基于Microchip的UCS100X系列的智能USB充電器

　　摘要：本設(shè)計介紹了Microchip 公司UCS100X系列產(chǎn)品的智能USB充電器整體方案。這些全新的電源控制器為設(shè)計筆記本電腦、平板電腦、顯示器、擴展底座和打印機等主機設(shè)備，以及墻壁適配器等專用AC-DC電源和充電產(chǎn)品，提供了基于USB的先進充電功能。

　　引言

　　Microchip公司新型USB端口電源控制器的UCS1001和UCS1002系列廣受歡迎。這些全新控制器為智能手機和平板電腦提供了更高的電流和優(yōu)先充電功能。UCS100X增加了對有源電纜(如Apple Lightning連接器)以及12W充電的支持，采用一個內(nèi)置電流傳感器的UCS1002-2可以報告充電電流量，這有助于系統(tǒng)優(yōu)化其充電電流，并適當分配功率。此外，UCS100X還可以通過一種靈活的方法，檢測和創(chuàng)建充電仿真配置文件，以支持未來USB產(chǎn)品設(shè)計。

　　1　UCS1002 USB充電的優(yōu)點

　　1. UCS1002能夠滿足“綠色充電”的要求：許多電源適配器在未連接下游設(shè)備的空閑狀態(tài)下被視為浪費電能的插頭負載。加州能源委員會估計每年消耗的8,000 GWh電能中，只有2,900 GWh實際用于充電，UCS1002完成充電后，能進入低功耗休眠狀態(tài)以節(jié)省電能，從而實現(xiàn)“綠色充電”。

　　2. UCS1002能夠滿足“通用”USB充電器的要求：廣泛的設(shè)備充電覆蓋范圍，從Apple到Samsung，再到所有其他品牌。

　　3. 符合BC1.2標準。

　　4. 通過UL2367和IEC60950認證。

　　5. 具有多個選項的可配置，這使設(shè)計人員能夠升級他們的系統(tǒng)，向市場推出新的產(chǎn)品，同時為更廣泛的現(xiàn)有產(chǎn)品提供兼容性，降低淘汰的可能性。

　　2 USB充電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

　　USB充電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由三個部分組成：電源模塊、充電模塊以及MCU控制模塊。

　　1)USB充電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體框圖如圖1。

　　2)工作原理。

　　● 電源模塊

　　交流180-220V輸入通過PI的TNY278模塊轉(zhuǎn)化為直流5V給MCU和UCS100X供電。

　　● UCS100X充電模塊

　　當USB設(shè)備連接到USB主機或USB集線器的下游端口時，會檢測到D+和D-上的15kΩ下拉電阻，以及VBUS上的5V，向設(shè)備發(fā)送一個設(shè)備可識別的信號，讓其知道所連接的是充電器，而不是USB主機或集線器，當設(shè)備檢測到充電器的信號時，可以汲取超出USB規(guī)范(500mA)的電流?？梢酝ㄟ^SMBus接口配置芯片充電，它內(nèi)部預加載的仿真配置文件應用于下游設(shè)備，七個配置文件涵蓋了Apple低功率和高功率設(shè)備、DCP以及Samsung平板電腦，一開始上電的時候，UCS1002會運行這七個配置文件，從而找出最大充電電流的方案并記憶，下次同樣設(shè)備插入的時候就會以最大電流充電。

　　● MCU控制模塊

　　UCS1002有兩種工作模式。第一種是獨立工作，只需要AC220輸入，USB就能給手機充電。第二種是將HCA與PIC^®MCU配合使用：最大電流算法“HCA”程序符合USB BC1.2標準，可以支持絕大多數(shù)的手持設(shè)備大電流充電的需求。上電初始，利用PIC^®MCU將UCS1002內(nèi)置的“Legacy”配置文件或自定義配置文件寄存器可應用仿真并測量VBUS電流，從而找到最大值，HCA程序里面還包括包含一個“電池電量耗盡”檢測程序，啟動定時器在幾分鐘內(nèi)輪循不同的配置文件，檢測電池是否耗盡，如果設(shè)備剛開始插入的時候電池電量很低，那就會以很大的電流充電，隨著充電量的飽和，提供的充電電量也逐漸降低，確保不浪費電能，實現(xiàn)真正意義上的綠色充電器。