如何缩小您的USB C型电池充电器

MAX77860 USB Type-C 3A开关模式充电器是一种高度集成的解决方案，将充电器、电源路径、Safeout LDO、ADC以及USB-C CC和BC 1.2检测集成在3.9mm x 4.0mm、0.4mm间距、WLP小型封装中，大大降低了系统复杂性。OTG功能无缝集成，无需额外的电感器。这种集成水平简化了设计，能够在最小的PCB空间内提供更多的功率和更多的功能。

介绍

新的USB 3.1 Type-C™标准大大简化了 我们互连和为我们的电子产品供电的方式。这 标准使用 USB C 型连接器进行数据和电源传输 在任意两个设备之间传输，最高可达 100W。因此 电池充电需要更多功能 系统，它往往越来越小更轻 每个新的便携式设备。本文回顾了一个典型的USB Type-C 充电系统并展示如何简化设计 同时在更小的尺寸内提供更大的功率和更多的功能 空间。

USB 3.1 C 型标准

USB 3.1 Type-C（又名USB-C）是一种新标准， 支持高数据速率和增加之间的功率传输 电子产品。USB 3.1 可提供 10Gbps 的吞吐量 同时通过标准电缆提供高达 3A 的电流和高达 5A 的电流 通过增强型电缆。总线电压可调节至 20V（60W/3A（使用标准电缆）或 100W/5A 增强型电缆）。如今，许多笔记本电脑都需要 功率小于100W，因此新型号采用Type-C。 连接器可以通过USB端口充电，就像小型设备一样 今天收费。

USB 3.1 Type-C 标准的复杂性需要设备 作为电源提供商（源）或高级用户进行协商 （汇）在进行电力传输之前。连接器在 Type-C 电缆的两端是相同的，允许可逆 插件。每个连接器也是可翻转的，这使得它可以 插入时，两侧朝上。Type-C USB 也允许 对于双向电源，因此外围设备可以是 已充电，并且同一设备也可以为主机设备充电。 这有望消除许多专有电源适配器 和多种类型的USB电缆，最终减少了迷宫 围绕当今桌面的电线。

配置通道检测

USB Type-C的新功能是配置通道（CC） 检波。配置通道逻辑检测电缆 存在、方向和载流能力。电缆 当两条 CC 线中的一条被拉下时，将进行检测。 下拉哪条线（CC1 与 CC2）决定了电缆 取向。载流能力由下式决定 端接电阻的值。另一个新功能 USB Type-C是冷插拔的，即仅提供5V 成功完成端到端检测后。此功能 使 USB C 型应用中必须进行 CC 检测。

USB 3.1 C 型典型系统

图2所示为典型的便携式电源管理前端 配备可连接到 USB C 型电缆并供电 通过锂离子 （Li+） 电池。

图2.USB 3.1 C 型典型电源管理系统。

当存在VBUS电压时，它为充电器供电， 系统，以及其余的块。在这个阶段，电池 通过 Q 充电巴特作为电流源运行。当 VBUS 断开连接，电池通过 Q 为系统供电巴特作为“开”开关运行。

使用 USB Type-C 协议时，CC1 和 CC2 引脚（图 2）确定端口连接，电缆方向，角色检测， 和端口控制。图 2 中的充电器还支持 旧协议电池充电器 1.2 （BC1.2）。

典型解决方案

电池系统的典型实现可能非常 在 BOM 和 PCB 空间方面成本高昂。图 3 显示了 PCB 充电器的尺寸和检测部分用两个实现 IC，一个用于充电器，一个用于两个检测模块 图2.双芯片解决方案加无源器件占用61mm2.

图3.通用集成解决方案PCB尺寸（61mm2)

高度集成的解决方案

通过更高的 集成水平。在图 4 中，蓝色突出显示的框显示 理想情况下可以集成在单个电源中的所有模块 管理IC（PMIC）。

图4.USB 3.1 C 型集成路径。

通过这种集成度，系统的复杂性大大降低，如图5所示。

图5.集成充电系统。

集成 USB C 型充电器

MAX77860集成度更高，性能高， 单输入开关模式充电器，具有 用于单节电池的 USB C 型 CC 检测功能（图 6） Li+电池。该 IC 支持高达 15W 的应用和 包括反向升压能力、高压 LDO 和 一个 6 通道 ADC。开关充电器设计有 强大的 CC、CV 和芯片温度调节算法 输入功率调节，以及I2C 可编程设置为 适应各种电池尺寸和系统负载。 它适合紧凑的 3.9mm x 4.0mm WLP 封装。

图6.集成充电器 PMIC。

相应的PCB布局如图7所示。这 集成解决方案加上无源器件仅占用 42mm2，30% 减小印刷电路板尺寸。

图7.高度集成的解决方案，PCB尺寸更小（42mm）2).

易用性

在典型的系统中，微控制器或主机微处理器 根据电流配置充电器的输入电流限值 端口控制器 IC 检测到的级别。The MAX77860 独立设置充电器的输入电流限值，允许 充电器，用于在电源的全部容量下为电池充电， 这导致更快的充电。这也简化了主机 软件开发。

设计灵活性

向后兼容性支持适用于 USB Type-C 和传统适配器。集成式模数转换器 释放微控制器中的资源，同时提供 精确的电压、电流和温度测量 先进的电源管理。

用于 OTG 电源的反向升压

USB On-The-Go（OTG）是一种允许USB的规范 手持式计算机和终端等设备，便携式 游戏玩家和电池供电的健康监测设备 充当主机。这允许其他 USB 设备或配件 例如 USB 闪存驱动器、数码相机、鼠标或键盘，以 依附于他们。USB Type-C 规范还允许 为具有反向升压功能的其他设备供电的设备。

图8简明扼要地说明了充电和反向升压 功能。

在充电模式下，S1打开，开关稳压器（S2和 S3降压模式下的同步开关）降压 CHGIN 电压至 SYS 引脚。从那里，线性稳压器， 控制调整管 S4，为电池充电 （S4上）。

在没有输入电源的反向升压模式（OTG）下，电池 电压（S4全开）被提升（S2和 S3同步切换 升压模式下）在 CHGIN 引脚 （S1上）。

在此实现中，反向升压模式不需要 附加电感器。然后使用升压的CHGIN电压 用于 USB OTG 功能。

在纯电池模式下，开关 S1已关闭。

图8.充电器和反向升压工作模式。

安全电源

安全LDO是受保护的高压线性输入 提供可编程输出电压 3.3V/4.85V/4.9V/4.95V，通过I电流2C 寄存器。它用于供应 低电压额定 USB 系统。安全的线性稳压器 当 CHGIN = 3.2V 时打开，当 CHGIN 大于过压阈值。

结论

新的USB 3.1 Type-C标准需要更多功能 来自电池充电系统，即使安装在便携式中 设备往往越来越小，越来越轻。 我们回顾了一种典型的充电解决方案，其低水平 集成，导致需要大PCB面积的大型BOM。 高度集成的解决方案，如MAX77860 USB所示 Type-C 3A 开关模式充电器，大幅减少系统 通过集成充电器、电源路径、 安全输出 LDO、ADC 以及 USB-C CC 和 BC 1.2 检测 采用小型 3.9mm x 4.0mm、0.4mm 间距 WLP 封装。奥特格 功能无缝集成，无需 额外的电感器。这种集成水平简化了设计， 能够在 最小的印刷电路板空间。

审核编辑：郭婷