基于Microchip的UCS100X系列的智能USB充電器

　　摘要：本設(shè)計(jì)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(jì)筆記本電腦、平板電腦、顯示器、擴(kuò)展底座和打印機(jī)等主機(jī)設(shè)備，以及墻壁適配器等專(zhuān)用AC-DC電源和充電產(chǎn)品，提供了基于USB的先進(jìn)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(jī)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(duì)有源電纜(如Apple Lightning連接器)以及12W充電的支持，采用一個(gè)內(nèi)置電流傳感器的UCS1002-2可以報(bào)告充電電流量，這有助于系統(tǒng)優(yōu)化其充電電流，并適當(dāng)分配功率。此外，UCS100X還可以通過(guò)一種靈活的方法，檢測(cè)和創(chuàng)建充電仿真配置文件，以支持未來(lái)USB產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

　　1　UCS1002 USB充電的優(yōu)點(diǎn)

　　1. UCS1002能夠滿(mǎn)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(fèi)電能的插頭負(fù)載。加州能源委員會(huì)估計(jì)每年消耗的8,000 GWh電能中，只有2,900 GWh實(shí)際用于充電，UCS1002完成充電后，能進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)以節(jié)省電能，從而實(shí)現(xiàn)“綠色充電”。

　　2. UCS1002能夠滿(mǎn)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(biāo)準(zhǔn)。

　　4. 通過(guò)UL2367和IEC60950認(rèn)證。

　　5. 具有多個(gè)選項(xiàng)的可配置，這使設(shè)計(jì)人員能夠升級(jí)他們的系統(tǒng)，向市場(chǎng)推出新的產(chǎn)品，同時(shí)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(gè)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(guò)PI的TNY278模塊轉(zhuǎn)化為直流5V給MCU和UCS100X供電。

　　● UCS100X充電模塊

　　當(dāng)USB設(shè)備連接到USB主機(jī)或USB集線(xiàn)器的下游端口時(shí)，會(huì)檢測(cè)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(gè)設(shè)備可識(shí)別的信號(hào)，讓其知道所連接的是充電器，而不是USB主機(jī)或集線(xiàn)器，當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到充電器的信號(hào)時(shí)，可以汲取超出USB規(guī)范(500mA)的電流?？梢酝ㄟ^(guò)SMBus接口配置芯片充電，它內(nèi)部預(yù)加載的仿真配置文件應(yīng)用于下游設(shè)備，七個(gè)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(kāi)始上電的時(shí)候，UCS1002會(huì)運(yùn)行這七個(gè)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(shí)候就會(huì)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(dú)立工作，只需要AC220輸入，USB就能給手機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用仿真并測(cè)量VBUS電流，從而找到最大值，HCA程序里面還包括包含一個(gè)“電池電量耗盡”檢測(cè)程序，啟動(dòng)定時(shí)器在幾分鐘內(nèi)輪循不同的配置文件，檢測(cè)電池是否耗盡，如果設(shè)備剛開(kāi)始插入的時(shí)候電池電量很低，那就會(huì)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(fèi)電能，實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色充電器。