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對通用充電器的需求 隨著越來越多的消費類電子設(shè)備改用電池供電，如何給這些設(shè)備充電就成了一個重要問題。記得以前的手機使用的充電器五花八門，其中有一些可能還在你的抽屜里。除了手機充電器，其他設(shè)備如剃須刀、相機和手持游戲機也各自需要不同的充電器。出差或度假經(jīng)常需要隨身攜帶一袋子充電器，因為極少有充電器能通用于多個設(shè)備。 當USB micro-B成為智能手機、智能手表和智能家居恒溫器等眾多低功耗設(shè)備的首選連接器后，情況開始發(fā)生變化。不過USB micro-B最高只能提供約5W的功率，因此不適合大型設(shè)備。 USB-C正在變得無處不在 USB實現(xiàn)者論壇（USB Implementers Forum，USB-IF）于2014年底推出的USB Type-C連接器標準實現(xiàn)了創(chuàng)新，通過在接口兩面各使用12個對稱的引腳，使連接器正反兩面皆可插入。新的連接器標準與USB 3.1接口規(guī)范幾乎同時發(fā)布，但USB-C不一定要采用3.1規(guī)范進行通信。此外，USB-C還引入了傳輸其他數(shù)據(jù)信號的能力，比如用于傳輸?shù)腄isplayPort、HDMI、Thunderbolt以及USB數(shù)據(jù)。還有一個關(guān)鍵點是，USB-C能提供獨立于USB數(shù)據(jù)模式的供電（PD）功能。USB-C有兩個專用的引腳（CC1和CC2），用來與主機協(xié)商，在最高5A的電流下提供最高20VDC的電壓（圖1）。 憑借其100W的供電能力，USB-C很快就順理成章地成為了各種消費類電子產(chǎn)品的通用電源連接器，取代了以前常用的micro-B連接器和眾多圓柱狀的“筒形”連接器。 
圖1 : USB-C連接器的引腳規(guī)格（資料來源：USB實現(xiàn)者論壇） USB供電方式 當前的USB-PD V3.0規(guī)范規(guī)定了四個額定電壓等級：5V、9V、15V和20V，并可選擇以20mV為步進單位設(shè)定電壓。此外，該規(guī)范還支持最高達100W的輸出功率水平，并能夠提供恒壓或恒流充電。這為設(shè)備充電提供了許多新機會，包括筆記本電腦和其他更高功率的設(shè)備。不過要使用USB-C連接器充電，實際應(yīng)用中還需要配備微控制器、額外的電路和軟件協(xié)議棧。 替換筒形連接器面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 在使用USB-C PD連接器代替筒形連接器時，工程團隊需要完全熟悉USB PD規(guī)范，并確保設(shè)備在合規(guī)性和互操作性方面符合USB-IF的嚴格認證要求。符合USB-C標準的充電器本質(zhì)上是一種可編程電源，它需要進行通信以使負載能夠請求所需的電壓和電流。因此，所有設(shè)計都需要微控制器和相關(guān)固件來操作完整的USB PD軟件協(xié)議棧。在設(shè)計中引入更多組件將會拉長總體物料清單（BOM），并需要多次迭代來優(yōu)化電源電路，最終形成一個在技術(shù)上和經(jīng)濟上都切實可行的解決方案。 設(shè)計最優(yōu)解決方案 相對于從頭開始實現(xiàn)USB PD，工程師們更愿意使用預(yù)先經(jīng)過USB-IF認證的解決方案，比如Cypress EZ-PD™筒形連接器替代品（BCR）評估套件(CY4533)（圖2）。這種解決方案可用于輕松設(shè)計產(chǎn)品原型，用USB-C連接器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的筒形連接器而無需開發(fā)任何固件（圖3）。這樣可以非�？焖俚馗脑飕F(xiàn)有產(chǎn)品，讓其改用通用的USB-C充電器。
圖2：Cypress EZ-PD筒形連接器替代品（BCR）評估套件顯示了主要的組件和連接（資料來源：Cypress）
圖3：使用Cypress EZ-PD BCR評估套件將USB-C輕松集成到終端設(shè)備的步驟（資料來源：Cypress） Cypress的EZ-PD筒形連接器替代品（BCR）評估套件嵌入了Cypress CYPD3177 BCR控制器，設(shè)計師可以通過電阻階梯組合將其設(shè)置為所需的負載電壓和電流值，而無需創(chuàng)建任何固件或自定義設(shè)備編程。完成初始原型設(shè)計后，Cypress還提供方便使用的參考設(shè)計，以便CYPD3177和六個電阻可以與合適的USB-C插座，如Molex USB-C連接器（圖4）一起集成到最終產(chǎn)品中。Molex USB-C連接器屬于Molex緊湊型USB Type-C連接器和電纜系列，支持最高達10Gbps的傳輸速度，并具有100W全功率供電能力。USB-C插座是通過將高溫尼龍注塑模外殼放入金屬外殼制成，具有中間連接板，支持穩(wěn)定可靠的插配操作。
圖4：Molex USB-C插座支持最高達10Gbps的傳輸速度，具有100W供電能力，與額定電流1.8A的micro-USB 2.0相比，電池充電時間可縮短64%（資料來源：Molex） 文章來源：貿(mào)澤電子 作者簡介：Robert Huntley是一位具有HND資格認證的工程師和技術(shù)作家。他擁有電信、導(dǎo)航系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用工程等專業(yè)背景，代表貿(mào)澤電子撰寫了各種技術(shù)和實踐文章。 |
