为锂电池供电设备提供USB Type-C® 端口芯片方案

1.前言

目前具有 USB 供电 (PD) 功能的 USB Type-C® 端口正在成为为单节和多节电池供电设备充电的标准端口。

无线扬声器、移动电源和电动工具等应用已经从专有充电端口、传统 USB 端口和桶形插孔端口过渡到标准化 USB PD 端口。

USB PD 为快速方便的充电提供了一种通用的替代方案，用户无需随身携带多个适配器或电缆——帮助设计工程师创建更小的应用程序，充电速度更快，组件更少。

随着这些应用功能变得更加丰富、紧凑和耗电，有必要以更小的解决方案尺寸提供更多的功率。同时，消费者开始期待在他们的新设备上使用 USB Type-C。但是，对于产品开发人员来说，实现 USB PD 端口历来颇具挑战性。

2.简化设计方案

在过去，添加 USB PD 端口需要非常深入地了解 USB 规范以及大量的固件和硬件开发工作。几个不同的组件需要协同工作以促进 USB PD 支持。

为充电应用完成 USB PD 端口所需的两个主要集成电路 (IC) 是 USB PD 控制器 IC 和电池充电器 IC。这些 IC 通常彼此独立运行，并且无法在没有外部微控制器 (MCU) 大量参与的情况下在系统中工作。

此限制还需要 MCU 固件开发，以便将 USB PD 端口上发生的事件传达给电池充电器 IC。例如，一旦 USB PD 控制器 IC 在 USB Type-C 端口（或新的电源合同）上协商新的电压和电流，微控制器需要从 USB PD 控制器读回此信息，然后更新电池充电器的充电电流和充电电压基于连接到 USB PD 端口的内容。此外，从 USB PD 端口为外部设备供电需要 USB PD 控制器、MCU 和电池充电器之间的额外通信。

将 MCU 编程为 USB PD 控制器和电池充电器之间的接口通常不是添加 USB PD 时所需的唯一固件开发。典型的 PD 控制器 IC 需要某种形式的固件开发来配置 PD 控制器行为本身，例如一起编译一些代码或脚本功能。必须配置 USB PD 控制器，以确保 PD 控制器上的设置满足您的系统要求，包括系统可以吸收哪些电压和电流以及可以提供哪些电压和电流。

3.使用 TI 控制器和充电器进行设计

为了帮助简化用于高达 45 W 的电池供电应用的 USB PD 端口的设计，TPS25750 USB PD 控制器增加了 I 2 C 主机支持，以直接控制 BQ25792 电池充电器，而无需外部 MCU 的任何干预。TPS25750 USB PD 控制器将根据 USB PD 端口上的功率协商，通过 I 2 C自动更新 BQ25792 的充电参数。因此，现在不需要外部 MCU，您无需开发固件即可为电池供电应用添加 USB PD 端口。

使用 TPS25750 的基于 Web 的图形用户界面 (GUI) 配置 USB PD 端口行为需要回答几个关于您的 USB PD 端口需要支持什么的多项选择题——不需要复杂的脚本、代码编译或固件开发。这不仅降低了材料清单成本；它允许您在不具备有关该技术的深入专业知识的情况下添加 USB PD。

TPS25750 和 BQ25792 集成了电池充电器和 USB PD 控制器所需的所有电源路径。图 1 突出显示了这些设备如何为高达 45 W 的电池供电系统简化 USB PD 端口的实施。当这两个 IC 一起使用时，USB PD 端口将能够支持双向供电，提供源电源和接收电源，因此当系统连接到笔记本电脑、智能手机、耳机或交流适配器等外部设备时，使系统能够从 USB PD 端口充电或充电。

除了这些系统实施优势之外，TPS25750D 和 BQ25792 还集成了系统的所有场效应晶体管 (FET)，无需外部 MCU，使您能够实现非常小的解决方案尺寸。与基于 MCU 的非集成 USB PD 电池充电实施相比，典型的系统解决方案尺寸约为 150 mm 2。使用 TPS2570 和 BQ25792 时，可以实现大约 55 mm 2的系统解决方案尺寸。

图 1：TPS25750D 和 BQ25792 USB PD 电池充电器实施

图 2 突出显示了基于 MCU 的 USB PD 控制器和带有外部 FET 的电池充电器，适用于需要高功率充电和系统功率通常大于 45 W 的应用。对于大于 45 W 的应用，请考虑将 TPS25750 控制器与 BQ25731 充电器配对。

图 2：基于 MCU 的非集成解决方案

表 1 比较了基于集成和非集成 MCU 的解决方案的 USB PD 充电。

表 1：集成与非集成 USB PD 电池充电器实施比较

随着法规推动通用充电器的出现，使用 USB PD 进行充电的趋势最近变得更加紧迫。使用 TPS25750 和 BQ25792 更新您的系统以从 USB PD 充电现在比以往任何时候都更容易，使您能够迁移到最新的通用充电连接器，同时不影响解决方案尺寸。