瑞萨电子推出集成控制器及套件，帮助USB PD的功能更加简单实现
控制器实现 USB PD 的功能
由于功能的灵活性， USB PD 系统需要监控电力流动和数据连接，因此在每一端的设备中必须有一个有源控制器。我们来看看通过符合标准的 USB Type-C线缆将 AC 适配器连接到设备的典型情景，请见图 6。
在连接完成后， 5V 被施加到 VBUS，标记为“+”，然后通过 CC 线路上的上拉或下拉电阻，左侧的适配器被识别为供电端，右侧的设备被识别为受电端。现在开始通信并询问线缆中的 E-Marker 芯片， XID 识别器根据已批准产品的“白名单”和所识别线缆的电流承载容量（3A 或 5A）进行检查。这被称为 C-AUTH 功能。然后进行协商，其中供电端说明其供电能力，受电端说明请求的电压和电流。根据兼容性协议，供电端电压升高到适当的水平。将对供电端和受电端处的电压、电流和温度进行监控，如果检测到问题则会降低供电端功率。另一种典型的情景是手机使用 USB PD 和AC/DC 适配器进行充电，请见图 7。左侧是充电器，右侧是手机。
当电力需要双向流动时，每个设备最初会先进行“握手”，以在供电端和受电端状态之间“切换”，直到建立所需的电流方向。
USB PD 需要设备控制器
鉴于所需监控的复杂性，业界开发了一系列集成式控制器解决方案，其中包括快速角色切换和可编程电源功能。设备将会获得电压、电流和温度的故障状态监测功能，以及用于验证线缆和连接设备真伪性的 C-AUTH 功能。 MCU 内部功能可以支持 C-AUTH 功能，而内部闪存则可以通过重写来更改产品规格和 XID。 拥有这智能化功能的控制器可以通过监控和设置总线电压，微调连接设备的功耗，从而符合适用于低功耗电脑周边系统的 EnergyStar和 EuP 规范。例如瑞萨电子的 R9J02G012器件内置片上振荡器，并采用 BGA 封装，尺寸仅为 3.6 x 3.1mm。该器件的一个特殊功能是它能够通过 USB Type-C线缆进行固件更新，以便升级和维护。
为了满足电源功率要求，需要使用 AC-DC 或 DC-DC 转换器，并且需要根据 USB PD 规范进行监控。相关的集成解决方案同样已经面世。例如，图 6 和图 7 中的 AC-DC 转换器可以基于驰返式电路，该电路具有脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation， PWM）控制以设置 PPS 应用的固定或变量输出电压。瑞萨电子 RAA230161等器件具有内部开关MOSFET，能以 95%的效率提供高达 60W 的效率；当与 R9J02G012 等 USB PD 控制器配合使用时，就可以打造电路板面积最小的集成解决方案。 瑞萨电子 ISL95338 系列， 采用多功能结构的外部开关 MOSFET， 的可用于降压-升压稳压器的功能。瑞萨电子 ISL9241等器件可以执行电池充电、电池供电以及- DC-DC 升降压电源转换。某些应用需要进行双向功率转换。一个常见的例子就是通过 USB Type-C线缆连接便携式设备和移动电源，请见图8。
当移动电源充电时，设备提供的电压在 USB PD 5V-20V 的范围内，最终锂电池获得的电压来自于移动电源中的“压”型转换器。当移动电源需要供电时，“升压”转换器会在 USB PD 范围内向原始电源提供更高的电压。幸运的是，有一个降压-升压转换器拓扑结构可以在一个功率级中执行这两种功能（请见图 9）。
通过设置 MOSFETS 组合的永久接通或断开，同时在PWM 控制下切换其他组合，就可以在任一方向上实现升压或降压功能。
升压转换可确保即使电池放电到低值，传送回便携式设备的电压仍可保持在 USB PD 范围内。降压-升压转换器需要 PWM 控制器，而瑞萨电子的器件可与其 USBPD 控制器集成，并提供从供电端到受电端、从降压到升压的无缝角色转换，并包含所有必需的故障监控功能。
参考设计套件对于开发 USB PD 解决方案非常有用，并可根据应用需求通过固件定制性能。瑞萨电子目前提供的版本包括：通用受电端、多埠 USB PD 降压-升压DC/DC 模块和单埠移动电源（电池组）。通过使用集成工具在瑞萨电子控制器中重新编写闪存，就可以轻松进行调试，并通过 USB 连接轻松实现对于已完成设计的更新。
USB PD 系统中的组件可以通过 USB IF 合规性计划获得认证，该计划可以保证 USB 规格的性能。符合计划的产品会被添加到集成商列表中，并且可以获得展示USB-IF 徽标的许可。 所有瑞萨电子 USB PD 产品均符合标准，可确保最终产品保持合规性并能展示合规性标识。
结论
从手机到耗电的笔记本电脑和显示器等设备的供电模式上， USB PD 带来了一场革命。这技术有望减少所需线缆和电源的数量，从而节省能源、成本并减少废弃物对环境的影响， 包含了防护功能和许多用户便利性的优势。使用瑞萨电子推出的集成控制器及套件，实现 USB PD 解决方案将变得前所未有的简单。
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