usb type c是一種相對較新的高功率usb外設標準，用于計算機和便攜式電子設備。usb type c標準推動(dòng)了usb供電規范的改變，不同于長(cháng)期存在的5V USB標準，type c標準的總線(xiàn)電壓最高可達20V，電流輸送能力最高可達5A。連接的USB-C設備可以相互識別并協(xié)商總線(xiàn)電壓——從默認5V USB輸出到幾個(gè)更高的預設電壓等級，以便在需要時(shí)實(shí)現更快的電池充電和更高的功率輸送（最高可達100 W）。

電池充電器中使用的簡(jiǎn)單緊湊型降壓調節器和線(xiàn)性穩壓器，僅需要5 V、500 mA至2 A的USB供電，并未充分覆蓋全部type c usb電源范圍。type c usb電源增加的電壓范圍（5 V至20 V），需要的不僅僅是9 V至36 V（或60 V）汽車(chē)電池或其他充電電源的降壓轉換，還需要一個(gè)可調降壓-升壓轉換器，以便能夠同時(shí)對輸入至輸出電壓進(jìn)行升壓和降壓。

此外，對于高功率汽車(chē)usb充電器，降壓-升壓轉換器應支持10 A或更高峰值開(kāi)關(guān)電流額定值，并提供低EMI性能。將開(kāi)關(guān)頻率設置在A(yíng)M無(wú)線(xiàn)電頻帶之外并使解決方案保持小尺寸的能力是頗受追捧的特性。高壓?jiǎn)纹D換器（帶片上開(kāi)關(guān)）不能承受如此高的峰值開(kāi)關(guān)電流而不燒毀。

LT8390A是一款獨特的2 MHz同步四開(kāi)關(guān)降壓-升壓控制器。在2 MHz開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，它可提供5 V至15 V的輸出電壓（3 A時(shí)最高45 W），以通過(guò)汽車(chē)電池為USB-C設備供電。如此高的控制器開(kāi)關(guān)頻率使得解決方案尺寸很小，帶寬很高，并且AM無(wú)線(xiàn)電頻帶之外的EMI很低。擴頻調頻和低EMI電流檢測架構均有助于LT8390A應用通過(guò)CISPR 25 Class 5級EMI標準的嚴格考驗。

高功率密度轉換：尺寸（和功率）、效率、熱量在汽車(chē)或便攜式電子設備環(huán)境中工作的電壓調節器系統的設計，受到電路的空間需求以及工作時(shí)產(chǎn)生的熱量的限制。在給定設計約束條件下工作時(shí)，以上兩個(gè)因素決定了可實(shí)現功率水平的上限。

提高設計的開(kāi)關(guān)頻率允許使用較小的電感，而這常常是寬輸入電壓四開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器設計中尺寸最大的元件。與150 kHz或400 kHz設計相比，LT8390A的2MHz開(kāi)關(guān)頻率能力支持使用尺寸小得多的電感。圖1顯示了一個(gè)完整設計。除了較小的電感外，該解決方案僅使用陶瓷型輸出電容，無(wú)需使用體積較大的電解電容。該設計所需的全部元器件（包括IC）都包含在一個(gè)1平方英寸的小型電路板上，如圖1所示。

汽車(chē)usb type c電源解決方案

圖2顯示了一個(gè)采用符合AEC標準的元器件的45 W LT8390A解決方案。該設計相比環(huán)境溫度的最高溫升為65°C，如圖3所示。盡管解決方案尺寸很小，但LT8390A系統在提供45 W輸出時(shí)的峰值效率可達94%；在全輸入范圍內，對于所產(chǎn)生的每個(gè)輸出電壓，效率偏差小于10%，如圖4中的圖表所示。

汽車(chē)usb type c電源解決方案

汽車(chē)usb type c電源解決方案

汽車(chē)usb type c電源解決方案適合汽車(chē)應用的低EMILT8390A具有多種獨特的降低EMI的特性，可實(shí)現高功率轉換和低噪聲性能，從而簡(jiǎn)化其在汽車(chē)系統中的實(shí)施。LT8390A與其他四開(kāi)關(guān)控制器之間的顯著(zhù)差異在于電感電流檢測電阻的位置。大多數四開(kāi)關(guān)降壓-升壓控制器往往使用接地基準電流檢測方案來(lái)獲得開(kāi)關(guān)電流信息，而LT8390A將其電流檢測電阻與電感串聯(lián)。通過(guò)將檢測電阻與電感串聯(lián)，便可有效地將電阻從降壓和升壓熱環(huán)路中移除，從而縮小環(huán)路尺寸并改善EMI性能。

除了電感檢測電阻位置的架構優(yōu)勢外，LT8390A還內置擴頻調頻功能以進(jìn)一步降低控制器產(chǎn)生的EMI。此外，降壓和升壓功率開(kāi)關(guān)的邊沿速率僅使用幾個(gè)分立元件來(lái)控制，以減緩MOSFET的導通，確保在降低功率開(kāi)關(guān)的高頻EMI與溫升之間達成適當的平衡。憑借這些降低EMI的特性，滿(mǎn)足CISPR 25標準所需的唯一濾波器由輸入和輸出上的小型鐵氧體濾波器提供，而不是大型鐵氧體外殼和粗笨的LC濾波器。圖1所示的解決方案采用符合AEC-Q100標準的元器件設計。

輸出電壓的無(wú)縫轉換LT8390A的輸出電壓可以在不關(guān)閉轉換器的情況下進(jìn)行調整，方法是使用邏輯電平信號來(lái)驅動(dòng)MOSFET，從而調節輸出端的電阻分壓器以改變設定電壓。帶GPIO引腳的USB PD源控制器可與LT8390A系統配合使用，為主機和USB連接設備之間的協(xié)商過(guò)程提供便利，并設置所需的總線(xiàn)電壓。

圖5顯示了LT8390A系統輸出從一個(gè)輸出電壓非常平穩地轉換到另一個(gè)輸出電壓。當從12V輸入電源供電時(shí)，從數字控制信號的上升沿開(kāi)始測量，每次轉換到更高輸出電壓最多需要150μs就能穩定。在輸出電壓改變期間，降壓-升壓控制器經(jīng)歷降壓、升壓和降壓-升壓操作之間的模式轉換，具體取決于輸入與輸出電壓的關(guān)系。這些模式轉換以受控方式執行，防止輸出電壓過(guò)度過(guò)沖或下降。

汽車(chē)usb type c電源解決方案擴展到45W以上要將輸出功率水平提高到45W以上，需要以較低開(kāi)關(guān)頻率工作，以便降低開(kāi)關(guān)損耗，否則這種功率水平可能會(huì )給MOSFET帶來(lái)熱應力。作為L(cháng)T8390A的替代產(chǎn)品，LT8390的工作頻率介于150 kHz和600 kHz之間，具有與LT8390A相同的特性組合，可實(shí)現低EMI、高功率降壓-升壓設計。采用較大電感和輸出電容的400 kHz LT8390系統，可輕松利用汽車(chē)電池輸入實(shí)現100 W的輸出功率，溫升在可接受范圍內。圖6顯示了各種電池供電輸入下LT8390A和LT8390產(chǎn)品線(xiàn)的功率能力。

汽車(chē)usb type c電源解決方案

結論

針對為連接設備供電的穩壓器的新usb標準，支持通過(guò)增加穩壓器可提供的輸出電壓范圍和電流輸送來(lái)實(shí)現更高的功率傳輸。便攜式和汽車(chē)電池供電的USB-C充電器設備需要一種寬VIN/VOUT降壓-升壓穩壓器，以便輸送高于或低于輸入電壓的總線(xiàn)電壓。2MHz開(kāi)關(guān)頻率使LT8390A可以提供最高45W的輸出功率，解決方案尺寸很小。對于超過(guò)45W的功率水平，可以使用LT8390，不過(guò)解決方案尺寸會(huì )略微增大，開(kāi)關(guān)頻率會(huì )降低。