USB Type-C^??(USB-C^?) 是一種業(yè)界通用連接器，支持通過單個接口傳輸數(shù)據(jù)和電力，適用于個人電子產(chǎn)品、汽車、工業(yè)和企業(yè)系統(tǒng)等應用。USB Power Delivery (PD) 是使用 USB-C 連接器來增加 USB-C 接口功能和特性的標準。直到最近，USB PD 3.0 規(guī)范才允許高達 100W（20V、5A）的功率雙向流動，此功率范圍現(xiàn)在稱為標準功率范圍 (SPR)。最新的 USB PD 3.1 規(guī)范通過 USB-C 電纜將功率范圍增加至 240W（48V、5A），此功率范圍現(xiàn)在稱為擴展功率范圍 (EPR)。
表 1?展示了 EPR 與 SPR 的比較情況。
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功率范圍	可用電流和電壓	電力輸送曲線范圍	注釋
SPR	3A：5V、9V、15V、20V 5A?1：20V	15W-60W >60W-100W	?
EPR	5A?2：28V、36V、48V	>100W-240W	需要進入 EPR 模式

表 1 SPR 和 EPR 固定電壓范圍
1.?需要 5A 電纜。
2.?需要 EPR 電纜。
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EPR 可支持高達 240W 的功率（28V、36V 和 48V @ 5A）。EPR 模式對接收端評估和響應新的電源端能力消息的要求與典型的 USB PD 合同協(xié)商中的要求相同。進入 EPR 模式后，端口開始協(xié)商一個最高達 240W（48V、5A）的電力輸送對象 (PDO)。在考慮設計安全裕度時，48V 限值代表了實際限值。

除了 EPR 模式下的固定電壓電平擴展之外，電源還必須遵循可調(diào)電壓電源 (AVS) 的規(guī)格。在 EPR 模式下，AVS 使接收端能夠以 100mV 的步長在 15V 和 48V 之間微調(diào)電壓，以提高性能和熱效率。AVS 還可讓接收端靈活接收來自任何充電器的電壓，從而避免使用定制適配器，并可在電子生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)提供一致的用戶體驗。

圖 1?顯示了可編程電源 (PPS) 和 AVS 范圍與 SPR 和 EPR 功率級別的關(guān)系相關(guān)的。雖然 PPS 和 AVS 都具有可編程步長，但它們并不相同且用于不同的用途。AVS 充當恒壓電源，并向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓以提高效率。PPS 具有更小的步長窗口 (20mV)，并可以直接為電池充電，繞過連接的設備中的電池充電器。AVS 和 PPS 的主要區(qū)別在于：使用 PPS 時，協(xié)商的電壓將隨著時間的推移而不斷變化。隨著電池充電，所需的 PPS 充電電壓將增加。AVS 旨在用作恒定電源，其提供的系統(tǒng)輸入電壓電平更接近整個系統(tǒng)所需的電壓電平。

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電池供電型產(chǎn)品和下一代解決方案

采用 USB-C 對 Bluetooth^??揚聲器和電動工具等便攜式電池供電型產(chǎn)品很有利。為這些類型的產(chǎn)品實施 USB-C 后，它們既可以通過 USB-C 端口充電，也可以使用同一端口為連接的設備供電。采用單節(jié)或多節(jié)電池充電器的產(chǎn)品現(xiàn)在可與 USB-C 或 USB PD 控制器搭配使用，從而使應用能夠通過 USB-C 端口提供和接收電源。
圖 2?展示了過渡到 USB-C 和 USB PD 的設備的典型架構(gòu)。
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為幫助簡化電池供電型產(chǎn)品的 USB PD 端口設計，德州儀器的 USB PD 控制器添加了 I²C 主機支持功能來直接控制電池充電器。這種集成式 I²C 主機控制可實現(xiàn)無需外部微控制器 (MCU) 的雙芯片解決方案。USB PD 控制器將根據(jù)通過 USB PD 端口進行的功率協(xié)商情況，通過 I²C 自動更新電池充電器的充電參數(shù)。此外，無需開發(fā)固件即可將 USB PD 端口添加到電池供電型產(chǎn)品中。TPS25751?和?TPS26750?是用于 USB-C 加電池充電器配對形式的兩個 USB PD 控制器。

TPS25751 是 SPR PD 控制器，而 TPS26750 是能夠協(xié)商完整 240W EPR 的 EPR PD 控制器。表 2?顯示了推薦的 USB PD 控制器和電池充電器配對。借助這些配對的參考設計，您可以將設計“復制并粘貼”到您的應用中。
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支持的最大功率級別	支持的串聯(lián)電池節(jié)數(shù) (S)	推薦的 USB PD 控制器	推薦的電池充電器	參考設計
100W 接收端 45W 電源端	1-4	TPS25751	BQ25798	適用于 2 至 4 節(jié)電池的集成 USB Type-C??Power Delivery (PD) 和充電參考設計
100W 接收端 100W 電源端	1-5	TPS25751	BQ25731	適用于 1 至 5 節(jié)電池的集成 USB Type-C??PD 雙向充電參考設計
100W 接收端 100W 電源端	1-16	TPS25751	BQ25756	100W 集成 USB Type-C??PD 雙向充電器參考設計
240W 接收端 240W 電源端	1-16	TPS26750	BQ25756	240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設計

表 2 USB PD 控制器和電池充電器配對
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參考設計
為了支持整個 240W 擴展功率范圍，240W USB Type-C PD3.1 EPR 電池充電器參考設計將 TPS26750 與我們的 BQ25756 雙向降壓/升壓充電控制器搭配使用。如圖 3 所示，該參考設計將這兩個器件組合到同一塊印刷電路板上，無需外部 MCU 和自定義固件即可實現(xiàn)雙向 240W 解決方案。
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該電池充電器參考設計是一種集成式 USB PD 和充電參考設計，適用于電動工具、真空吸塵器、移動式發(fā)電站和電動自行車等產(chǎn)品的 7 至 14 節(jié)電池。TPS26750 通過簡單的 I²C 通信與 BQ25756 配合使用，無需進行固件開發(fā)。通過使用?TI USB PD 控制器的應用程序自定義工具，可以輕松地對 TPS26750 進行編程。

該電池充電器參考設計可支持通過符合 USB PD 3.1 規(guī)范的輸入源以高達 240W 的功率為電池充電，并在 On-The-Go 模式下提供高達 48V、5A 的輸出。BQ25756 實現(xiàn)了一個四開關(guān)降壓/升壓充電器，可在降壓、降壓/升壓和升壓模式之間轉(zhuǎn)換。高度的集成和簡單的設計將降低物料清單成本、縮減尺寸并加快產(chǎn)品上市。
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結(jié)語
隨著近期最大功率范圍的增加，USB-C 逐漸成為未來的通用連接器。盡管 USB-C 可能被視為具有挑戰(zhàn)性的新技術(shù)，但德州儀器解決方案可從軟件和硬件兩個角度實現(xiàn)集成，從而簡化您的設計流程。我們的 USB PD 控制器與電池充電器配對，再結(jié)合我們的參考設計，可實現(xiàn)更小的解決方案尺寸并縮短產(chǎn)品上市時間。
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其他資源
·?觀看我們最新的演示?USB Type-C Power Delivery 3.1 擴展功率范圍 + 電池充電器應用演示
·?觀看我們的視頻?USB Type-C：連接技術(shù)的未來
·?詳細了解我們的?USB Type-C 技術(shù)
·?了解我們的?USB Type-C 和 USB Power Delivery IC
·?觀看我們最新的液體檢測演示視頻
·?閱讀我們最新的白皮書?USB Type-C 和 USB Power Delivery 應用和要求初探
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關(guān)于德州儀器 (TI)

德州儀器是一家全球性的半導體公司，從事設計、制造和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個人電子產(chǎn)品、通信設備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟實用，讓世界更美好。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎上，使我們的技術(shù)變得更可靠、更經(jīng)濟、更節(jié)能，從而實現(xiàn)半導體在電子產(chǎn)品領域的廣泛應用。

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