【導讀】隨著(zhù)Type-C的廣泛應用，以往的USB充電方案也逐漸需要Type-C Power Delivery(PD)來(lái)實(shí)現更高效快捷的充電。以往的座充通常僅支持單電池充電，在某些耗電量較大的便攜式設備應用的場(chǎng)景下不能完全滿(mǎn)足需求，因此本文章提出了一個(gè)雙電池快充的解決方案。
隨著(zhù)Type-C的廣泛應用，以往的USB充電方案也逐漸需要Type-C Power Delivery(PD)來(lái)實(shí)現更高效快捷的充電。以往的座充通常僅支持單電池充電，在某些耗電量較大的便攜式設備應用的場(chǎng)景下不能完全滿(mǎn)足需求，因此本文章提出了一個(gè)雙電池快充的解決方案。
圖1是本文提出的Type-C雙電池快充解決方案的框圖。Type-C快充協(xié)議由USB PD芯片TPS65987D來(lái)完成，充電芯片使用了TI最新的升-降壓充電芯片BQ25790，電池包中的電量計芯片采用了BQ40Z50，此外，Type-C接口的ESD保護使用了TPD6S300A，同時(shí)在輸入端使用TPS70933來(lái)提供整個(gè)系統的芯片供電。整個(gè)系統的快充協(xié)議、充電和電量計配置由MCU MSP430FR2476來(lái)完成。
圖 1 Type-C雙電池快充解決方案
本文主要討論此解決方案中TI的產(chǎn)品。
TPS65987D是一款獨立的USB Type-C Power Delivery(PD)控制器，具備USB Type-C接口的正反插識別。在線(xiàn)纜識別之后，TPS65987D使用USB PD協(xié)議通過(guò)CC線(xiàn)進(jìn)行協(xié)議通訊。當線(xiàn)纜識別和PD協(xié)議溝通完成后，TPS65987D會(huì )打開(kāi)PD充電路徑進(jìn)行快充。
圖 2 TPS65987D簡(jiǎn)化示意圖
TPD6S300 是一種單芯片 USB Type-C 端口保護解決 方案，可提供 20V VBUS 短路過(guò)壓和 IEC ESD 保護。TPD6S300通過(guò)在 CC 和 SBU 引腳上提供過(guò)壓保 護，可以使 CC 和 SBU 引腳實(shí)現 20V 容差，同時(shí)不 會(huì )干擾正常工作。該器件將高壓 FET 串聯(lián)放置在 SBU 和 CC 線(xiàn)路上。當在這些線(xiàn)路上檢測到高于 OVP 閾值 的電壓時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，并且將系統的其余部分與 連接器上存在的高壓狀態(tài)隔離。大多數系統都需要為其外部引腳應用 IEC 61000-4-2 系統級 ESD 保護。TPD6S300為 CC1、 CC2、SBU1、SBU2、DP、DM 引腳集成 IEC 61000- 4-2 ESD 保護，并且無(wú)需在連接器上通過(guò)外部放置高 壓 TVS 二極管。
圖 3 TPD6S300簡(jiǎn)化示意圖
BQ25790是一款集成了MOS管開(kāi)關(guān)的buck-boost充電芯片，可以支持1-4節鋰或鋰聚合電池。該充電芯片集成了4個(gè)開(kāi)關(guān)MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)、輸入電流和充電電流感知電路、電池端FET(QBAT)以及buck-boost轉換器的補償電路。BQ25790可以為USB Type-C和USB Power Delivery(USB-PD)的應用場(chǎng)景提供很高的功率密度和設計靈活性。
圖 4 BQ25790簡(jiǎn)化示意圖
BQ40Z50器件采用已獲專(zhuān)利的 Impedance Track? 技術(shù)，是一款基于電池組的單芯片全集成解決方案，針對1 節、2 節、3 節和 4 節串聯(lián)鋰離子或鋰聚合物電池組提供電量監測、保護及認證等一些列豐富的功能。BQ40Z50 器件利用其集成的高性能模擬外設，測量鋰離子或鋰聚合物電池的可用容量、電壓、電流、溫度和其他關(guān)鍵參數，保留準確的數據記錄，并通過(guò) SMBus v1.1 兼容接口將這些信息報告給系統主機控制器。
圖 5 BQ40Z50簡(jiǎn)化示意圖
TPS709系列線(xiàn)性穩壓器是針對功耗敏感型應用而設計的超低靜態(tài)電流器件。此精密帶隙和誤差放大器在溫度范圍內的精度為 2%。這些器件的靜態(tài)電流僅為 1μA，因此對于由電池供電、要求靜態(tài)狀態(tài)功耗非常小的常開(kāi)系統而言，這是非常理想的解決方案。為了增加安全性，此器件還具有熱關(guān)斷、電流限制和反向電流保護功能。關(guān)斷模式通過(guò)將 EN引腳拉為低電平進(jìn)行使能。該模式 的關(guān)斷電流低至 150nA（典型值）。TPS709系列采用WSON-6和SOT-23-5 封裝。
圖 6 TPS709簡(jiǎn)化示意圖
MSP430FR247x 微控制器 (MCU) 是 MSP430? MCU 超值系列超低功耗低成本器件產(chǎn)品系列的一部分，該產(chǎn)品系列用于檢測和測量 應用中的數字輸入 D 類(lèi)音頻放大器。MSP430FR247x MCU集成了一個(gè) 12 位 SAR ADC 和一個(gè)比較器。
所有MSP430FR247x MCU均支持 –40° 至 105°C 的工作溫度范圍，因此這些器 件的FRAM數據記錄功能對更高溫度的工業(yè) 應用 來(lái)說(shuō)意義重大。MSP430FR247x MCU 由一系列由軟、硬件組成的生態(tài)系統提供支持，并提供有參考設計和代碼示例，可幫 助您快速開(kāi)展設計。開(kāi)發(fā)套件包括 MSP-TS430PT48 48 引腳目標開(kāi)發(fā)板。
TI 還提供免費的MSP430Ware? 軟件，該軟件以 Code Composer Studio? IDE 臺式機和云端版本組件的形式在 TI Resource Explorer 內部提供。MSP430 MCU 還通過(guò) E2E? 社區論壇提供廣泛的在線(xiàn)配套資料、培訓和在線(xiàn)支持。
MSP430 超低功耗 (ULP) FRAM 微控制器平臺將獨特的嵌入式 FRAM 和整體超低功耗系統架構相結合，從而使系統設計人員能夠在降低能耗的情況下提升性能。FRAM 技術(shù)將 RAM 的低功耗快速寫(xiě)入、靈活性和耐 用性與閃存的非易失性相結合。 TI MSP430 系列低功耗微控制器包含多種器件，其中配備了不同的外設集以滿(mǎn)足各類(lèi) 應用的需求。
該架構 與多種低功耗模式配合使用，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在便攜式測量應用延長(cháng)電池 壽命中的數字輸入 D 類(lèi)音頻放大器。該 MCU 具有一個(gè)強大的 16 位精簡(jiǎn)指令集 (RISC) CPU，使用 16 位寄存器以及常數發(fā)生器，以便獲得 最高編碼效率。數控振蕩器 (DCO) 可使 MCU 在不到 10μs（典型值）的時(shí)間內從低功耗模式喚醒至活動(dòng)模式。
圖 7 MSP430FR247x框圖
以上TI的產(chǎn)品可以實(shí)現Type-C雙電池快充解決方案，可以為研發(fā)者提供便捷。
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