1、概述

電源系統(tǒng)設計包括設計參數之間的許多權衡，例如尺寸、成本、效率和負載瞬態(tài)性能。為了設計功率級，必須建立各種特性，例如瞬態(tài)容限、紋波電壓和負載特性。系統(tǒng)設計人員正專注于通過更好地控制電池特性來使用新的電路拓撲來提高電源轉換效率，以開發(fā)具有更長運行時間和更小的占位面積的系統(tǒng)。低效率對應于增加的功耗，必須充分處理。較低的開關頻率會降低開關損耗，但較高的開關頻率可提供更高的性能和更快的瞬態(tài)響應。西蘭娜半導體推出了智能功率共享降壓轉換器電源IC。具有集成 USB-PD/FC 端口控制器的新型 SZPL3002A 降壓轉換器 IC 可顯著減少執(zhí)行 65-W 快速充電器和具有多達四個端口的適配器應用所需的組件數量。該電源 IC 采用完全集成的 USB-PD 控制器、MCU 和 VCONN 電纜通信協(xié)議，在這款高效 DC/DC 降壓轉換器中實現智能電源共享。

Silanna Semiconductor 的產品營銷總監(jiān) Hubie Noto 在接受采訪時表示，SZPL3002A 電源 IC 通過將高效同步降壓轉換器和先進的端口控制器集成到單個 5 × 5-mm QFN 中來滿足 98% 的效率包裹。

PD 控制器通過均衡功率從幕后智能地運行。該器件適用于從 667 kHz 到 1 MHz 的開關頻率。

“這款設備還有另一個獨特的功能，我們稱之為省電模式，”Noto 說?！爱斈銢]有連接任何負載時，通常其他人只是做待機，這通常仍然會消耗電力。在我們的例子中，如果用戶最初在設計中選擇切換到省電模式，DC/DC 部分會完全關閉，但 PD 控制器仍在運行。然后，PD 控制器繼續(xù)以低于微瓦的功耗監(jiān)控直流線路?！?

內置端口控制器支持USB PD V3.0 Type-C接口以及QC2.0-/3.0-/4.0-/5.0-type A/C接口。該控制器促進了兩個、三個或四個端口之間的電源共享和端口電源重新平衡功能，確保端口電源響應特定設備的需求，無論何時建立連接。

2、熱保護

“許多人擔心連接過熱，”諾托說?！斑@樣做的原因是因為它們在插入時沒有得到充分評估。所有這些連接最終都會松動。當它們失去 VBUS 連接時，它們會間歇性地接觸，這可能會產生熱量，因為它會導致高電阻。整個溫度腔由我們的集成電路檢測。當它變得太熱時，最好將其關閉或降低其功率。我們的系統(tǒng)進入防御模式?！? 如果溫度達到可編程警告級別，SZPL3002A 會與連接的設備重新協(xié)商較低的功率級別(較低的電流)。如果溫度繼續(xù)升高超過可編程的臨界水平，則端口斷開。

新型 SZPL3002A 具有五種可配置的預加載電源合同配置，允許 OEM 在眾多產品設計中使用單個設備。電源重新平衡將未充分利用的電源重新分配到先前連接的端口，而安全的電源節(jié)流功能會在滿足溫度標準時自動切斷電流。

許多充電器制造商要求在 Type-C 輸出連接器附近進行 NTC 測量。Type-C 連接器觸點會因污垢/棉絨而變得電阻，從而在連接器處產生高溫。這可能導致燒焦或系統(tǒng)范圍的充電單元關閉。一些公司有外部 NTC 輸入，但僅用于在過熱條件下執(zhí)行災難性停機。

Silanna 的降壓轉換器：電源設計

Silanna 的 DC/DC 產品組合包括高壓、高效率、寬輸入集成降壓轉換器，具有可選擇的開關頻率和旨在提高 USB 端口電源應用性能的獨特功能。極低的工作功耗可實現非常低的空載功耗(監(jiān)管認證的關鍵規(guī)范)，而瞬時內部反饋路徑可實現干凈且可控的啟動操作，直到外部 USB-PD 控制器可以自行偏置并接管輸出控制電壓。

“為了共享電源，我們在這些芯片中安裝了一個 MCU，”Noto 說?！斑@個 MCU 用于執(zhí)行實際計算。它基于計算的情況。例如，讓我們放置兩個 60-W 端口。如果有人連接到第一個端口并為設備充電，我們的 IC 將檢測到此請求。我們會將這些信息存儲在 MCU 中。但是，假設有人插入第二個端口并要求另一個 60 W。IC 知道它必須處理電源并且不能將所有 60 W 提供給第二個端口。如此突然，60 W 下降了 7.5 W，然后在沒有關閉的情況下重新平衡。MCU 通過重新平衡第二個端口的功率自動重新計算;在三個或四個端口的情況下相同。

“當一個設備連接到一個端口——任何端口——它會設定一個合同并從剩余的電力中獲取它所需要的東西，”Noto 補充道。“每個端口上的 SZPL3002 智能地相互通信。如果大功率設備(例如筆記本電腦)連接“較晚”，則電源將被優(yōu)先處理，并從之前未充分利用的端口連接中“收獲”?！?

SZPL3002A 具有運行固件代碼以及 USB 端口配置存儲器，需要對其進行編程才能正常運行。SZPL3002A 的三種連接方法可用于編程： 將 Type-C USB 端口連接器連接到應用 PCB 上的目標 PortIC;連接到可選的零插入力插座 PCB 以編程松散的 PortIC 設備(例如，SZ-PROGSOCK-3002-00);通過 I 2 C 線將目標 PCB 上的標頭連接到 PortIC。

3、評估板

SZPL3002AA-EVB01 評估板是 SZPL3002A 器件中多端口共享電源操作的設計樣本。該平臺具有三個 SZPL3002A IC，用于三個端口和兩個 2C1A USB 應用。SZPL3002A 可以提供固定輸出電壓和可編程電源配置文件，以便為鏈接設備快速充電。該設備還支持 Qualcomm QuickCharge 協(xié)議 QC2.0/3.0/4.0/4.0+，因此可以同時處理 Type-A 和 Type-C 輸出端口。

包括一個 I 2 C 總線，支持 SZPL3002A 器件之間的 IC 間通信，以實現共享電源、眾多輸出和充電端口等高級應用。該總線還使在設備中對 OTP 存儲器進行編程變得更加容易。兩個 65-W Type-C PD 端口和一個 18-W QuickCharge Type-A 端口的合同設置已在設備內預編程。

V IN和 V OUT可以使用 Kelvin 連接進行監(jiān)控。每個端口都有一個 2 × 2 插頭引腳來檢測輸入電流，從而可以對效率以及線路和負載控制進行可靠的性能評估。用戶手冊中進一步討論了輸出電壓、軟啟動、工作頻率和功率合同的變化。

4、CO2電源管理挑戰(zhàn)

在電力轉換效率方面，電力行業(yè)技術效率的提高在降低 CO 2排放方面發(fā)揮了重要作用，其次是可再生能源產生的能源百分比和使用碳含量較低的化石燃料。電力生產和消費的排放對于規(guī)劃和監(jiān)測涉及電氣行業(yè)的溫室氣體減排活動至關重要。

最近計算出，空載功耗約占手機用電量的三分之二。正如 Silanna 指出的那樣，減少功率損耗對于優(yōu)化能源浪費至關重要。充電器和適配器連接到電源插座但不連接到相關設備所消耗的能量稱為空載功率。

目標是創(chuàng)建在零負載下使用最少功率的設備，以最大限度地提高能源效率。Silanna 的 CO 2 Smart Power 理念突出了公司堅持不懈地努力開發(fā)更高效的產品的態(tài)度，這些產品通過使用更少的能源和更好的性能來促進可持續(xù)發(fā)展。在大多數情況下，這會立即轉化為消耗更少電力的改進產品和系統(tǒng)，從而減少對破壞性 CO 2排放的貢獻。

DC/DC 轉換器是復雜的系統(tǒng)。即使通過高度集成的 IC 進行簡化，它們仍然需要復雜的組件計算和加權 IC 控制器選擇。此外，它們易受電路板布局和寄生組件(即，不理想的組件特性，例如電容器中的電阻或 MOSFET 開關中的電容)的影響。

通過 USB 連接，設備可以作為電源或用戶進行操作。USB Power Delivery 提供更快的外圍設備充電，并允許智能手機、平板電腦和筆記本電腦等設備通過 USB 連接供電，無需電源適配器。網絡監(jiān)視器可以通過 USB-C 連接器為筆記本電腦供電，充當外部硬盤驅動器等外圍設備的集線器，并接收和顯示來自筆記本電腦的視頻數據。除了有效的電源開關解決方案的設備外，電源線還需要保護。