USB Type-C电源设计面临的三大问题

品慧电子讯USB Type-C™标准正在迅速获得推动力，其关键亮点之一是可通过USB接口提供高达100瓦功率的机制。USB功率传输(USB-PD)功能的采用如今已成为AC适配器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等移动领域的主要趋势。在下一代USB设计中实现电源传输功能时，身份验证，过压保护和紧凑外形是关键挑战。

到目前为止，移动产业依靠的是专有的快速充电技术，使用USB Micro B连接器。但是最近锂电池的事件凸显了安全供电系统和USB-PD电路的重要性。

与以前的USB充电技术相比，USB- PD机制更容易提高功率需求，并更快地为兼容设备充电。并且它使用一个专用的配置通道(CC)线，独立于传统的USB数据传输。

以下是开发人员在移动设备上创建快速充电应用时面临的三大问题。

身份验证

在USB-PD协议中，连接的设备通过协商功率需求并签订协议来确定最优电压和电流水平。关键的要求是，要开发USB产品，制造商必须在开始高功率充电之前，检查线缆和充电器等设备的真正来源。

认证确保了设备的身份，从而使它更容易辨别它是真实的还是伪造的。以瑞萨的R9J02G012 USB控制器芯片为例，它允许USB端口以电子方式验证,信任基于USB Type-C认证规范中实现的证书和公钥基础构架(PKI)的真实性。

瑞萨声称，在其新的USB端口控制器芯片中，它已经加入了高强度防篡改技术，这家日本芯片制造商一直在利用它来保护其MCU免受网络攻击。

R9J02G012控制器芯片在一个单封装中集成了USB PD 3.0和USB Type-C认证功能。

外形尺寸

在USB-PD设计中，尺寸是另一个重要的考虑因素。例如，瑞萨的USB端口控制器是一个单封装，它支持USB PD 3.0和USB Type-C认证标准。

在此之前，这两个功能是用两个独立的芯片实现的。单封装解决方案减少了线缆和电子设备的安装面积。根据瑞萨的说法，新的R9J02G012 USB控制器的安装面积比该公司现有R9A02G011芯片所使用的面积要低50%。目前，40引脚的QFN封装尺寸为6毫米x6毫米，42球BGA为3.6 mm x 3.1 mm。

这可与其他竞争芯片相媲美，比如来自德州仪器的TPS65982控制器芯片，它的尺寸也为为6毫米x 6毫米。

内部保护

USB-PD硬件要求复杂的接口电子，以有效地与连接的设备协商电力输送。例如，功率输出范围从5V/0.5A到20V/5.0A，因此要求内置的保护措施以避免过电压造成的风险。

ST的USB控制器芯片允许使用VBUS和VCONN电源线的放电电路安全地断开线缆。

STMicro的新USB Type-C端口控制器声称可以在不添加外部调压器的情况下提供内部保护，从而节省了USB设计的组件数和板材。STUSB4710控制器芯片可以处理整个连接设置，无需外部CPU参与，并支持多达5个电力输送配置文件(PDOs)。