USB Type-C也称为 USB-C，而为多种外围设备生成USB Type-C的充电电源，需要采用灵活的 DC/DC 变换器，它与控制器配合为相应设备提供所需的电压和电流。随着功率密度的增加，特别是在多电源端口或集线器应用中，效率变得至关重要，功耗也需要降至最低以最大限度地降低内热。而USB 电源的可编程电源 (PPS) 规范可以助力电源转换设备增加更多集成功能。

本文将重点介绍如何实现具有灵活功能的完整 USB C 供电 (PD) 解决方案。这种方案必须满足 PPS 规范中列出的电流和电压规范要求，同时仍支持全功能 USB Type-C产品。下述内容将涵盖设计的主要方面，包括组件选择、电路板布局以及如何利用可编程特性和设置进行功能优化。以 MPS提供的MPQ4272 升压/降压变换器和MPQ4230升降压变换器为例，我们将对器件操作进行分析，以优化开关频率和峰值电流，从而最大限度地减少功率传输损耗。本文还将介绍如何将 DC/DC 变换器与恰当的 USB PD 控制器配合应用，以提供完整的 PD 解决方案。

USB 可编程电源 (PPS) 规范要求

PPS 标准是 USB PD 规范（通过usb.org可获得）的一部分，主要侧重于促进电池快速充电。 PPS电源可以每10秒与受电设备交换一次数据，因此，根据USB电源受电设备设置的条件，电源可以动态调整输出电压和电流。PPS 功能允许对电压和电流小步逐步改变。而受电设备可以请求电源做出这些改变。这种电源控制是减少功率转换损耗的有效方法，当专用电池充电器增加了另一级转换损耗时，尤其有用。

锂离子电池充电的标准流程是从恒流充电状态开始的（在保持固定恒定电流的同时电池电压逐渐升高）；然后在达到特定电压之后，变为恒压充电（在保持固定电压的同时充电电流逐渐减小）。图 1显示了锂离子电池的充电曲线。

早期USB 规范允许固定5V 的电源电压。USB C PD 规范发展为包含其他更高的电压选项，但不包括步进电压变化。要为电池充电，最重要是有一个降压稳压充电器，这无疑增加了另一个会产生热量并降低效率的转换步骤。

PPS 标准允许USB C电源提供电压和电流控制，以便直接为电池充电，并减少功率损耗。PPS 电源能够以20mV的标称步长调整输出电压，并以50mA的步长用于电流限制。其电压输出范围为3.3V至21V。 这个范围与 USB 通信协议相结合，可为单节或多节电池电源提供智能充电解决方案。另外，有些应用因为与受电设备之间的电缆损耗而需要补偿到负载的 I-R 压降，增量电压控制也适用于这些应用。

USB电源解决方案

USB Type-C 电源的输出必须符合输出电压和电流的规范，但电源的输入可以具有多种特性，例如电压范围可宽可窄、功率能力可高可低。 为电源选择电源转换设备需要同时考虑输入源以及所需的输出功能，例如完整的USB Type-C 和PPS 功能。

由于电源的最大输出电压为 21V，超过 21V 的电源则需要使用降压（buck或step-down） DC/DC 变换器。许多应用都要求较低的电压，例如汽车的12V 电池需要使用升降压 DC/DC 变换器将输入电压转换为更高和更低的输出电压。相比有四个开关的升降压变换器，只有两个电源开关的降压变换器更具成本效益，尽管升降压变换器用途更广。本文将对这两种方案均进行说明（参见图 2）。

一个完整的 USB Type-C 解决方案需要一个电源转换组件和一个 USB PD 控制器。 控制器完成与功率接收设备之间必要的握手，然后将正确的设置信息传送到 DC/DC 变换器，以确保将电力输送到 USB 端口。 下面的讨论将以带控制器的 DC/DC 变换器为例。

USB Type-C降压变换器解决方案

一个理想的 USB C 降压变换器解决方案应包括高效同步开关 FET、具有内置补偿功能的多功能控制元件，以及串行通信接口以提供与 USB 控制器设备之间的直连链路。MPS 的 MPQ4272即具备这些功能，而且可以为双端口 USB 应用提供双输出配置。我们将以该器件为例来说明降压 USB Type-C 解决方案。MPQ4272 降压变换器提供最大 36V 输入电压和每输出高达 3A 的负载电流，可以实现60W双输出电源解决方案（见图 3）。

继续阅读 >>>请复制下方链接进入MPS官网查看：

https://www.monolithicpower.cn/202302_5