USB Type-C^??(USB-C^?) 是一種業(yè)界通用連接器，支持通過單個(gè)接口傳輸數(shù)據(jù)和電力，適用于個(gè)人電子產(chǎn)品、汽車、工業(yè)和企業(yè)系統(tǒng)等應(yīng)用。USB Power Delivery (PD) 是使用 USB-C 連接器來增加 USB-C 接口功能和特性的標(biāo)準(zhǔn)。直到最近，USB PD 3.0 規(guī)范才允許高達(dá) 100W（20V、5A）的功率雙向流動(dòng)，此功率范圍現(xiàn)在稱為標(biāo)準(zhǔn)功率范圍 (SPR)。最新的 USB PD 3.1 規(guī)范通過 USB-C 電纜將功率范圍增加至 240W（48V、5A），此功率范圍現(xiàn)在稱為擴(kuò)展功率范圍 (EPR)。
表 1?展示了 EPR 與 SPR 的比較情況。
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功率范圍	可用電流和電壓	電力輸送曲線范圍	注釋
SPR	3A：5V、9V、15V、20V 5A?1：20V	15W-60W >60W-100W	?
EPR	5A?2：28V、36V、48V	>100W-240W	需要進(jìn)入 EPR 模式

表 1 SPR 和 EPR 固定電壓范圍
1.?需要 5A 電纜。
2.?需要 EPR 電纜。
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EPR 可支持高達(dá) 240W 的功率（28V、36V 和 48V @ 5A）。EPR 模式對(duì)接收端評(píng)估和響應(yīng)新的電源端能力消息的要求與典型的 USB PD 合同協(xié)商中的要求相同。進(jìn)入 EPR 模式后，端口開始協(xié)商一個(gè)最高達(dá) 240W（48V、5A）的電力輸送對(duì)象 (PDO)。在考慮設(shè)計(jì)安全裕度時(shí)，48V 限值代表了實(shí)際限值。

除了 EPR 模式下的固定電壓電平擴(kuò)展之外，電源還必須遵循可調(diào)電壓電源 (AVS) 的規(guī)格。在 EPR 模式下，AVS 使接收端能夠以 100mV 的步長(zhǎng)在 15V 和 48V 之間微調(diào)電壓，以提高性能和熱效率。AVS 還可讓接收端靈活接收來自任何充電器的電壓，從而避免使用定制適配器，并可在電子生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)提供一致的用戶體驗(yàn)。

圖 1?顯示了可編程電源 (PPS) 和 AVS 范圍與 SPR 和 EPR 功率級(jí)別的關(guān)系相關(guān)的。雖然 PPS 和 AVS 都具有可編程步長(zhǎng)，但它們并不相同且用于不同的用途。AVS 充當(dāng)恒壓電源，并向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓以提高效率。PPS 具有更小的步長(zhǎng)窗口 (20mV)，并可以直接為電池充電，繞過連接的設(shè)備中的電池充電器。AVS 和 PPS 的主要區(qū)別在于：使用 PPS 時(shí)，協(xié)商的電壓將隨著時(shí)間的推移而不斷變化。隨著電池充電，所需的 PPS 充電電壓將增加。AVS 旨在用作恒定電源，其提供的系統(tǒng)輸入電壓電平更接近整個(gè)系統(tǒng)所需的電壓電平。

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電池供電型產(chǎn)品和下一代解決方案

采用 USB-C 對(duì) Bluetooth^??揚(yáng)聲器和電動(dòng)工具等便攜式電池供電型產(chǎn)品很有利。為這些類型的產(chǎn)品實(shí)施 USB-C 后，它們既可以通過 USB-C 端口充電，也可以使用同一端口為連接的設(shè)備供電。采用單節(jié)或多節(jié)電池充電器的產(chǎn)品現(xiàn)在可與 USB-C 或 USB PD 控制器搭配使用，從而使應(yīng)用能夠通過 USB-C 端口提供和接收電源。
圖 2?展示了過渡到 USB-C 和 USB PD 的設(shè)備的典型架構(gòu)。
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為幫助簡(jiǎn)化電池供電型產(chǎn)品的 USB PD 端口設(shè)計(jì)，德州儀器的 USB PD 控制器添加了 I²C 主機(jī)支持功能來直接控制電池充電器。這種集成式 I²C 主機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)無需外部微控制器 (MCU) 的雙芯片解決方案。USB PD 控制器將根據(jù)通過 USB PD 端口進(jìn)行的功率協(xié)商情況，通過 I²C 自動(dòng)更新電池充電器的充電參數(shù)。此外，無需開發(fā)固件即可將 USB PD 端口添加到電池供電型產(chǎn)品中。TPS25751?和?TPS26750?是用于 USB-C 加電池充電器配對(duì)形式的兩個(gè) USB PD 控制器。

TPS25751 是 SPR PD 控制器，而 TPS26750 是能夠協(xié)商完整 240W EPR 的 EPR PD 控制器。表 2?顯示了推薦的 USB PD 控制器和電池充電器配對(duì)。借助這些配對(duì)的參考設(shè)計(jì)，您可以將設(shè)計(jì)“復(fù)制并粘貼”到您的應(yīng)用中。
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支持的最大功率級(jí)別	支持的串聯(lián)電池節(jié)數(shù) (S)	推薦的 USB PD 控制器	推薦的電池充電器	參考設(shè)計(jì)
100W 接收端 45W 電源端	1-4	TPS25751	BQ25798	適用于 2 至 4 節(jié)電池的集成 USB Type-C??Power Delivery (PD) 和充電參考設(shè)計(jì)
100W 接收端 100W 電源端	1-5	TPS25751	BQ25731	適用于 1 至 5 節(jié)電池的集成 USB Type-C??PD 雙向充電參考設(shè)計(jì)
100W 接收端 100W 電源端	1-16	TPS25751	BQ25756	100W 集成 USB Type-C??PD 雙向充電器參考設(shè)計(jì)
240W 接收端 240W 電源端	1-16	TPS26750	BQ25756	240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設(shè)計(jì)

表 2 USB PD 控制器和電池充電器配對(duì)
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參考設(shè)計(jì)
為了支持整個(gè) 240W 擴(kuò)展功率范圍，240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設(shè)計(jì)將 TPS26750 與我們的 BQ25756 雙向降壓/升壓充電控制器搭配使用。如圖 3 所示，該參考設(shè)計(jì)將這兩個(gè)器件組合到同一塊印刷電路板上，無需外部 MCU 和自定義固件即可實(shí)現(xiàn)雙向 240W 解決方案。
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該電池充電器參考設(shè)計(jì)是一種集成式 USB PD 和充電參考設(shè)計(jì)，適用于電動(dòng)工具、真空吸塵器、移動(dòng)式發(fā)電站和電動(dòng)自行車等產(chǎn)品的 7 至 14 節(jié)電池。TPS26750 通過簡(jiǎn)單的 I²C 通信與 BQ25756 配合使用，無需進(jìn)行固件開發(fā)。通過使用?TI USB PD 控制器的應(yīng)用程序自定義工具，可以輕松地對(duì) TPS26750 進(jìn)行編程。

該電池充電器參考設(shè)計(jì)可支持通過符合 USB PD 3.1 規(guī)范的輸入源以高達(dá) 240W 的功率為電池充電，并在 On-The-Go 模式下提供高達(dá) 48V、5A 的輸出。BQ25756 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)四開關(guān)降壓/升壓充電器，可在降壓、降壓/升壓和升壓模式之間轉(zhuǎn)換。高度的集成和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)將降低物料清單成本、縮減尺寸并加快產(chǎn)品上市。
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結(jié)語
隨著近期最大功率范圍的增加，USB-C 逐漸成為未來的通用連接器。盡管 USB-C 可能被視為具有挑戰(zhàn)性的新技術(shù)，但德州儀器解決方案可從軟件和硬件兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)集成，從而簡(jiǎn)化您的設(shè)計(jì)流程。我們的 USB PD 控制器與電池充電器配對(duì)，再結(jié)合我們的參考設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)更小的解決方案尺寸并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
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其他資源
·?觀看我們最新的演示?USB Type-C Power Delivery 3.1 擴(kuò)展功率范圍 + 電池充電器應(yīng)用演示
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關(guān)于德州儀器 (TI)

德州儀器是一家全球性的半導(dǎo)體公司，從事設(shè)計(jì)、制造和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，讓世界更美好。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，使我們的技術(shù)變得更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

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