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基于Type-C的充电解决方案

时间 : 2022年7月13日分类 :工程百科

Type-C是USB接口的一种连接介面，不分正反两面均可插入，大小约为8.3mm×2.5mm，和其他介面一样支持USB标准的充电、数据传输、显示输出等功能。Type-C由USB Implementers Forum制定，在2014年获得苹果、谷歌、英特尔、微软等厂商支持后开始普及。

第一个优势，就是最为人所知的无方向性，通俗说就是可以正反插，估计这也是苹果放弃之前使用的Thunderbolt 2接口的重要原因。

第二个优势是Type-C非常浅薄，约8.3×2.5mm的大小放在移动设备上并不突兀，应用在笔记本电脑之上更是节省空间了三分之二的空间。

第三个优势在于其完整支持USB 3.1的全部功能，比如提供高达100W的供电、最高10Gbps的传输速率、传输影音信号等。

得益于Type-C以上三个优势，特别的是，Type-C的功率传输是双向的，这意味着它拥有两种发送功率方式，即用户不仅可以用笔记本为移动设备充电，也可以利用其它设备或移动电源为笔记本充电。

一、QC3.0 USB PD二合一Type-C车用充电器解决方案

方案概述

Type-C是新一代的USB接口，正反都可以插，USB PD输出电压可提供5V、9V、12V、15V、20V等多种选择，功率最大可以达到100W电力，而且Type-C接口很细小，所以适合笔电、平板到手机，以至小小的周边产品都可以配备。而QC3.0乃是为手机量身打造，输出电压以每 200mV 为增量，于3.6V 至 20V 的电压范围内，让手机选择最适合的电压与理想的充电电流，进而将电能损耗最小化、提升充电效率并改善热表现。单一Type-C接口输出的QC3.0 USB PD二合一车用充电器，让使用者可以方便的对手机、平板与笔电充电。

方案框图

方案特性

本方案最高功率可达60W，采用MCU与开放式软件设计，能自动识别负载充电协议为QC3.0或USB PD，并共享一个Type-C接口，具有成本低，弹性大的优点。MCU采用市场应用最广的ARM Cortex M0系列，以本公司代理的义法（ST Micro） STM32F030K6，搭配仙童（Fairchild） FUSB302 Type-C控制器，与安森美（ ON Semi） QC3.0识别IC NCP4371，电源控制芯片则采用安森美升降压（Buck-Boost） IC NCP81239。

本方案输入由汽车电池点烟座提供大功率电源，经由安森美的升降压电源转换控制芯片NCP81239驱动功率开关，以调节输出电压与电流。MCU 负责识别、判断负载充电需求与控制升降压电源转换芯片，以输出负载所需的电源规格，采用的是义法STM32F030K6。MCU可直接连接Buck Boost IC内建的I2C bus来设定负载所需的输出电压值，电压设定采每100mV为增量，超越QC3.0所需的200mV增量规格。NCP81239搭配四颗Power Mosfet开关、一颗电感、与滤波电容，根据输出入电压差可自动调整为升压（BOOST）或降压（BUCK）架构，输出5V~20V，符合USB PD需求的电压规格。

本方案负载充电协议支持QC3.0与USB PD，并共享一个Type-C接口。Type-C与USB PD协议是经由侦测USB接口的CC1与CC2讯号，并透过仙童的Type-C控制IC FUSB302，经由I2C接口与MCU连接。QC3.0快充协议则采用安森美的QC3.0 控制IC NCP4371连接USB接口的D /D-讯号。MCU负责识别、判断负载充电需求与控制升降压电源转换芯片，以输出负载所需的电源规格。

主要IC：

．MCU： ST micro STM32F030K6
．Type-C Controller：
．QC3.0 HVDCP Controller： ON NCP4371
．Buck Boost Power Controller： ON Semi NCP81239
．LDO： MPS MP2013

系统功能

汽车点烟座输入接口， Input voltage： 12V，
Type-C 输出接口， Output voltage @Max. load current如下：
．QC3.0： 3.6V~12V @3A，
．USB PD： 5V/9V/12V/15V/20V @3A
满载平均效率约95%
自动识别负载充电接口，QC3.0 由D /D-识别充电协议，USB PD由CC1/CC2识别充电协议

二、低成本的USB Type-C Only电源适配器方案

Type-C接口有最大3A的供电能力，总共15W的功率，已能满足大多数手机和其它手持设备的应用。RT7213/15集成了CC检测和P-MOS驱动，搭配初级侧RT7713/15，是低成本的5V/3A适配器不错的选择。

下图是由RT7713和RT7213组成的符合Type-C规范的原边回馈（PSR）电源适配器，是一种最容易入手的电源解决方案。