KOKT114A September 2024 – October 2024 BQ25756 , BQ25798 , TPS25751 , TPS26750
개인용 전자 제품, 자동차, 산업 및 엔터프라이즈 시스템에 적용되는 USB Type-C®(종종 USB-C®로 줄여서 사용)는 전송을 가능하게 하는 업계 표준 커넥터로, 단일 인터페이스에서 데이터와 전원을 모두 관리합니다. USB PD(Power Delivery)는 USB-C 인터페이스의 성능과 특징을 높이기 위해 USB-C 커넥터를 사용하는 표준입니다. 최근까지 USB PD 3.0 사양은 최대 100W(20V, 5A)의 전력을 양방향으로 전송할 수 있도록 허용했으며, 현재 표준 전력 범위(SPR)라고 불립니다. 최신 USB PD 3.1 사양은 USB-C 케이블을 통해 전력 범위가 240W(48V, 5A)로 증가하며, 현재 EPR(확장 전력 범위)이라고 불립니다.
표 1에서는 EPR과 SPR을 비교하는 방법을 보여줍니다.
| 전원 범위 | 사용 가능한 전류 및 전압 | 전원 공급 프로필 범위 | 참고 |
|---|---|---|---|
| SPR | 3A: 5V, 9V, 15V, 20V 5A 1: 20V |
15W-60W >60W-100W |
|
| EPR | 5A 2: 28V, 36V, 48V | 100W-240W 이상 | EPR 모드로 진입해야 합니다 |
- 5A 케이블이 필요합니다.
- EPR 케이블이 필요합니다.
EPR을 사용하면 최대 240W의 전력(5A에서 28V, 36V 및 48V)을 지원할 수 있습니다. EPR 모드에서는 싱크가 새로운 소스 기능 메시지를 평가하고 응답하는 데 일반적인 USB PD 계약 협상과 동일한 요구 사항이 있습니다. EPR 모드로 들어가면 포트가 최대 240W(48V, 5A)까지 PDO(전력 공급 개체)를 협상하기 시작합니다. 48V 한계는 설계 안전 마진을 고려할 때 실질적인 한계를 나타냅니다.
EPR 모드의 고정 전압 레벨 확장 외에도 공급 장치는 조정 가능한 전압 공급(AVS)의 사양을 따라야 합니다. EPR 모드 내에서 AVS는 싱크가 100mV 단위로 15V에서 48V 사이의 전압을 세부 조정하여 성능과 열 효율을 향상시킬 수 있도록 합니다. 또한 AVS는 싱크가 어떤 충전기에서도 전압을 받을 수 있는 유연성이 있어 사용자 지정 어댑터를 방지하고 전자 에코시스템 내에서 일관된 사용자 환경을 만들 수 있습니다.
그림 1에서는 SPR 및 EPR 전력 레벨에 대한 프로그래머블 전원 공급 장치(PPS) 및 AVS 범위를 보여줍니다. PPS와 AVS는 모두 프로그래밍 가능한 스텝 크기를 가지고 있지만, 동일하지 않으며 서로 다른 용도에 사용됩니다. AVS는 효율성을 개선하기 위해 정전압 공급 역할을 하며 시스템에 정상 DC 전압을 제공합니다. PPS는 더 작은 스텝 크기 윈도우(20mV)를 가지고 있으며 연결된 장치의 배터리 충전기를 우회하여 배터리를 직접 충전할 수 있습니다. AVS와 PPS의 주요 차이점은 PPS의 경우 협상 전압이 시간에 따라 지속적으로 변한다는 것입니다. 배터리가 충전되면 필요한 PPS 충전 전압이 증가합니다. AVS는 시스템에 전체적으로 필요한 것에 더 가까운 전압 레벨에 시스템 입력 전압을 제공하는 일정한 전원 공급 장치로 고안되었습니다.
그림 1 소스에 USB PD 3.2 전압 필요배터리로 구동되는 제품 및 차세대 솔루션
Bluetooth® 스피커 및 전동 공구와 같은 휴대형 배터리 구동 제품은 USB-C의 도입을 통해 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 유형의 제품에 USB-C를 구현하면 USB-C 포트에서 충전하고 동일한 포트를 사용하여 연결된 장치에 전원을 공급할 수 있습니다. 단일 또는 다중 셀 배터리 충전기를 사용하는 제품은 이제 USB-C 또는 USB PD 컨트롤러와 페어링할 수 있으므로 애플리케이션이 USB-C 포트에서 전원을 소싱 및 싱크할 수 있습니다.
그림 2에서는 USB-C 및 USB PD로 전환하는 장치의 일반적인 아키텍처를 보여줍니다.
그림 2 USB-C 배터리 구동 제품 블록 다이어그램배터리로 구동되는 제품을 위한 USB PD 포트의 설계를 간소화하기 위해 TI의 USB PD 컨트롤러는 I2C 호스트 지원을 추가하여 배터리 충전기를 직접 제어할 수 있습니다. 이 통합 I2C 호스트 제어는 외부 마이크로컨트롤러(MCU) 없이 2칩 솔루션을 지원합니다. USB PD 컨트롤러는 USB PD 포트를 통한 전력 협상에 따라 I2C를 통해 배터리 충전기의 충전 매개 변수를 자동으로 업데이트합니다. 또한 배터리 구동 제품에 USB PD 포트를 추가하기 위한 펌웨어를 개발할 필요가 없습니다. TPS25751 및 TPS26750은 USB-C 플러스 배터리 충전기 페어링에 사용되는 2개의 USB PD 컨트롤러입니다.
TPS25751은 SPR PD 컨트롤러인 반면, TPS26750은 전체 240W EPR을 협상할 수 있는 EPR PD 컨트롤러입니다. 표 2에는 권장 USB PD 컨트롤러 및 배터리 충전기 페어링이 나와 있습니다. 이러한 페어링에 대한 레퍼런스 디자인을 사용하여 설계를 복사하여 애플리케이션에 붙여넣을 수 있습니다.
| 지원되는 최대 출력 수준 | 시리즈 수에서 지원되는 셀 | 권장 USB PD 컨트롤러 | 권장 배터리 충전기 | 레퍼런스 디자인 |
|---|---|---|---|---|
| 100W 싱크 45W 소스 |
1 ~ 4 | TPS25751 | BQ25798 | 2-4 셀 배터리를 위한 일체형 USB Type-C® 전원 공급(PD) 및 충전 레퍼런스 디자인 |
| 100W 싱크 100W 소스 |
1 ~ 5 | TPS25751 | BQ25731 | 1~5셀 배터리를 위한 일체형 USB Type-C® PD 양방향 충전 레퍼런스 디자인 |
| 100W 싱크 100W 소스 |
1 ~ 16 | TPS25751 | BQ25756 | 100W 통합 USB Type-C® PD 양방향 충전기 레퍼런스 디자인 |
| 240W 싱크 240W 소스 |
1 ~ 16 | TPS26750 | BQ25756 | 240W 통합 USB Type-C PD3.1 EPR 배터리 충전기 레퍼런스 디자인 |
레퍼런스 설계
전체 240W의 확장된 전력 범위를 지원하기 위해 240W USB Type-C PD3.1 EPR 배터리 충전기 레퍼런스 설계는 TPS26750을 BQ25756 양방향 벅-부스트 충전 컨트롤러와 페어링합니다. 그림 3에서 보듯이 이 레퍼런스 설계는 이 두 디바이스를 단일 인쇄 회로 기판에 페어링하여 외부 MCU나 사용자 지정 펌웨어 없이 양방향 240W 솔루션을 지원합니다.
그림 3 EPR 배터리 충전기 레퍼런스 설계 블록 다이어그램배터리 충전기 레퍼런스 설계는 전동 공구, 진공 청소기, 휴대용 파워 스테이션 및 전기 자전거와 같은 제품을 위한 7~14셀 배터리를 위한 통합 USB PD 및 충전 레퍼런스 설계입니다. TPS26750은 펌웨어 개발이 필요 없는 간단한 I2C 통신을 통해 BQ25756과 함께 작동합니다. TI USB PD 컨트롤러를 위한 애플리케이션 사용자 지정 툴을 사용하여 TPS26750을 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.
배터리 충전기 레퍼런스 설계는 USB PD 3.1 규격 입력 소스를 통해 최대 240W의 배터리 충전을 지원할 수 있으며 이동 중 모드에서 최대 48V, 5A 출력을 제공할 수 있습니다. BQ25756은 4스위치 벅-부스트 충전기를 구현하여 벅, 벅-부스트 및 부스트 모드 간에 전환합니다. 고집적과 단순한 설계로 자재 명세서 비용을 절감하고 크기를 줄이며 출시 시기를 앞당길 수 있습니다.
마무리
새롭게 증가된 최대 전력 범위로 USB-C는 미래의 범용 커넥터로 자리매김하고 있습니다. USB-C를 새롭고 까다로운 기술로 볼 수도 있지만, TI 솔루션은 설계 프로세스를 간소화하기 위해 소프트웨어 및 하드웨어 측면에서 통합을 제공합니다. TI의 USB PD 컨트롤러와 배터리 충전기 페어링이 레퍼런스 설계와 결합되어 솔루션 크기를 줄이고 시장 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
추가 리소스
- 최신 데모인 USB Type-C 전력 공급 3.1 확장된 전력 범위 + 배터리 충전기 애플리케이션 데모를 시청하세요.
- 비디오 시청, USB Type-C: 커넥티비티의 미래
- TI의 USB Type-C 기술에 대해 자세히 알아보세요.
- USB Type-C 및 USB 전원 공급 IC 살펴보기
- 최신 액체 감지 데모 비디오를 시청하세요.
- 최신 백서인 USB Type-C 및 USB Power Delivery 애플리케이션과 요구 사항에 대한 입문서를 읽어보세요.
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