提出一种新的USB-C简化设计架构 并全面支持所有USB-C功能
usb-c接口正在彻底改变电子设备的充电方式。usb-c连接线无论哪一端都能连接智能手机或超级本。物理上，c型连接器既是双向的（无论线缆的哪一端都能插入两头的设备），也是无极性的（连接器插入时可以正面朝上，也可以反面朝上）。在协商过程中，连接系统可以电子地分辨出电极性。除了数据传输，usb-c还能支持更高功率水平的双向功率传输。默认电压为5v，usb-c端口能够与插入的设备协商，在双方同意的电流水平上，将端口电压提高到20v，或双方同意的其他电压值。usb-c端口提供的最大功率为100w（20v/5a），这用来给笔记本电脑充电已经绰绰有余了。优势如此明显，也就不难理解为什么电子设备制造商纷纷在其下一代产品中采用usb-c了。
随着usb pd和usb-c得到越来越多的采用，计算机行业对稳压器的性能提出了明显更高的要求。与电压值固定的传统usb-a和usb-b端口相比，usb-c端口是双向的，接受可变输入电压，输出电压范围为5v至20v。其可调节输出电压允许笔记本电脑和其他移动设备用usb-c端口替代传统ac/dc电源适配器和usb-a和b端子。考虑到这些优势，一些客户在其系统中设计了两个或多个usb-c端口。
不过，目前具有两个或多个usb-c端口的系统架构很复杂，不能满足很多客户的要求。本白皮书提出了一种全新的系统架构，该架构采用瑞萨电子的isl95338降压-升压稳压器和isl95521a组合式电池充电器。我们将讨论这种架构如何简化设计，并全面支持所有usb-c功能。我们还将说明这种架构如何应用到适配器端，以实现可编程电源（pps），这种电源可以输出可调节电压，以匹配usb-c的可变输入电压。
一种新的usb-c架构
图1显示了一种新的usb-c架构，该架构由isl95338双向降压-升压稳压器和isl95521a组合式电池充电器或isl9238降压-升压电池充电器组成。这种新架构允许系统通过usb-c端口给电池充电，当两个pd充电器插入usb-c_1和usb-c_2时，还支持快速充电功能。无需额外复杂的端口控制逻辑电路或ic，该架构的两个端口就可全面支持usb 3.1 on-the-go（otg）。
图1. 瑞萨电子电池充电器架构 – 双usb-c端口，采用两个降压-升压稳压器和一个降压充电器
比较图1和图2很容易看出，要实现与瑞萨电子电池充电器架构相同的功能和性能水平，市场上现有的电池充电器架构需要更多器件和复杂的外部电路。显然，使用现有的电池充电系统，每个充电器通路都需要一个usb-pd控制器来控制2个asgate并执行充电功能，这提高了设计的系统成本。为了实现5v降压otg，otg门还需要一个pd控制器。注意，现有的降压转换器只能输出单一固定电压。图2显示，如果使用5v降压转换器，设计工程师只能输出一个固定5v电压，这与很多usb-c应用要求的可调5v-20v otg输出电压不匹配。
图2. 现有电池充电器架构 - 单一降压-升压充电器+复杂的外部逻辑电路
本文提出的瑞萨电子架构克服了所有这些缺点。图1显示，两个isl95338并联，将两个usb-c端口连接到isl95521a电池充电器。简化了系统架构，为客户节省了大量成本，因为去掉了不少元件，包括各个pd控制器、asgate和otg gate。最重要的是，使用了更少的元件但并未降低性能。例如，如果电池需要充电，那么就直接从usb-c输入向isl95521a供电。此外，将两个isl95338并联，可为客户应用提供更多选择。
例如，可以采用具有不同额定功率的两个usb-c输入来实现大功率电池充电，这意味着，电池充电功率高于单个usb-c输入功率。图1说明了这是如何实现的：在电压回路中放置一个isl95338（设定为较高额定功率的usb-c）为isl95521a输入提供恒定电压（v0），另外在电流回路中放置一个isl95338（设定为较低额定功率的usb-c），自动为isl95521a提供最大功率。换言之，无需增加额外的电路或逻辑来决定两个并联的isl95338降压-升压稳压器的不同额定功率。
可以基于不同的额定功率自动选择isl95338内部的控制回路，来充分利用输入电源。针对otg功能，电池电源可通过二极管提供，用isl95338将功率传输至usb-c输出。从而不再需要5v降压和otg门，如图2所示。此外，通过在两个isl95338、isl95521a和pd控制器之间使用smbus通信，otg电压可以调节，而不是使用固定值。图3显示了一种大功率快速充电应用，其中，新的瑞萨电子电池充电架构可以进行扩展，可以将4个isl95338与一个isl95521a或isl9238电池充电器并联。每个usb-c端口都可以作为汇（sink）或源（source）独立运行。该架构还可以将传统适配器作为电源结合到系统中，而不提高物料成本。
图3. 实现4个usb-c端口的瑞萨电子电池充电器架构 - 4个降压-升压稳压器+1个降压充电器
可编程电源解决方案
在传统的usb-a和usb-b应用中，输入电压是固定值，这给usb-c应用带来了新的挑战，因为usb-c端口还可以接受可变输入电压。解决办法是可编程电源（pps）功能，这种功能允许电源的输出电压和电流以20mv/50ma步进编程和调节，以优化电源通路。如图4所示，isl95338降压-升压稳压器非常适合用于实现pps，因为该稳压器可以利用usb-pd控制器的smbus通信，输出可调的双向电压。
图4. 新型瑞萨电子 pps架构
结论
将isl95338用在多端口usb-c电池充电系统中，可实现一种新的、易于使用的充电架构。与现有的充电架构相比，瑞萨电子的新架构能够以低很多的成本实现，而且提供更高的性能、更快速的充电和更长的电池寿命。此外，所有usb-c端口要求都能完全满足，包括能实现pps，这是未来应用需要增加的关键usb功能之一。
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不过，目前具有两个或多个usb-c端口的系统架构很复杂，不能满足很多客户的要求。本白皮书提出了一种全新的系统架构，该架构采用瑞萨电子的isl95338降压-升压稳压器和isl95521a组合式电池充电器。我们将讨论这种架构如何简化设计，并全面支持所有usb-c功能。我们还将说明这种架构如何应用到适配器端，以实现可编程电源（pps），这种电源可以输出可调节电压，以匹配usb-c的可变输入电压。
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