基于USB Type-C 的快速充电解决方案

TI Information – Selective Disclosure
USB Type-C 接口所具有的特点
哪些情况下你需要 PD功能?
Function USB 2.0 通信 USB 2.0 & 3.1 通信 不超过15W 供放电 BC 1.2 协议 支持Analog Audio音频模式 PD Needed? No No No No No
TI Parts
TPS25810, ,BQ25895,TPS61235, TLV70430, TPS2514A, MSP430G2332, BQ29700, TPS61088,CSD17483, CSD17575, CSD16301, SN74LVC1G3157
Leabharlann Baidu
Vin
5-12V
Po
25W
Vo/Io
5V/3A 5V/9V2A or 12V/1.5A
I2C VSYS
TPS65987D
VBUS
PD Modem PD Modem VCONN/CC BC 1.2 RCP/OVP/O CL PPHV2 PPHV1
5A
RCP/OVP/O CL
PD Modem I2C x2 PD Manager MCU 5V PP Cable
3S2P 12.6V
D-
SBU
• TUSB320/1/2 • TPS25810 • TPS25820/1
Type-C & PD 供电电源 Products
• TPS25740/A/B
Type-C & 全功能 PD 电源, 数据, 视频 Products
• TPS6598x • TD3SS3212 • TUSB422 • HD3SS460 • TPS25725 • TUSB546/2
0V
CC2
PD Power Contract
Alternate Mode DisplayPort Entered
CC1
TI Information – Selective Disclosure
TI拥有完整的USB Type-CTM & PD 产品解决方案
标准 Type-C (15W max) Products
优先级 最高
模式 USB PD USB Type-C current @ 3A USB Type-C current @ 1.5A USB BC1.2 USB 3.1
标称电压 高达20 V 5V 5V 5V
最大电流 Up to 5 A 3A 1.5 A 高达1.5 A 900 mA 500 mA
USB Type-C 接口可以支持高达 100W 供电!
•
• • • • • • •
PD 可以协商供电功率高达 100W (20V/5A) – 快充
PD 也可以协商后提供 >1W 的 VCONN 供电，最高达 6W 所有 Alt mode 交替模式必须要有USB PD支持 通过 PD Alt Mode 协商，USB Type-C 接口也可以支持非USB数据通 信 SS 差分线对和 SBU 边带辅助信号专用于Alt Mode 当支持Alt Mode时，也必须要保留 USB2.0 信号连接
应用范围
• 壁式充电器
TI Information – Selective Disclosure • 车载充电器
PMP11451 + PMP11455:
USB-C PD DFP, 60W 5-20V/3A, Universal AC Input Reference Design
TI Parts
TPS25740, UCC28740, UCC24636, TL431A, CSD17578
特点
• 完整全套参考设计& DFP电源 的最小尺寸解决方案 (TPS25740/1) • Leverage existing MCU & customer ownership of EC (TUSB421)
特点
• 完整全套参考设计& 全集成方 案 (TPS6598x) • Leverage existing MCU & customer ownership of EC (TPS25725 & TUSB422) • Smallest solution size w/o MCU (TPS25725) • 超低成本 (TUSB422)
DFP 设备的CC 脚通过Rp电阻上拉 UFP 设备的CC 脚通过Rd电阻下拉 DRD/P 设备实际连接后会在DFP 和 UFP设备见二选一 DFP(UFP) 通过连通的这根CC线能够侦测接入的 UFP (DFP) 端的 Rd(Rp)电阻 DFP/UFP 能够通过CC线识别接入的方向 DFP 使用不同的Rp (或恒流源) 值可以标明其供电能力.如 USB 默认 , 1.5A 或 3A DFP (主机) 默认是供电方； UFP (从设备) 默认是用电方 USB PD 可以通过协议沟通改变这个默认角色，进行角色变换
Vin 85~265 V
Po 60W
Vo/Io 5V,12V,20V/3A
Topology S.R Flyback
Avg. Eff. 91%
TI Information – Selective Disclosure
PMP4451:
USB-C DFP+ USB-A Power Bank with Input & Output Fast Charger Reference Design
Topology
Syn-Buck & Syn-Boost
Protection
OVP, OCP SCP, Input UVP, OTP
Eff.
Up to 93%
TI Information – Selective Disclosure
PMP40001:
USB-C PD DFP 5/12/20V3A Output with 2~3 Cell Battery Input Reference Design
线缆中只有一根CC 线
Rd下拉电阻用于UFP 设 备检测外设接入，接入方 向和供电能力
•
数据 & 电源角色
• •
Type-C 数据角色:
• • •
数据下行端口(DFP) – 主机 数据上行端口(UFP) – 从设备 双角色端口(数据双角色DRD & 电源双角色DRP) DFP 和 UFP 之间互相切换 Source – 供电方 Sink – 用电方
最低
USB 2.0
TI Information – Selective Disclosure
USB Type-C 信道配置
方便简单的沟通配置通道的正反插，设备角色等
主机和从设备间简单的电阻分压网络
• • • • •
Rp上拉电阻用于 DFP 设备监测外 设接入和接入方 向 注意：线缆中只有一根 CC 线负责即时沟通
什么是 USB PD?
• • USB PD 通过 CC 单线通信进行协议沟通 一种可以提升 USB Type-C 的供电能力， 扩展交替模式和角色灵活变换的沟通协议 •
扩展的 USB Type-C 能力 – 更高的功率, Alt Mode 交替模式视频 & 更灵活
为什么要用 USB PD?
扩展供电 • • USB Type-C 通过CC 线上简单的电阻分压网络识别，在VBUS口支持 15W (5V/3A) 超过 5V/3A 供电必须要用到 USB PD
USB PD 交替模式协商过程
Dock 和笔记本电脑间 USB PD 联机沟通和建立过程图解
USB Power Delivery 分析及 PD 控制器固件 (Dock 作为 DFP/Source 主设备& Notebook 笔记本作为 UFP/Sink从 设备)
20 V
20 V
5V
0V
VBUS PP_HV
TI Information – Selective Disclosure
Electronically Marked 电子标签Type-C 线缆
让 USB Type-C 接口无处不在
什么是E-marker 电子标签? • • • • 嵌入线缆中简单的 USB PD 控制器 响应DFP/Source 端的 USB PD 指令 提供线缆的基本电器特性比如载电流能力，功能，厂商识 别ID等 从 VCONN 取电 哪种情况下需要 E-marker ? • • 超过3A载流能力的 USB Type-C 线缆 支持全功能 USB Type-C 包括 USB 3.1 和交替模式线缆
CC
VCON
I2C or GPIO USB 3.1 SS Mux Display Port
交替模式
角色灵活
•
Host/DFP 默认是 power source， Device/UFP 默认是 power sink
TI Information – Selective Disclosure
USB PD 电源规范
确保互相沟通是有明确的规范性
如下是在一个给定的PDP下，作为供电方要求支持的最 起码的电流和功率能力 规范的目的 • 明确支持 PD Power (PDP) 的电源适配器统一 明确的标称其功率，电压和电流能力 • 确保整个生态链中的产品相互之间更好的兼容
全方位完整配套方案
Products
• Battery • DC/DC • Protection • MCU • AC/DC • FET
特点
• 完整全套参考设计& DFP < 15W 电源最小PCB尺寸 (TPS25810) • 完整全套参考设计& DFP <7.5W 电源最小PCB尺寸和成 本(TPS25820/1) • 最小芯片封装和成本 (TUSB320/1/2)
数据
充电 视频
外设 供电
TI Information – Selective Disclosure
USB Type-C 电源模式
灵活的，标准化的供电方式
USB Type-C 可以通过不同的协议定义提供不同功率等级的电源:
接口电源角色
根据 USB PD的规定, 端口的角色是可 以灵活协商变动的. • • • Provider: 设备只提供供电 Consumer: 设备只接受电源 Consumer provider: 设备既供电 又受电. 设备支持 USB PD
TI Parts
TPS25740, LM5175, TL331, TLV704, CSD17578, CSD17309, CSD16323
Vin
6-13.5 V
Po
60W
Vo/Io
5V,12V,20V/3A
Topology
Buck-Boost
Avg. Eff.
up to 96.6%
TI Information – Selective Disclosure
VCONN 电源
•
•
Type-C 电源角色:
• •
DFP 提供 VCONN 供电 (最少1W) ，并通过当前没被使用的 CC 脚 提供给线缆中的电子标签芯片 线缆通过在CC线上的 Ra 下拉电阻来请求 VCONN 供电
TI Information – Selective Disclosure
USB Power Delivery (PD)
基于USB Type-C 的快速充电解决方案
德州仪器 Anfeng Qu
TI Information – Selective Disclosure
TI Information – Selective Disclosure
USB Type-C 实现了所有设备的自由互联
首次实现了在一个接口上电源可以双向协商供电
DC to Type-C + PD 电源转换器
TI Information – Selective Disclosure
14
TPS65987 1 Port Provider & Consumer w Charger
Barrel Jack bq25703 Buck/Boost Battery Charger 5V – 20V 5V-20V
超过15W 供放电
Alt Mode交替模式 (比如支持 DP Video) Power/Data 供电/数据角色需要切换 Cable identification 线缆识别 Active cable support 有源线缆
Yes
Yes Yes Yes Yes
TI Information – Selective Disclosure
特点
• TI是唯一可以一站式提供全 套解决方案的一家公司 • 全方位的 TI-Designs 参考 设计已覆盖各类不同应用
应用范围
• 手机 • 平板电脑 • 移动电源 • • • •
应用范围
壁式充电器 电源适配器 车载充电器 移动电源 • • • • •
应用范围
个人电脑 显示器 平板电脑 扩展坞 娱乐设备