解读安森美USB-C电池充电器解决方案

USB 电池充电器在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色，为各类便携式设备供电，例如电动玩具、智能手机、笔记本电脑、电动工具以及电动自行车等。凭借一系列显著优势，USB Type-C(USB-C 接口)已超越其他 USB 类型，成为有线充电与数据传输的通用标准。

搭载最新 Power Delivery 3.1(PD 3.1)充电协议的现代 USB-C 充电器，如今可提供高达 240 瓦(W)的功率输出，这极大地缩短了充电时间，同时提升了整体用户体验。此外，在硬件系统中采用宽禁带半导体正为充电设备带来革命性的效率提升：它不仅减少了能量损耗，还有助于缩小设备体积。

USB-C电池充电器框图

USB-C电池充电器框图

下面的框图展示了安森美(onsemi)设计的 USB-C 电池充电器解决方案。 该图说明了 USB-C 电池充电器中使用的电源管理和电源转换技术。 采用的元件包括 TP PFC 控制器、 高频准谐振反激/LLC 控制器、 栅极驱动器、 同步整流电路， 以及 iGaN 和 MOSFET 器件。 这些元件被分为初级侧和次级侧两个部分， 以提升系统效率。 如以下器件表所示， 大部分功能模块器件均可采用安森美解决方案。

USB-C 电池充电器 - 交流输入

USB-C 电池充电器 - 直流输入(自动)

USB-C 充电器参考设计

USB-C 充电器参考设计

如表 1 所示， 凭借强大的技术专长， 安森美提供了一整套高效的系统参考设计和评估板。

表 1： 安森美 USB-C PD 系统评估板系列

240W TP CrM PFC + 双开关反激式参考设计

本设计采用安森美电源管理控制器方案， 包含： TP PFC控制器、 高频准谐振反激控制器、 半桥栅极驱动器及同步整流控制器， 并通过集成GaN FET的栅极驱动器实现功率开关， 专为240W USB-C PD3.1适配器解决方案开发。

图1： 240W TPFC + 双开关准谐振反激式评估板(EVB)

特性

交流输入电压范围： 90V 至 264V

采用图腾柱CrM PFC + 双开关准谐振反激拓扑

采用 iGaN 器件实现高频工作

仿真电路支持 PD3.1 多路输出协议

输出电压： 5V、 9V、 12V、 15V、 20V、 28V、36V 和 48V / 5A

纹波与噪声： <150 mV

效率：平均94.75% / 95.43% 及满负载95.12%/ 96.17% @115VAC / 230VAC及48V / 5A

输出保护：精确的过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、短路保护(SCP)和开环保护

PCBA尺寸： 89×51×21.5mm，功率密度40W/立方英寸

USB 端口控制器USB-C 端口控制器

安森美USB-C 端口控制器具备自主工作特性， 兼具高能效和耐压性， 从而提升了系统的稳定性、 性能和成本效益。 该控制器为全配置的USB-C PD控制器， 适用于高达 100W 的解决方案， 其功耗比竞争对手低40 倍， 是现代电子设备的理想选择。

USB-C PD 控制器 FUSB302B/T

面向期望实现DRP/SRC/SNK USB Type-C连接器，但需要少量编程的系统设计人员。

主要特性：

支持 USB Type-C 1.3 和 Power Delivery(PD)2.0、 3.0 标准

提供完整的开源软件支持，涵盖所有工作模式以及 ARM、Linux 和 PIC 硬件平台

将 CCx 集成到 VCONN开关上

强健的 BMC接收器容错机制

支持多个产品 ID，提供多种 I?C 从地址选项

系列产品差异：

o FUSB302B - DRP，可在电池完全耗尽时实现充电功能

o FUSB302T - SRC，适用于需节省功耗的旅行充电器

采用14引脚 MLP 封装(2.50mm x 2.50mm)，-B/T/VMPX

采用9焊点 WCSP 封装(1.260mm x1.215mm)， -BUCX

USB-C 控制器 FUSB303B

支持通过可配置的 I?C 地址访问， 以便在单个系统中实现多个端口的控制， 也可以仅通过引脚配置实现完全自主运行。

主要特性：

完全自主配置的 Type-C 控制器

o 支持 USB Type-C 规范第 1.3 版

o 可配置为Source、 Sink和DRP模式， 并支持外设功能

o 通过 Try.SRC 和 Try.SNK 对Source、 Sink进行配置

o 通过 GPIO 或 I?C 进行配置

独特的检测算法， 确保在使用不合规线缆或器件时仍能稳定连接

连接器引脚支持最高 28V 直流电压和 4kV HBM ESD 保护

宽电压供电范围： 2.7V 至 5.5V VDD

采 用 12 引 脚 QFN ( 1.6mm x 1.6mm x0.375mm) 封装

安森美USB-C 端口控制器具备自主工作特性， 兼具高能效和耐压性， 从而提升了系统的稳定性、 性能和成本效益。 该控制器为全配置的USB-C PD控制器， 适用于高达 100W 的解决方案， 其功耗比竞争对手低40 倍， 是现代电子设备的理想选择。

图 2： 典型应用示意图