降压-升压充电和USB Type-CPD技术

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降压-升压型充电器变得越来越流行，因为它能够从几乎任何输入源为电池充电，无论输入电压是高于或低于电池电压。

      USB Type-C被广泛采用的一大关键性优势是它被认为是目前实现通用适配器和减少相应电子废弃物减少理想方案。虽然USB Type-C接口是统一的，但是不同适配器的额定功率和电压仍然有很大的差异，这里面包含了传统的5 V USB适配器和能够提供5 V到20 V电压范围的USB PD适配器。此外，不同的便携式设备内部的电池数串联节数也有可能不同。这就要求电池充电器集成电路（IC）采用降压-升压拓扑结构， 去适应输入电压和电池电压的这些任意的变化。 具有高功率密度的降压-升压充电芯片不仅可以集成通用的充电功能模块，也可以集成USB PD充电系统中的其他元件，如负载开关和DC/DC转换器，以简化系统设计，降低物料清单（BOM）成本，并保持小尺寸的整体解决方案。图1显示了USB PD充电解决方案的系统框图。

图1 USB PD充电解决方案的系统框图。

     为支持移动USB OTG充电规格，当适配器不存在时，电池通过DC/DC转换器放电，在VBUS输出一个恒定电压去给外部设备供电。如果USB Type-C端口需要支持快速角色交换（FRS）的功能，则必须开启DC/DC转换器并始终处于待机状态，即使已将适配器插入USB Type-C端口。当适配器断开时，放电电源路径中的背对背MOSFETs迅速打开，将U3输出电压传递给VBUS并保持VBUS电压不跌落。在这个过程中，始终保持DC/DC转换器开启的状态实际上会给整个系统造成额外的静态电流损失。

      图2中所示的全集成降压-升压充电芯片可以简化USB PD充电解决方案的系统级设计。首先，将输入电流检测电路集成到芯片中。通过该电路检测到的输入电流，充电器提供输入电流调节和输入电流过流保护来避免适配器过载。 其次，作为输入过电压和过电流保护电路的一部分，外部背对背MOSFET的控制逻辑和驱动电路也被集成到充电器中。这些功能使得从框图中消除支持输入功率路径管理和输入电流检测的单元成为可能。

通过实现四个FETs的降压-升压转换器的双向操作，充电芯片自身可以支持OTG模式。当适配器插入USB端口时，充电芯片以正向充电模式工作，功率从VBUS流向电池。当适配器断开时，功率从电池流向VBUS。VBUS处的OTG输出电压覆盖从2.8 V到22 V的全USB PD电压范围，具有10mV可编程步长，与USB PD 3.0规格兼容。

                                                图2全集成降压-升压充电芯片。