0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

汽车USB Type-C电源解决方案

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-04-08 08:16 次阅读

USB Type-C是一种相对较新的高功率USB外设标准,用于计算机和便携式电子设备。USB Type-C标准推动了USB供电规范的改变,不同于长期存在的5 V USB标准,Type-C标准的总线电压最高可达20 V,电流输送能力最高可达5 A。连接的USB-C设备可以相互识别并协商总线电压——从默认5 V USB输出到几个更高的预设电压等级,以便在需要时实现更快的电池充电和更高的功率输送(最高可达100 W)。

电池充电器中使用的简单紧凑型降压调节器和线性稳压器,仅需要5 V、500 mA至2 A的USB供电,并未充分覆盖全部Type-C USB电源范围。Type-C USB电源增加的电压范围(5 V至20 V),需要的不仅仅是9 V至36 V(或60 V)汽车电池或其他充电电源的降压转换,还需要一个可调降压-升压转换器,以便能够同时对输入至输出电压进行升压和降压。

此外,对于高功率汽车USB充电器,降压-升压转换器应支持10 A或更高峰值开关电流额定值,并提供低EMI性能。将开关频率设置在AM无线电频带之外并使解决方案保持小尺寸的能力是颇受追捧的特性。高压单片转换器(带片上开关)不能承受如此高的峰值开关电流而不烧毁。

LT8390A 是一款独特的2 MHz同步四开关降压-升压控制器。在2 MHz开关频率时,它可提供5 V至15 V的输出电压(3 A时最高45 W),以通过汽车电池为USB-C设备供电。如此高的控制器开关频率使得解决方案尺寸很小,带宽很高,并且AM无线电频带之外的EMI很低。扩频调频和低EMI电流检测架构均有助于LT8390A应用通过CISPR 25 Class 5级EMI标准的严格考验。

高功率密度转换:尺寸(和功率)、效率、热量

在汽车或便携式电子设备环境中工作的电压调节器系统的设计,受到电路的空间需求以及工作时产生的热量的限制。在给定设计约束条件下工作时,以上两个因素决定了可实现功率水平的上限。

提高设计的开关频率允许使用较小的电感,而这常常是宽输入电压四开关降压-升压稳压器设计中尺寸最大的元件。与150 kHz或400 kHz设计相比,LT8390A的2 MHz开关频率能力支持使用尺寸小得多的电感。图1显示了一个完整设计。除了较小的电感外,该解决方案仅使用陶瓷型输出电容,无需使用体积较大的电解电容。该设计所需的全部元器件(包括IC)都包含在一个1平方英寸的小型电路板上,如图1所示。

图2显示了一个采用符合AEC标准的元器件的45 W LT8390A解决方案。该设计相比环境温度的最高温升为65°C,如图3所示。尽管解决方案尺寸很小,但LT8390A系统在提供45 W输出时的峰值效率可达94%;在全输入范围内,对于所产生的每个输出电压,效率偏差小于10%,如图4中的图表所示。

汽车USB Type-C电源解决方案

汽车USB Type-C电源解决方案

适合汽车应用的低EMI

LT8390A具有多种独特的降低EMI的特性,可实现高功率转换和低噪声性能,从而简化其在汽车系统中的实施。LT8390A与其他四开关控制器之间的显著差异在于电感电流检测电阻的位置。大多数四开关降压-升压控制器往往使用接地基准电流检测方案来获得开关电流信息,而LT8390A将其电流检测电阻与电感串联。通过将检测电阻与电感串联,便可有效地将电阻从降压和升压热环路中移除,从而缩小环路尺寸并改善EMI性能。

除了电感检测电阻位置的架构优势外,LT8390A还内置扩频调频功能以进一步降低控制器产生的EMI。此外,降压和升压功率开关的边沿速率仅使用几个分立元件来控制,以减缓MOSFET的导通,确保在降低功率开关的高频EMI与温升之间达成适当的平衡。凭借这些降低EMI的特性,满足CISPR 25标准所需的唯一滤波器由输入和输出上的小型铁氧体滤波器提供,而不是大型铁氧体外壳和粗笨的LC滤波器。图1所示的解决方案采用符合AEC-Q100标准的元器件设计。

输出电压的无缝转换

LT8390A的输出电压可以在不关闭转换器的情况下进行调整,方法是使用逻辑电平信号来驱动MOSFET,从而调节输出端的电阻分压器以改变设定电压。带GPIO引脚的USB PD源控制器可与LT8390A系统配合使用,为主机和USB连接设备之间的协商过程提供便利,并设置所需的总线电压。

图5显示了LT8390A系统输出从一个输出电压非常平稳地转换到另一个输出电压。当从12 V输入电源供电时,从数字控制信号的上升沿开始测量,每次转换到更高输出电压最多需要150μs就能稳定。在输出电压改变期间,降压-升压控制器经历降压、升压和降压-升压操作之间的模式转换,具体取决于输入与输出电压的关系。这些模式转换以受控方式执行,防止输出电压过度过冲或下降。

汽车USB Type-C电源解决方案

扩展到45 W以上

要将输出功率水平提高到45 W以上,需要以较低开关频率工作,以便降低开关损耗,否则这种功率水平可能会给MOSFET带来热应力。作为LT8390A的替代产品,LT8390的工作频率介于150 kHz和600 kHz之间,具有与LT8390A相同的特性组合,可实现低EMI、高功率降压-升压设计。采用较大电感和输出电容的400 kHz LT8390系统,可轻松利用汽车电池输入实现100 W的输出功率,温升在可接受范围内。图6显示了各种电池供电输入下LT8390A和LT8390产品线的功率能力。

汽车USB Type-C电源解决方案

结论

针对为连接设备供电的稳压器的新USB标准,支持通过增加稳压器可提供的输出电压范围和电流输送来实现更高的功率传输。便携式和汽车电池供电的USB-C充电器设备需要一种宽VIN/VOUT降压-升压稳压器,以便输送高于或低于输入电压的总线电压。2 MHz开关频率使LT8390A可以提供最高45 W的输出功率,解决方案尺寸很小。对于超过45 W的功率水平,可以使用LT8390,不过解决方案尺寸会略微增大,开关频率会降低。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 稳压器
    +关注

    关注

    24

    文章

    4223

    浏览量

    93764
  • 汽车电子
    +关注

    关注

    3026

    文章

    7943

    浏览量

    166933
  • usb
    usb
    +关注

    关注

    60

    文章

    7939

    浏览量

    264501
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    最小尺寸USB Type-C解决方案

     全球领先的高性能功率半导体解决方案供应商Fairchild今天发布了USB Type-C解决方案的全面产品组合,使得制造商能够轻松快速地将下一代U
    发表于 07-30 11:40 3116次阅读

    TI 的USB Type-C解决方案

    TI 的 USB Type-C解决方案来啦
    发表于 08-25 13:35

    USB Type-C™:您的 ESD 解决方案是否保护端口?

    USB规范要求。若您的系统是电池供电型,依靠Type-C连接器作为电源,则解决方案必须保护CC线路免受过压状况,即使在电池电量耗尽的情况下也是如此。这些及其他复杂场景得出一个鲁棒的
    发表于 01-04 19:07

    ADI 全新中文资料(2018 年 10 月)

    接口简介汽车USB Type-C电源解决方案:1平方英寸的45 W、2 MHz降压-升压控制器ADALM1000 SMU培训——主题9:交流
    发表于 10-23 19:34

    USB Type-C插座的解决方案

    USB Type-C™规范引入了通过USB提供可扩展电源传输的新选项,但规范错综复杂,开发人员面临安全和布局问题。 本文将介绍USB
    发表于 01-06 07:28

    Type-C双电池快充的解决方案

    应用的场景下不能完全满足需求,因此本文章提出了一个双电池快充的解决方案。图1是本文提出的Type-C双电池快充解决方案的框图。Type-C快充协议由
    发表于 11-07 06:55

    基于USB Type-C 的快速充电解决方案

    基于USB Type-C 的快速充电解决方案
    发表于 04-28 11:47 65次下载

    设计USB Type-C和使用电源快速充电

    USB已经从一个数据接口,能够提供有限的电源到一个主电源与一个高速数据接口。USB Type-C™和US
    发表于 05-04 09:50 53次下载
    设计<b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b>和使用<b class='flag-5'>电源</b>快速充电

    TI关于USB 3.2 Type-C解决方案的介绍(1)

    来自TI的USB 3.2 Type-C 解决方案
    的头像 发表于 08-20 00:14 7877次阅读

    TI关于USB 3.2 Type-C解决方案的介绍(3)

    来自TI的USB 3.2 Type-C 解决方案
    的头像 发表于 08-20 00:11 5476次阅读

    TI关于USB 3.2 Type-C解决方案(2)

    来自TI的USB 3.2 Type-C 解决方案
    的头像 发表于 04-24 06:11 4370次阅读
    TI关于<b class='flag-5'>USB</b> 3.2 <b class='flag-5'>Type-C</b>的<b class='flag-5'>解决方案</b>(2)

    Type-c多口移动电源方案

    Try.SNK 模式,为平板电脑、显示器、移动电源等应用提供了完整的 USB Type-CUSB Power Delivery 端口控制解决
    发表于 12-30 11:08 1472次阅读
    <b class='flag-5'>Type-c</b>多口移动<b class='flag-5'>电源</b><b class='flag-5'>方案</b>

    汽车USB Type-C电源解决方案

    电池充电器中使用的简单、紧凑的降压稳压器和线性稳压器在 500 mA 至 2 A 时只需要 USB 5 V,不足以覆盖 Type-C USB 电源的全部范围。
    的头像 发表于 12-23 10:38 2320次阅读
    <b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b><b class='flag-5'>电源</b><b class='flag-5'>解决方案</b>

    汽车USB Type-C电源解决方案

    电池充电器中使用的简单、紧凑的降压稳压器和线性稳压器在 500 mA 至 2 A 时只需要 USB 5 V,不足以覆盖 Type-C USB 电源的全部范围。
    的头像 发表于 01-31 09:17 1803次阅读
    <b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b><b class='flag-5'>电源</b><b class='flag-5'>解决方案</b>

    汽车USB Type-C电源解决方案:1平方英寸的45W、2MHz降压-升压控制器

    电子发烧友网站提供《汽车USB Type-C电源解决方案:1平方英寸的45W、2MHz降压-升压控制器.pdf》资料免费下载
    发表于 11-23 15:11 1次下载
    <b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>Type-C</b><b class='flag-5'>电源</b><b class='flag-5'>解决方案</b>:1平方英寸的45W、2MHz降压-升压控制器