarse a través de un diodo y la potencia se transfiere a la salida USB-C con ISL95338, eliminando la necesidad de 5V Puerta OTG, como se muestra en la Figura 2. Además, al usar la comunicación SMBus entre dos controladores ISL95338, ISL95521A y PD, la tensión OTG puede ajustarse en lugar de usar un valor fijo. La Figura 3 muestra una aplicación de carga rápida de alta potencia Cuando la nueva arquitectura de carga de la batería Intersil se puede extender para conectar cuatro ISL95338 en paralelo con un cargador de batería ISL95521A o ISL9238, cada puerto USB-C se puede ejecutar de forma independiente como receptor o fuente. La arquitectura también puede incorporar adaptadores heredados como fuente de alimentación en el sistema sin aumentar los costos de material.
USB-Type-C 1: puerto USB-C 1 Adaptador normal: adaptador normal 2 y 3 celdas de ion de litio: 2 o 3 baterías de iones de litio
Soluciones de energía programables
En las aplicaciones convencionales USB-A y USB-B, el voltaje de entrada es un valor fijo, lo que presenta un nuevo desafío para las aplicaciones USB-C porque el puerto USB-C también puede aceptar voltajes de entrada variables. La solución es programable Función de fuente de alimentación (PPS), que permite que la tensión y la corriente de salida de la fuente de alimentación se programen y ajusten en pasos de 20mV / 50mA para optimizar la ruta de alimentación. Como se muestra en la Figura 4, el regulador de buck-boost ISL95338 es ideal para Para lograr PPS, ya que el regulador puede utilizar el controlador USB-PD SMBus de comunicación, la salida de voltaje bidireccional ajustable.
Controlador USB-PD: controlador USB-PD Buck-Boost VR: regulador Buck-Boost Puerto USB-C: puerto USB-C
Conclusión
El ISL95338 con sistema de carga de multi-puerto USB-C de la batería puede implementar una nueva arquitectura de carga facilidad de uso en comparación con la estructura de carga convencional, la nueva estructura se puede realizar en Intersil costo mucho más bajo, y para proporcionar un mayor rendimiento, una carga más rápida y mayor duración de batería. Además, todos los requisitos de puertos USB-C se puedan cumplir plenamente, incluso para lograr PPS, que es una de las características clave para aplicaciones futuras que añadir USB más Para obtener información sobre el regulador bidireccional ISL95338 Buck-Boost, visite: http://www.intersil.com/products/isl95338.
Sobre el autor
Xunwei Yu Renesas subsidiaria de Intersil ubicada en Research Triangle Park, ingenieros de aplicaciones móviles de Carolina del Norte División de Productos de administración de energía. Tiene un doctorado de la Universidad North Carolina State (Estado de Carolina del Norte de la Universidad).
Sungkeun Lim es una filial de ingenieros de aplicaciones Renesas Intersil Carolina del Norte Investigación Triangel parque móvil división de productos de administración de energía. Tiene una licenciatura (Dong-A Universidad) de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Corea, Pusan, en el Este de Asia, y la North Carolina State University Electrónica Maestría en Ingeniería y Ph.D.