USB 充电器的过去与现在:Type-C达到能源效率标准

USB 充电器的过去与现在:Type-C达到能源效率标准

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在计划写本篇博客时,我在谷歌趋势中输入了“Type-C”。如图1所示,自2015年以来对这一词语的兴趣一直在上升。

 

1:谷歌趋势上的兴趣走势图(关键词:Type-C

 

USB Type-C设备在现实世界中也越来越流行,许多流行的手机和平板电脑采用USB Type-C接口。我预计在未来几年采用USB Type-C接口的产品将迅速增加。

为什么功率为15W5V3A)?

除了具有正反都可插的插头,USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。虽然对于USB 3.1和USB充电,USB Type-C可支持高达100W的功率,但是系统设计者必须仔细选择功能,保持合理的整体成本。

USB Type-C接口采用了15W功率,是标准USB 2.0充电速率的六倍。

对于大多数智能手机和平板电脑,15W已经足够,而且成本合理。 

二极管整流和PSR被广泛用于电流低于2A的适配器

以前的手机电源适配器的正常的功率为5V/2A或更低。因为简单,可以去除光隔离器和可编程基准,初级侧调节(PSR)常常用于AC/DC转换。因为负载电流不高,在这个功率水平上使用了二极管整流器。图2为带二极管整流的简化PSR电路图。

 


 

简化电路图

2:带二极管整流的UCC28704典型应用电路

 

同步整流(SR)是解决5V/3A适配器PSR设计挑战的最佳选择

PSR消除了对次级侧反馈元件和光学耦合器的需求,从而节省了成本。然而,采用PSR+SR的设计并不像只使用PSR一样简单。

大多数PSR控制器会在次级二极管的电流变为零时检测的拐点辅助线圈的电压,因为辅助线圈上的电压最接近VOUT/Na,其中Na是辅助线圈与次级线圈的比率。

如果使用SR,在次级导通时间结束后,体二极管导通时辅助线圈上会发生电压凸点,请参考图3。这凸点将影响对PSR检测机制,引起稳定性问题,可能表现为异常纹波。

 

3:辅助线圈电压波形细节

 

如何稳定PSR+SR

为了稳定PSR + SR,UCC28704(PSR控制器)数据表可以让SR驱动器稳定工作变得更简单,需要仔细设计的参数有tBW、tDMAG和工作频率。其中tBW是SR凸点宽度,tDMAG是次级整流器导通时间。

当使用带有SR的UCC28704时,决定最大开关频率的关键参数是基于tDMAGmin确定的。tDMAGmin需要大于2.45μs,包括750ns的SR凸点宽度(tBW)。内部电路需要750ns(tBW)过滤掉VS引脚波形上检测到的由MOSFET体二极管导通引起的SR凸点变化。

在恒流工作的起始点测得的相应开关频率不应大于55kHz。

采用UCC28704PSR控制器)和UCC24636SR控制器)的5V/3A设计

根据上述指导原则,我设计了如图4所示的5V/3A电路板。其纹波低于150mV,效率曲线如图5所示。

 

  图4符合OE6COC V5 Tier 2标准的TI Design通用交流输入至5V/3A输出参考设计电路原理图

 

5:效率曲线

 

在115VAC和230VAC输入的150mΩ电缆端测量的四点平均效率分别为83.4%和83.2%。

COC Tier 2 2016标准要求为满载时效率为81.8%,10%负载时效率为72.5%。

该电路板可以满足CoC Tier2标准合规要求,即使使用150mΩ电缆也足以满足标准。


总结

遵循UCC28704数据表中的指导原则,可以克服这些限制,制作出低成本的PSR + SR设计,同时对USB Type-C适配器具有足够高的效率。

其他信息:

原文链接:

https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/09/23/usb-chargers-then-and-now-type-c-charger-meets-energy-efficiency-standards

  • type C的卓越性能及使用便利性,注定会在将来统一借口类型,但在目前的市面上来看,采用这一标准的产品还并不多见,排除消化库存,兼容性等的影响,其成本和电路设计的成熟度方面可能也是减慢推广的一些因素。博文中对功率及电路设计有很详细的讲述,可见TI在typeC应用电路的设计已日趋成熟,效率也可以达到令人满意的程度。设计方案也对低成本做了充分的考虑,相信随着类似厂商的技术进步,广大消费者会更快的体验到科技带给大家的便利性。

    另外,对于充电设备的空载损耗,不知TYPEC会有什么样的表现,目前市面的一些USB充电器,空载会有零点几瓦的损耗,TypeC大功率及多功能的特性,会不会使这一损耗进一步增加?

  • USB Type-C这次看起来很是一番变革,USB接口也经历了几次更改,但感觉上这次是很重要,不是说简单的为了正反都能插,当然这也是一个方面,更关键的还是功能性能上的变革,速度才是关键,Type-C的功率传输是双向的,这一点也很厉害,基本上都是用来给手机充电的,现在也许哪天手机可以给别的充电了,当然,我个人希望type-c真正的统一了数据线,毕竟,最关键的还是生活的方便,而且,接口标准的统一,环保方面也能有所贡献。

  • USB Type-C在供电方面的优势不仅仅是“快”,更重要的是USB Type-C提供的一种“双向充电模式”,如果两台都有USB Type-C电力传输功能的设备连接时,彼此就可以互相充电。也就是说,将来连接器的种类和数量都将在大规模减少。USB Type-C更小巧的设计和更快的充电速率简直就是为如今移动设备量身定做的,我们完全有理由猜测,未来几年USB Type-C接口在各型号中高端安卓机、平板设备中普遍普及。正因如此,USB Type-C的各类衍生产品也将层出不穷

  • USB Type-C是技术的变革,对于手机来说是一次革命性的变化。之前手机接口一直都不统一,各个手机厂家都在做自己的接口,而且接口逐渐变成了Mini-USB接口,但是随着USB Type-C的出现,针对手机的接口也逐渐变成了统一,这样既方便用户,也方便了生产厂家。而且USB Type-C的具有正反都可插的插头,极大的方便了用户使用。USB Type-C接口采用了15W功率,是标准USB 2.0充电速率的六倍。这样的功率可以极大提高充电速度,对于现在快节奏的生活来说无疑不是一个天大的好消息。相比USB2.0,USB Type-C的充电速度可以比USB 2.0提高6倍,这是一个质的提升。而且对于U盘来说,很多都是采用USB2.0接口,传输速度极慢,只有20~40M/S,而USB Type-C接口支持USB 3.1,它的理论传输速度从USB 3.0的5Gbps提升到了10Gbps。这样的传输速度真的是一个质的变化。对于用户来说带来了飞一样的体验。USB Type-C接口尺寸为8.4 x 2.6毫米,它不仅“足够耐用,可配备在笔记本和平板电脑上”,而且也“足够薄,可以在智能手机和平板电脑上使用”,这也使得智能手机跟平板的厚度逐渐变得越来越薄。期待USB 他、Type-C广泛应用到生活的每一个地方,让生活充满更多的便捷和速度。

  • USB Type-C接口拥有一些非常酷炫的特点:它是可逆的,不分正面反面的,这意味着用户可以很轻松就将USB接口跟数据线连接起来,这比翻来覆去地换方向要方便许多。 在USB-C进入全民普及阶段之前,我们可能还要等上一段的时间,在这段时间里,一部分USB接口转接器会成为非常受欢迎的手机配件,它们会让新手机和旧电脑很好的连接在一起进行数据传输或者充电。目前,一部分电子设备已经用上了USB-C端口,比如苹果New MacBook、诺基亚N1平板电脑以及部分乐视手机等等,根据外界的预测,三星将会在新款旗舰手机Galaxy Note 5上采用这一接口。消费者在购买这类电子产品的时候,最好确保它们已经通过了USB标准认证,避免出现品质以及安全方面的问题。

  • typec确实性能卓越,具有创新性设计,采用带二极管整流的UCC28704和UCC24636(SR控制器)设计的电源效率很高,四点平均效率分别为83.4%和83.2%,设计的5V3A的设计,符合TYPEC的设计。除了具有正反都可插的插头,USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。虽然对于USB 3.1和USB充电,USB Type-C可支持高达100W的功率,但是系统设计者必须仔细选择功能,保持合理的整体成本。

    USB Type-C接口采用了15W功率,是标准USB 2.0充电速率的六倍。对于大多数智能手机和平板电脑,15W已经足够,而且成本合理。

  • 在网上可以查到,在2015年CES大展上,Intel联合USB实施者论坛向公众展示了USB 3.1的威力,具体搭配的接口是USB Type C,能够正反随便插,大小也与Micro-USB相差无几。理论上,USB 3.1 Type C的传输速度能够达到10Gbps,这样看来Type C确实很好用,目前看到的有几款手机已经在使用Type C这个接口了。在我了解的推广上面,沿海城市比如深圳那边对Type C做的挺多的,主要还是集中在民用上面,在我现在设计的硬件产品中,还没有设计到这个,原因1:成本问题,现在支持Type C的芯片还是较少,芯片厂家还没开始推广,想用必须外加芯片做转接;原因2:普遍性不强,还需要时间适应。再加上我所处的武汉,确实信息传递比较沿海城市,要差很多,哈哈,没办法。。。

  • 读后感:

         USB Type-C 技术现在非常火爆,预计将实现手机接口的大一统,我对它也是非常的感兴趣,Type-C是USB接口的一种连接介面,不分正反两面均可插入,支持USB标准的充电、数据传输、显 示输出等功能。

        现在手机都兴起大电流充电,可实现闪充功能,顺应了时代发展的趋势,功率越大,充电速率越快,文章中介绍了UCC28704(PSR控制器)和UCC24636(SR控制器)的5V/3A设计电路,低成本的PSR + SR设计,同时对USB Type-C适配器具有足够高的效率,TI的这两款芯片值得我们研究和使用。

  • 作为一项全新的接口技术,个人认为随着TYPE C接口的普及,在不久的将来能够替换掉现有的几乎所有的设备接口。基于成本因素,将TYPE C设计成15W输出能够满足大部分手机、平板等设备的要求。PSR二级整流用在小于10W(5V/2A)的电路设计中,显然,它不适合应用于TYPE C接口电路,而SR(同步整流)是解决5V/3A的选择,但是它会在当二极管导通时的辅助线圈上产生凸点,影响电源的质量,为了利用好同步整流的优势,在后级加上一个PSR能够将纹波控制在150mV以内。

  •    从用户的角度来说,TYPE-C的正反可插和快速充电使得产品更加人性化,在一定程度上弥补了大多数手机续航能力不强的缺点,相对于原有的USB接口更加实用,用户体验更加愉悦。

  • 看了这篇文章,发现USB-Type C 的电源效率真是高啊,原来USB2.0甚至USB3.1才能达到的5V2A,10W的标准已经没有优势,现在的USB-Type C可以可支持高达100W的功率,想想都好兴奋啊,100W什么概念,可以达到5V20A,完全可以驱动电机了。不过现在电子设备充电电流不大,对于大多数智能手机和平板电脑,15W已经足够,而且成本合理,USB Type-C接口采用了15W功率,是标准USB 2.0充电速率的六倍。这一点已经完胜了USB2.0接口,当然这只是电源效率的完胜,数据传输效率仍然是完胜,总之希望USB-Type C接口能够早日普及,替换现在的USB接口。

  • USB 充电器,Type-C充电达到能源效率标准,是很大的一个提升,推动了双向快充向快速发展。充电方式的改变,虽然提高了充电的用时,但是对于需要长期续航的产品来说,还是么有从本质上改变,不过充电方式的优化,已经是一个大的飞越了

  • 此贴甚好,有图有真相,讲解十分清楚,可以收藏了,作为学习资料和设计参考资料。作为下一代USB标准,这个确实很重要啊,很人性化。这种有正反面的插头,都不知道被搞坏多少了,,,弄不好手机就废了。

    而且现在的USB标准有时候驱动能力差,有个外设需要大电流,就弄不成,哎,还要外挂个USB供电设备。以后这个肯定是发展的方向,好多设备开始支持这个接口了。

  • 讲解的很细,学习了,感觉type-C将是以后的发展趋势,极大满足了人们使用的需要,而且性能方面也比其他的好!

  • 近几个月来,USB Type-C这个词总是被人提起,了解到一两款手机或者电脑已经具备有这种接口了!

    Type-C的优势,相比之前的usb接口,非常明显了。有人得出以下的公式:

    USB Type-C  = 电源  +  数据传输  +  正反插(lightning接口)  + 音频接口

    在未来外出的时候,也就没有必要再拿很多条线缆了,一条type-c就可以解决所有问题啦!看到新闻宣称:Android 打算终结第三方快充,强推 Type-C 充电标准。USB Type-C接口采用了15W功率,是标准USB 2.0充电速率的六倍。对于大多数智能手机和平板电脑,15W已经足够,而且成本合理。这样的数据对用户来说简直是福音了;但是从另一方面来说,对于效率和安全来说,它对电子产品的设计与制造成本也提出了更多的要求了。

    不过我还是相信在不久的将来,USB Type-C一定会是电子产品的主流趋势哦