USB充电器从Type-A升级到Type-C
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USB 充电器正变得越来越普遍，并且似乎正在走向普及。它们已经从只存在于我们的计算机上转变为存在于墙壁插座、墙壁疣、汽车面板、飞机座椅等中。
传统的 USB Type-A 充电器只有一个电压，这有助于实现简单的高级设计。图 1 显示了一个简化的示意图。由R FBL和R FBU形成的电阻分压器能够对施加到V BUS的输出电压进行闭环调节。在此拓扑中，反激控制器必须限制输出电流以确保安全。
图 1：A 型插座的传统 USB 充电器示意图
USB Type-C™ 连接器上的 USB Power Delivery (PD) 支持更高功率的充电，这将进一步拓宽 USB 充电生态系统。但是，USB PD和USB Type-C有了新的要求，图1的原理图不足以满足这些要求。
图 2 显示了 USB PD 充电器的简化原理图。马上，我们就可以看到电源路径中有两个 MOSFET 和一个大电容，这在图 1 中没有。另请注意，此原理图可以提供多个电压。PD 控制器通过配置通道 (CC) 协商电压，然后将 CTL1 和/或 CTL2 引脚拉低以调整电阻分压器以获得高于 5V 的电压。PD 控制器将 CTL 引脚拉到地或设置为高阻抗，以选择所需的输出电压。
图 2：Type-C 插座的 USB Type-C PD 充电器示意图
USB Type-C 有一些不同于 USB Type-A 的要求。表 1 总结了此处讨论的两个新要求及其含义。
表1 ：USB Type-C PD 充电器中V BUS 的新要求
第一个新要求是支持USB PD 的充电器必须是冷插拔的；换句话说，当插头为空时，V BUS为 0V。此外，当发生故障时，在执行 USB PD 硬复位时，电源需要将 V BUS驱动到 0V 接近 1 秒。将 V BUS驱动至 0V 需要一种将反激输出与连接器上的V BUS断开同时保持 PD 控制器电源的方法。图 2 中的原理图使用 Q1 FET 使 V BUS变为 0V，而 PD 控制器将其电源输入 (VPWR) 保持为高电平，以便它可以监控 CC1 和 CC2 上的接收器连接。
在USB规范中，“0V”真正的意思是小于0.8V（规范中简称vSafe0V）。这可确保任何连接的 USB 设备或接收器检测到 V BUS已消失并重置。尽管 USB 规范要求 USB 自供电外设将低于 4.0V 的瞬变检测为分离（USB 3.1 第 7.5.1.2.4 节），但它没有指定其他外设的分离电压。USB 设备在更低的电压下运行是很常见的。因此，0.8V 定义可确保所有设备检测到分离。
第二个新要求是，当插座为空时，Type-C 插座不能暴露于 V BUS超过 10μF 。图 2 中的原理图使用 Q2 FET 来阻止流入 C BULKC的浪涌电流。Q2 对电容进行分压，使 C PDIN直接应用于连接器上的V BUS，而 C BULKC与连接器隔离。由于 USB PD 可能提供高达 100W 的功率，因此 C BULKC电容可能非常大。USB 3.1 规范给出了限制电容涌入的几个原因，包括限制接触电弧以延长连接器的寿命（参见 USB 3.1 第 11.4.4.1 节），这导致要求 USB Type-B 端口限制暴露在 V 上的电容其插座的BUS引脚为 10µF。
USB Type-C 规范定义了将传统 A 插头适配为 C 插头的电缆（见图 3），这意味着来自 Type-A 插座的热 V BUS可以连接到USB Type-C 插座的V BUS。因此，为了保护传统的 Type-A 端口，所有 Type-C 插座必须限制它们的电容，同时不要将 V BUS拉到与Type-B 端口相同的 10µF 限制。
图 3：USB Type-A 插头转 USB Type-C 插头
最后，USB PD 充电器可以选择使用固定电缆。固定电缆产品具有 Type-C 插头而不是 Type-C 插座。USB Type-C 规范没有将Type-C 插座（母）定义为 Type-A 插头（公）。因此，不需要限制V BUS引脚上的电容，因为它并不意味着机械连接到 A 型端口。这导致了图 4 中所示的优化，其中 Q2 FET 已被移除，但 Q1 FET 保留，以便 V BUS可以被驱动到 0V。固定电缆应用的另一个好处是它只需要一个 CC 引脚，因为 Type-C 插头只有一个 CC 引脚。
表 2 总结了这两个新要求对不同应用的适用性。
表2 ：新要求的适用性
对于需要 Q1 和/或 Q2 的系统（即所有 USB PD 应用），系统设计人员可以通过选择具有最小 R DS(on) 的FET 来最小化系统影响。由于 N 沟道 MOSFET 通常提供比 P 沟道 MOSFET更低的 R DS(on)，因此最好选择可以直接控制 N 沟道 MOSFET 的 PD 控制器，例如 TI 最近发布的 TPS25740 和 TPS25740A USB PD 控制器。
图4 ：Type-C 插头（固定电缆）的 USB Type-C PD 充电器示意图。
与所有新技术一样，在开发 USB Type-C 充电器时需要考虑许多细节。它不仅仅是从现有的 USB Type-A 产品复制粘贴。
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