USB-C标准解决方案减少开发时间和成本

USB-C标准解决方案减少开发时间和成本

USB Type-C 规范于 2014 年发布，承诺显着提高带宽和功率传输能力。五年后，随着 USB Type-C 解决方案的普及，嵌入式计算设计向瑞萨电子公司电池与光学系统部副总裁 Andrew Cowell 询问 USB-C 供电 （PD） 功能对嵌入式工程师的意义。

12-18 个月前，USB Type-C 风靡一时。从技术和采用的角度来看，该技术的状态如何？

COWELL：与 20 多年以来成功的 Type-A 和 Type-B 连接器相比，USB Type-C 提供了不同级别的功能和性能，以满足未来的连接需求。虽然传统 USB 技术的未来不确定，但我们很乐观，并继续看到 USB Type-C 连接器的健康采用和扩散。

USB Type-C 连接的采用绝对不会消亡，没有什么能阻止它。支持 USB Type-C 的规格已经成熟，采用率稳定且步入正轨。对于消费类应用，OEM 正在尽可能快地实施 USB Type-C 作为其电源和数据连接。USB Type-C在其主要产品线中的渗透率是前所未有的。

许多计算和消费终端设备供应商已经采用 USB Type-C。例如，今天，Apple MacBook 和 iPad 的所有新产品线都使用 USB Type-C 进行供电和数据传输，许多其他笔记本电脑供应商至少使用 1-Port。现在市场上的几款新智能手机都在使用USB-C，而移动电源是另一种采用USB Type-C的消费产品。此外，手机、平板电脑和笔记本电脑的车载充电也在推动 USB-C 进入汽车应用。

我们预计在未来几年会看到 USB Type-C 的广泛采用。

电力传输 （USB-PD） 是 USB-C 的一项重要增强功能，它可能会将该技术打开到比以前更广泛的应用范围。您能否提供一些可以从 USB-C 的 100 W 供电能力中受益的应用的见解？

COWELL： USB-C 的大功率传输能力主要针对孵化 USB-C 技术的消费类应用。但是，我们希望看到 USB Type-C 进入更广泛的应用。

USB-C 标准和 USB-C 端口都是关于与电子设备互连的进化方式，无论最终应用是消费类还是非消费类。只要应用程序需要通过简单易用的连接器在电子设备之间进行高速数据传输，并且具有一定的供电要求，那么 USB-C 就是正确的选择。一个很好的例子是汽车行业快速采用 USB-C 端口。

Power Delivery 未来前景的另一个观点是基于电池的设备的持续爆炸式增长。除了前面提到的手机、平板电脑和笔记本电脑等消费类应用程序之外，所有基于电池的设备的用户都期望某些共同功能：

小巧、简单、安全的连接器

单个连接器上的可切换电源/接收器

充电速度更快

充电效率更高（热量更少）

USB Type-C 和 Power Delivery 旨在满足这些要求，USB 实施者论坛 （USB-IF） 已经为市场建立了强大的合规性测试，以开发一个安全的 100W 功能生态系统。

一些医疗设备，例如具有图像处理功能的数码显微镜，可能会采用单个 USB-C 端口来代替 USB A 端口 + HDMI 端口，以简化设计，具有更好的图像传输性能，即使不需要满 100W。另一个 USB Type-C 示例包括用于工业应用的机器视觉相机，例如Matrix Vision和Edmund OpTIcs等公司提供的那些 （图 1）。

USB-C 的供电能力在充电和电压、设计工程师的调节方面存在哪些挑战？

COWELL：虽然 USB-C 端口提供高功率功能，但其 5V 至 20V 的宽电压范围给与其连接的电池充电器和升降压转换器带来了挑战。这是因为输入到输出或输出到输入之间没有明确的关系，这需要降压或升压转换器拓扑。

瑞萨通过采用降压-升压拓扑方法解决了这一挑战，并开发了业界首款 USB-C 降压-升压电池充电解决方案，即 2015 年初推出的 ISL9237。从那时起，瑞萨开发了 ISL9238x 产品系列，开发了ISL9241 产品，这是业界首款支持窄电压直接充电 （NVDC） 和混合电源升降压 （HPBB） 的 USB-C ‘Combo’ 升降压充电器。

图 2. Renesas 的 ISL9241 USB-C 组合升降压充电器支持窄电压直接充电 （NVDC） 和混合电源升降压 （HPBB）。

瑞萨电子设计的升降压电池充电器产品支持全电压范围（5V 至 20V）的 USB-C 电源应用，没有死区。这些产品提供多种 *** 作模式，以有效利用适配器和电池电量，并提高整体效率。例如，ISL9241 可以配置为 HPBB 模式，用于更高功率的应用，以减少功率损耗并提高效率。独特的反向涡轮增压模式和补充电源模式使系统能够以尽可能高的速度运行，同时延长电池运行时间。除了过压 （OVP）、过流 （OCP） 和过温 （OTP） 保护等传统保护功能外，瑞萨电池充电器产品还持续监控电源充电/放电并提供 PROCHOT# 信号以防止电池/适配器过热。

采用 USB-C 的另一个客户挑战是设计需要符合 USB-C PD 标准。瑞萨电子通过提供符合 USB-C 标准的解决方案来帮助客户，从而减少他们的开发时间和成本。

审核编辑：郭婷