克服 USB Type-C PD 應用的設計挑戰

使用者若可順暢運用 USB Type-C Power Delivery (PD) 為裝置進行充電，產品設計師即可慶祝專案成功，這是因為他們已克服 USB PD 充電的複雜挑戰。

USB PD 的設計具備擴展性，廣泛運用於筆記型電腦、智慧型手機、週邊裝置、物聯網裝置，可減少對專用電源配接器的需求。此技術是重大變革，其可逆連接器具備彈性的高功率充電和資料傳輸能力。

此連接器能處理不同的電壓和功率級別，從 5 V 到 20 V，以及高達 100 W 以上。此外，可以在電源流入和流出之間切換，使電源管理效率更高，因此得以快速充電、與多重裝置相容、進行高效率能量傳輸，並具有過壓和過電流保護等整合式安全功能。

雖然 USB PD 為使用者提供更快的充電速度和更高的功率傳輸能力，但同時也讓設計更複雜。應用必須能夠處理電源流入與流出之間的角色切換，確保 USB PD 3.0 相容，並且還可能需要韌體管理電源設定檔。

使用這些連接器的裝置 (如筆記型電腦、平板裝置、行動電源) 必須能夠透過各式電源 (USB-C、壁式配接器、電池) 充電，同時保持高效率。有些設計可能僅限於降壓或升壓充電，因此在處理可變輸入電壓時效率低落。

其他問題包括如何將電源轉換產生的熱降至最低、確保多重裝置與不同充電器和配件的相容性，以及緊湊設計中的電源效率。

簡單的固定式電源應用可能不需要韌體，但動態或多角色 USB PD 應用則通常有此需求。許多先進的 USB PD 控制器需要韌體管理電源協商、角色切換，以及額外的安全功能。

簡化和最佳化 USB PD 電力傳輸

Renesas Electronics Corporation 提供 USB-PD 延伸功率範圍 (EPR) 解決方案，包括一個 Type-C 連接埠控制器和一個升降壓電池充電器，可共同降低複雜性並最佳化電力傳輸，完成高效率且可靠的 USB-PC 設計。

Renesas 的 RAA489400 USB Type-C 連接埠控制器 (圖 1) 整合關鍵的 USB PD 3.0 功能 (包括電源協商、角色切換、安全保護)，降低韌體的複雜性，這些功能原本需要大量的開發時間和成本。雖然可以自主處理電力傳輸，但可能需要 MCU 進行先進原則控制或自訂電源配置。

圖 1：Renesas 的 RAA489400 連接埠控制器整合關鍵的 USB PD 3.0 功能 (圖片來源：Renesas Electronics Corporation)

RAA489400 簡化 USB PD 合規性，處理電源角色切換、協商、故障保護。支援高達 240 W 的高功率應用，因此適用於電池供電的行動裝置、行動電源、桌上型電腦；電動自行車和無人機；工業系統；以及吸塵器等家電。

此控制器內建類比數位轉換器，可精準監控 VBUS 電壓和電流，讓電力傳輸達到即時最佳化。SMBus/I²C 通訊允許與 Type-C 連接埠管理器 (TCPM) 無縫整合，確保與多連接埠系統的相容性並簡化韌體開發。

Renesas 的 RAA489118 升降壓充電器 (圖 2) 是一款高效能電池充電器，用於管理各種輸入和輸出電壓下的電力傳輸，同時確保最佳電池效能。

圖 2：RAA489118 升降壓電池充電器可確保在不同電源輸入之間的順暢轉換 (圖片來源：Renesas Electronics Corporation)

可依據需求升高或降低電壓，支援需從多重電源充電的應用，例如 USB Type-C 配接器、太陽能板、直接電池連接。無論輸入電壓高於或低於電池所需的充電位準，RAA489118 都會對應調整，確保充電過程穩定且具備高效率。此充電器無需多個離散電源管理組件，可降低 PCB 複雜性和整體開發成本。

結論

產品設計人員只要能夠克服 USB Type-C PD 技術的固有挑戰，即可創造出更有智慧、充電更快、更有效率的裝置。Renesas 的 RAA489400 USB Type-C 連接埠控制器和 RAA489118 升降壓電池充電器提供全面的電源管理解決方案，可簡化高效能應用的 USB-C 電力傳輸和電池充電。