便攜式設備中的 5G 和 4K 顯示屏等高級功能推高了功耗——在許多情況下，由高容量 2S 電池供電的設備的功耗遠遠超過 15W。對于這些耗電量大的小工具，USB-C 供電 (PD) 是一個福音，因為它可以實現快速充電，讓這些產品恢復運行，停機時間很短（圖 1). 為了方便和標準化，許多以前使用 AC-DC 桶形適配器的應用正在遷移到 USB-C PD。然而，對于設計人員而言，符合 USB-C PD 標準通常需要復雜的固件開發和額外的硬件組件。考慮到引腳之間的距離短且電壓高 (20V)，如果以一定角度插入或斷開連接器，也存在損壞的風險。事實上，USB-C 和 USB-C PD 規范都需要一套獨特的技能，因為為它們設計并不像為傳統 USB 變體設計那么簡單。

相機、AR/VR 系統和無線揚聲器等消費類設備引領了 USB-C 和 USB-C PD 的發展。在地平線上，工業和醫療領域的應用正在迅速采用 USB-C 和 USB PD，因為消費者要求在他們的專業環境中提供相同級別的便利性。我們還看到了銷售點 (POS) 設備、工業掃描儀和吸奶器中使用的 USB-C 標準。鑒于上市時間的壓力，這些產品無法承受較長的開發周期。在本文中，我們將分享一些技巧來簡化 USB-C PD 設計的設計工作。

USB-C 充電系統的設計挑戰

USB-C 和 USB-C PD 使設計人員能夠實現通用連接器的承諾，提供用于數據傳輸和電力傳輸的可逆 24 針連接器的規范。USB-C 指定 5V 至 3A (15W)，而 USB-C PD 3.0 指定 5V 至 20V 至 5A (100W)。要為 USB-C 設計充電系統，您需要：

解決信號完整性和速度問題

連接到各種遺留接口

確保您的設計能夠處理各種電壓和電流，包括使用冷插座啟動（0V 直到端到端檢測完成）

確保插入 USB-C 充電電源時充電器和端口控制器能夠相互通信

滿足消費類設備等產品不斷縮小的尺寸需求

保持熱效率以最大限度地減少溫升

應對這些挑戰通常需要復雜的主機端軟件開發，用于 USB-C 協商或外部場效應晶體管 (FET) 和外部微控制器等額外部件。但是，可以使用充電系統解決方案來幫助最大程度地減少這些挑戰。一個關鍵特性是遵守協議，因為這將簡化設計實施。一些解決方案還設計有基于事件的操作腳本，使定制過程更加容易。高度集成的電路將消除對太多分立元件的需求。此外，還要考慮有助于在惡劣環境（例如變化的溫度或潮濕條件）下保持可靠運行的功能。

另一個考慮因素是使用更高容量的電池，耗電的終端設備需要電池來支持更長的運行時間。從 1S 電池遷移到 2S 電池可在不增加充電電流的情況下增加容量。由于 USB-C 支持 5V 和 20V 之間的輸入電壓，而 2S 或 3S 電池電壓介于兩者之間，降壓-升壓轉換器可以幫助彌合差距。有關基于 2S 電池的應用程序的框圖，請參見圖 2 。

圖 2：基于 2S 電池的應用程序框圖。（來源：美信集成）

開箱即用的 USB-C 合規性

Maxim Integrated 推出一對新的 USB-C 充電系統解決方案，開箱即用，符合 USB-C PD 3.0 規范，無需固件開發，開發時間最多可縮短三個月。與競爭解決方案相比，它們緊湊的占地面積還將解決方案尺寸縮小了一半。MAX77958 _USB-C 和 USB-C 供電充電控制器負責取消固件步驟，這要歸功于其 GUI 驅動的定制腳本、BC1.2 支持以及與快速角色交換 (FRS)、雙角色端口相關的配置設置(DRP) 和 Try.SNK 模式。該獨立設備無需外部微控制器，提供開箱即用的 USB-C PD 3.0 合規性，使您無需固件開發即可為最終應用定制操作。該器件還設計用于通過 28V 額定電壓、V BUS對 CC 引腳的短路保護、集成模數轉換器 (ADC) 和濕度檢測/腐蝕防護等特性來承受惡劣環境。

MAX77962是一款3.2A USB-C 降壓-升壓充電器，集成 FET，可對大容量 2S 鋰離子電池進行快速充電。它為 USB-C PD 充電提供寬輸入電壓范圍（3.5V 至 23V），不需要分立 FET，并且可以配置有或沒有應用處理器。在 9V輸入、7.4V輸出、1.5A輸出時的峰值效率為 97% 。

您可以使用MAX77958EVKIT-2S3評估這兩個部件，它展示了 MAX77958 自主控制 MAX77962 充電器及其 I 2 C 主功能。

這兩款設備都是更廣泛的 USB-C 和 USB-C PD 設備產品組合的一部分，其中包括高能效充電器和轉換器、自主且穩健的控制器以及電源路徑和保護 IC。

審核編輯：湯梓紅