2017年苹果发布的iphone 8、iphone 8 plus、iphone x三款机首次支持usb pd快充,刺激了整个手机市场,几乎所有主流的手机厂商都已将usb pd快充纳入到了手机的充电配置。2018年新ipad pro也弃用了lightning接口与耳机孔,更换为通用性更高、功能更全、性能更强的usb-c接口。
从各大手机厂商和芯片原厂的布局来看,usb pd快充将成为目前手机、游戏机、笔记本电脑、pad等电子设备的首选充电方案,而usb type-c也将成为下一个十年电子设备之间电力与数据传输的唯一接口,usb pd快充协议大一统的局面即将到来。
mps公司的本次直播活动也紧跟风口,邀请到了我们 mps应用技术市场资深经理龚军勇先生,为大家讲解一下usb type-c 和 pd的基础知识、电源解决方案、控制协议解决方案,助力工程师从目前的 usb type-a 快速过渡到 usb type-c 及 pd,并熟悉和掌握车载 usb 充电方案的系统级需求及设计挑战。
实力吸睛:type-c 和usb-pd凭借自身优势,堪称史上最“强”的接口!
更宽的电源范围:支持信号传输,兼具数据和视频传输能力
更强的电力传输能力:pd可以支持最大20v/5a功率传输, type-c可以支持最大15w
更快的传输速率:支持20gbps的高速usb3.2传输速率
更薄更灵活的设计:端口纤薄体积小,采用无方向的正反插结构
更多的扩展可能:向下兼容usb type-a, usb2.0;支持模拟或者数字音频,支持数字视频,如display port, hdmi, thunderbolt
技术干货:type-c内部电源管理设计
具有方向性:供电端(source)和受电端(sink)
a.供电端默认关闭,cc线内部上拉,通过插入受电端时连接到下拉电阻,将cc端的电压拉低到2.4v以下来识别,启动供电端。
b.供电端和受电端都可以检测设备的插入情况。
双向传输(dual role/drp):既可以供电,也可以受电
技术干货:基于type-c接口和握手的usb pd,又该如何设计呢?
当然,不是什么时候都需要使用usb pd,仅在功率大于15w (5v @ 3a) 时,需使用 usb pd。
usb pd的特性主要有:
可将 vbus 电压最高增加至 21v (可提供 7 种不同电压选择)
可将 vbus 电流最高增加至 5a
可支持加密的握手和通信
异常情况下可支持动态交换角色:power, data, 和 vconn roles
可支持alternate modes,比如 displayport, thunderbolt, 和 hdmi
可支持智能电源管理,比如笔记本电脑和 usb hubs
usb pd具体是如何工作的呢?
先建立type-c的握手连接,在此基础上发送pd命令;
pd通信信号为一个300khz,低电平为0,高电平为1.1v的脉冲信号。采用bmc编码形式。
直播中,还安利了usb pd2.0的输出电压种类:
usb pd2.0规定了多大的功率就应该出哪几档电压。举例来说,如果输出功率为45w那么就应该输出5v/9v/15v@3a,而不需要出现20v这一档电压。
另外,pd3.0功率规则也是类似,只是增加了可变输出电压档位。
以及,pd协议又是怎么握手的呢?
简单的来说就是一问一答式:主机先检测type-c线材为3a还是5a,然后决定发3a还是5a的电流。
接下来就广播该主机可以支持的输出电压种类,从机会响应和请求一个需要的电压电流pdo,然后主机再回复接受。这样,一次电压握手就完成了。
直播中,除了和大家分享了type-c和usb pd的设计技术干货之外,对于当前流行的车载usb充电设计,我们的专家也做了详尽的解析和分享。
实战操作:大牛手把手教你如何设计车载usb的电源
首先,了解一下车载usb口的应用场景,主要分为3种:娱乐导航上的usb口、扶手箱内的usb hub、后排座子充电usb口。
针对这些应用,它的实际需求又有哪些呢?我们的专家给出了全面的总结:
模块输入防反插电路
模块输入pulse电压测试:模拟自动启停,瞬态高压,负压,load dump等测试
emc兼容性
模块温升管理,过热保护
usb输出电压线损补偿,输出过流保护,短电池保护等
充电协议兼容性认证
:
采用buck-boost电源变换器,满足6v-36vin转5v/9v/15v/20v的输出;
接口握手芯片的选型:pd控制器/dcp 或 cdp 或 qc3.0握手等,根据需求来选型。
上行数据信号输送(如导航系统)
【一个type-c 5v/3a带通信功能的usb口设计案例】— mps的产品型号:mpq4482-c
主芯片提供的功能有:
• 12v->5v/3a高效buck
• 低阻抗type-c开关,进行限流和线补检测
• type-c控制协议 usb2.0 cdp握手协议
最后,直播中还分享了mps的参考设计并进行了在线demo演示: 此设计采用buck-boost 控制器 + pd控制器,可支持 5v/9v/15v/20v/3.3-21v@5a pps 输出。
我想,最令大家期待的环节当然还是在线演示咯!
直播中给大家在线演示了100w车规级usb pd参考设计板的工作过程,电路结构简单,设计简便,令人印象深刻。
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