reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Technologie | 14 kwietnia 2017

Wzrost mocy zasilania z USB typu C i Power Delivery - cz. 2

Rozwa偶aj膮c projekt zasilania oparty na USB warto zatrzyma膰 si臋 i po艣wi臋ci膰 chwil臋 na zrozumienie w jaki spos贸b zapewnione jest zasilanie i przebiega transfer danych.
Udoskonalono go bowiem od czas贸w kiedy to komputer zapewnia艂 zasilanie peryferiom a one tylko wymienia艂y z nim dane.

W dzisiejszych rozwi膮zaniach: DFP (Downstream Facing Port) wysy艂a dane, mo偶e pobiera膰 informacj臋 o mocy przez Vbus oraz pe艂ni rol臋 hosta lub huba, port UFP (Upstream Facing Port) odbiera dane, r贸wnie偶 o mocy przez Vbus i komunikuje si臋 z hostem (np. wy艣wietlaczem), natomiast port DRD (Dual-Role-Data) mo偶e dzia艂a膰 zar贸wno jako UFP jak i DFP.

W przypadku DRD rola portu jest okre艣lana przez to, czy dzia艂a ona jako 藕r贸d艂o zasilania (DFP) lub odbiornik danych (UFP). W razie potrzeby jego funkcja mo偶e by膰 dynamicznie zmieniana podczas pracy. Port DRD najcz臋艣ciej spotykany jest w komputerach przeno艣nych, smartfonach lub tabletach i daje mo偶liwo艣膰 zasilania wewn臋trznej baterii a nast臋pnie prze艂膮czenia si臋 i zasilania zewn臋trznego urz膮dzenia np. dysku twardego lub innych peryferii.

Popularno艣膰 starych standard贸w jest jeszcze du偶a, po woli jednak projektanci wyposa偶aj膮 nowe urz膮dzenia w z艂膮cza USB typu C ze wzgl臋du na ich du偶e korzy艣ci, w d艂ugiej perspektywie czasowej. W standardzie USB typu C zastosowano rezystory podci膮gaj膮ce do zasilania (dla DFP) i do masy (dla UFP) na pinach CC1 i CC2.



Rysunek 1. Schemat po艂膮cze艅 rezystor贸w podci膮gaj膮cych dla DFP i UFP


Uk艂ad TUSB320 firmy Texas Instruments jest dobr膮 podstaw膮 do implementacji USB 2.0 typu C. Jest to r贸wnie偶 szybki spos贸b na przeprojektowanie urz膮dzenia i zmian臋 z艂膮cza starszego standardu USB 2.0 na USB Typu C. Schemat zastosowania uk艂adu jako portu DFP pokazano na rysunku 2, a na rysunku 3 jako UFP.





Rysunki 2. i 3. Schemat u偶ycia uk艂adu TUSB320 jako portu DFP i UFP

Protok贸艂 USB PD

Produkty, takie jak komputery przeno艣ne, kt贸re wymagaj膮 wi臋cej pr膮du do na艂adowania swoich baterii, nie mog膮 by膰 艂adowane przez standardowy port USB typu C, ale b臋d膮 wymaga艂y rozszerzonego standardu USB PD. Stworzona technologia pozwala peryferiom na negocjowanie ilo艣ci pr膮du i/lub wy偶szego lub ni偶szego napi臋cia p艂yn膮cego przez przew贸d USB, ni偶 okre艣lono to w standardach 2.0/3.0/3.1. Komunikacja odbywa si臋 za pomoc膮 przewodu USB typu C wed艂ug schematu CC. Minusem tego rozwi膮zania jest to, 偶e USB PD zwi臋ksza z艂o偶ono艣膰 i koszty projektu, dlatego powinien by膰 stosowany tylko wtedy, gdy jest niezb臋dna wy偶sza warto艣膰 mocy, ni偶 to mo偶na uzyska膰 ze standardowych 5V i 3A.

Rozwi膮zanie USB PD wymaga dodatkowo czterech nowych element贸w (rezystor贸w) w por贸wnaniu do USB 2.0 typu C. Konieczne jest r贸wnie偶 u偶ycie jako power switcha tranzystora polowego FET du偶ej mocy razem ze sterownikiem bramki, tak 偶eby mo偶liwe by艂o zasilanie z 20V i 5A. Nale偶y jednak uwa偶a膰 na stosowanie zintegrowanych sterownik贸w bramki w tranzystorach du偶ej mocy FET, bo to zwi臋ksza ryzyko powstania zwarcia pomi臋dzy Vbas a s膮siaduj膮cymi wyprowadzeniami. Szczeg贸lnie jest to istotne przy zasilaniu du偶ymi pr膮dami. Dobr膮 praktyk膮 jest zatem dodawanie zabezpiecze艅 przed mo偶liwym zwarciem, 偶eby unikn膮膰 zniszczenia urz膮dzenia.

PD PHY i manager PD

Najbardziej interesuj膮cymi dodatkami do projektowania USB PD s膮 PHY PD i manager PD. Urz膮dzenia te razem sprawdzaj膮 komunikacj臋 na ca艂ej linii CC pomi臋dzy DFP i UFP, i nie jest mo偶liwa implementacja USB PD bez umieszczenia ich w projekcie.



Rysunek 4. PD PHY i manager PD dodane do USB 2.0 typu C dla uzyskania zgodno艣ci ze standardem USB PD


Jednym z mo偶liwych rozwi膮za艅 jest uk艂ad TPS25740 od TI, kt贸ry opr贸cz PD PHY i managera PD zawiera w sobie sterownik bramki i logik臋 CC. Uk艂ad jest zgodny z USB PD i mo偶e dostarczy膰 napi臋cia 5V, 12V i 20V, co gwarantuj臋 moc od 15W do 100W. Uk艂ad jest wi臋c idealn膮 baz膮 do stworzenia DFP. Je偶eli potrzebujemy wi臋kszej integracji, to najlepszy do tego b臋dzie uk艂ad TPS65982 od TI. Mo偶e on pracowa膰 jako DFP, UFP lub DRP. Innym przyk艂adem du偶ej integracji jest uk艂ad CYPD2103 serii EZ-PD CCG2 od Cypress Semiconductor. Uk艂ad zawiera procesor ARM M0 z 32Kb pami臋ci膮 flash, PD PHY, managera PD, ale r贸wnie偶 kontroler portu dla USB typu C z rezystorami ko艅cowymi.



Rysunek 5. Kit ewaluacyjny CY4541 od Cypress Semiconductor zawieraj膮cy USB typu C i firmware zgodne z USB PD


Zgodnie z przewidywaniami i potrzebami technologia USB ewoluowa艂a oferuj膮c nie tylko du偶y transfer danych ale r贸wnie偶 w celu zaspokojenia potrzeb na du偶膮 moc ze strony zasilania. W szczeg贸lno艣ci z艂膮cze USB typu C, ze swoj膮 elastyczno艣ci膮 i protoko艂em mocy USB PD jest w stanie sprosta膰 wymaganiom na du偶膮 moc i szybko艣膰 艂adowania w przysz艂ych urz膮dzeniach przeno艣nych.

Artyku艂 uzyskany dzi臋ki uprzejmo艣ci Digi-Key Electronics.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
January 17 2019 14:20 V11.11.0-2