Jak povolit výměnu napájení USB-C s napájením i bez něj…

USB Type-C umožňuje konverzní konektor s malým tvarovým faktorem. Zvyšuje své výkonové charakteristiky na 15 W, což umožňuje zdroji dynamicky zpracovávat proud od 0,5 A do 3 A. Datové rychlosti se zvýšily na 10 Gbps. Kromě toho je USB-C Power Delivery (PD) USB protokolem s jedním kabelem, který umožňuje zařízením uzavřít smlouvu a zajistit optimální úroveň výkonu pro každou aplikaci. USB-C s PD poskytuje až 100 W tržního výkonu. V tomto článku se podíváme na hlavní funkce potřebné pro výměnu napájení USB-C sa bez PD. Podíváme se také na MAX77958, řadič USB-C PD, který nedávno vydal Maxim Integrated.

Změna výkonu bez PD

Chcete-li přenášet energii přes připojení USB-C, musíme nejprve určit funkci napájení portů. Port může být zdroj, přijímač nebo zdroj napájení s dvojí funkcí (DRP). Jak název napovídá, zdroj dodává energii přes linku VBUS a dřez získává energii z této linky. DRP může fungovat jako zdroj nebo jímka. Pro indikaci funkce napájení zesiluje zdroj stejnosměrné vedení s rezistory Rp, zatímco jímka je snižuje s Rd. Níže je uvedeno připojení USB-C ze zdroje bez PD k přijímači.

Blokové schéma zdroje USB typu C pro dřez bez napájení. Obrázek s laskavým svolením Richteka

Zvažte vytahovací a roztahovací rezistory na spojích svaru a bazénu. Musíme také určit úroveň výkonu, kterou může svar poskytnout. Bez PD má VBUS konstantní napětí 5 V. Jsou však možné různé úrovně proudu, včetně 500 mA, 900 mA, 1,5 A a 3 A, v závislosti na použité verzi USB. Proto je maximální výkon bez PD 15 W. Přestože má odolnost proti rozevření pevnou hodnotu, používají se k určení aktuální úrovně, kterou může zdroj poskytnout, různé hodnoty odporu proti rozevření. Chladič monitoruje stejnosměrné síťové napětí, aby detekoval aktuální úroveň hlášenou zdrojem. USB-C dodává pouze 5 V na vedení VBUS po detekci připojení z jednoho zdroje k přijímači (studená zástrčka). Proto jsou přepínače MOSFET potřebné pro kolejnici 5 V. Jak je uvedeno výše. Zdroj musí také obsahovat obvod nadproudové ochrany, aby se zabránilo tomu, že dřez odebírá více proudu, než může poskytnout. Zahrnutou funkcí je mechanismus stahování VBUS. Existují situace, kdy musíme rychle stáhnout linku VBUS, např. Například když je odpojený kabel nebo chladič vyžaduje nižší napětí na VBUS (toto může být vyžadováno při použití USB-C s PD). Specifikace USB-C vyžaduje stažení linky VBUS ze zdroje do 650 ms po odebrání chladiče. Všimněte si, že můžeme mít aplikace USB-C jiné než PD s porty DRP. V takovém případě by měl být port schopen připojit stejnosměrné vedení k roztahovacím nebo roztahovacím rezistorům.

Výměna energie s PD

USB Power Delivery (PD) je protokol pro výměnu energie navržený tak, aby vyhovoval rostoucím potřebám energeticky náročných aplikací. USB PD umožňuje, aby napětí VBUS vzrostlo až na 20 V při maximálním proudu 5 A (maximální výkon 100 W). Ze specifikace PD lze poskytnout různé úrovně výkonu podle následujících výkonových profilů.

DP profily. Obrázek s laskavým svolením společnosti Texas Instruments

U PD jsou podporována čtyři různá napětí sběrnice, včetně 5V, 9V, 15V a 20V. Funkce PD do 60 W nastavuje maximální proud na 3 A a umožňuje zdroji zvýšit úroveň výkonu pouhým zvýšením. Napětí VBUS. Avšak nad 60 W může zdroj v případě potřeby zvýšit úroveň proudu o 5 A. Pamatujte také, že zdroj musí být schopen napájet všechna napětí a úrovně výkonu pod maximální úrovní. Napájení. Pokud například zdroj inzeruje s maximálním výkonem 45 W, musí dodávat 15 V při 3 A; 9 V až 3 A; a 5V až 3A. Toto pravidlo bylo zavedeno, aby bylo zajištěno, že vysoký zdroj napájení může podporovat také přijímače s nižším výkonem. Níže je uvedeno připojení zdroje USB-C k přijímači s PD.

Blokové schéma umyvadla USB typu C s vedením energie

Blokové schéma jímky napájecího zdroje USB typu C. Obrázek s laskavým svolením Richteka

Součástí dodávky je regulátor napětí, který zajišťuje požadovaná napětí VBUS. U PD se přenáší vyšší úrovně výkonu po lince VBUS. To vyžaduje MOSFET přepínač s vyšším výkonem s vyhrazeným ovladačem brány pro linku VBUS. Specifikace DP vyžaduje komunikaci mezi zdrojem a přijímačem pro výběr příslušné úrovně výkonu. Tato komunikace začíná požadavkem přijímače na výkonové možnosti zdroje. Když zdroj poskytuje seznam podporovaných úrovní výkonu, vyžaduje přijímač příslušnou úroveň výkonu. Zdroj poté nastaví napětí VBUS na požadovanou hodnotu a odešle signál „připraven k napájení“ do jímky. Veškerá tato komunikace DP se provádí po stejnosměrných linkách, jak je znázorněno v blokovém schématu výše. Další funkcí požadovanou v aplikacích DP je ochrana proti zkratu mezi kolíky konektoru. USB-C s PD zahrnuje vyšší hustotu pinů i vyšší úrovně výkonu. Ve výsledku je pravděpodobnější, že dojde ke zkratu mezi piny, což může mít devastující následky. K vyřešení tohoto problému používá mnoho řadičů USB PD ochranu proti VBUS na určitých pinech rozhraní.

Nový řadič Maxim Integrated PD USB

Příklad řadiče USB PD, který poskytuje ochranu proti zkratu mezi kolíky konektoru na MAX77958, nedávno vydaný Maxim Integrated. Tento ovladač USB PD podporuje konfiguraci přijímače, zdroje a DRP. Výchozí firmware zařízení je kompatibilní s USB-C verze 1.3, ale může být aktualizován pro budoucí revize specifikací. Níže je typické schéma aplikace pro MAX77958.

Zjednodušené blokové schéma MAX77958. Obrázek s laskavým svolením Maxim Integrated

MAX77958 je kompatibilní s PD 3.0 a podporuje přizpůsobitelné akce při událostech. Dokáže detekovat vlhkost v konektoru USB-C a zabránit korozi. Nové zařízení podporuje vysokonapěťovou ochranu VBUS (28 V) a ochranu proti zkratu na VBUS na stejnosměrných pinech (22 V). Využívá funkce programovatelného zdroje napájení (PPS) a přepínače rychlých rolí (FRS) Integrovaný obvod je k dispozici v balení na úrovni oplatky 3,10 mm x 2,65 mm (WLP), rozteč 0,5 mm.