充电供电双端一体化,PD31 DRP芯片最新全面汇总
前言
快充技术在快速普及发展,USB标准化组织引入了DRP(Dual Role Port)双角色端口技术,这项技术能使USB设备动态地切换角色。简单来说,DRP 端口不仅可以充当电力的输入端(DFP),也可以在需要时变为电力的输出端(UFP),这种双重角色功能使得协议芯片能够在充电和供电之间无缝切换,实现一体化的充电和供电解决方案。
PD3.1 DRP芯片
充电头网汇总了通过USB-IF PD3.1认证的DRP芯片,汇总成下表所示。
接下来充电头网将会对其中的芯片作一个详细解析,排名不分先后,按企业英文首字母排序。
Chipsea芯海
芯海CS32G051
芯海科技 CS32G051 是一款适用于PC应用的 USB Type-C 和 USB PD 控制器。集成了 Type-C CC 和 USB PD 所有功能,HPD 检测模块,SBU Switch,USB2.0 MUX,USB BC1.2。同时还集成了多种手机的快充协议,以增强终端设备的充电兼容性。
CS32G051 符合USB PD3.1标准,支持PPS、PD3.1 FRS,还兼容QC2.0/3.0/4+、FCP、SCP、SSCP、AFC以及BC1.2等充电协议,支持被配置为DFP、UFP或DRP。CS32G051 还支持单芯片双USB-C口设计,具备快充、投屏、数据传输全功能,是芯海科技专门面向 PC 生态推出的产品。
Hynetek慧能泰
慧能泰HUSB239
HUSB239是一款高度集成的独立USB Type-C®和功率传输(PD)控制器。HUSB239整合了CC逻辑、USB PD协议和传统协议。用户可以自由配置HUSB239作为Sink或DRP。此外,它支持识别调试配件和音频配件。
HUSB239可以在两种模式下运行:I²C模式和GPIO模式。在I²C模式下,I²C主机可以访问HUSB239以配置设置、读取状态并执行高级功能,例如PR Swap、DR Swap和VDM消息。在I²C模式下,HUSB239支持PPS、SPR AVS、最大48V / 5A EPR PDO和EPR AVS。
HUSB239是一款可以独自运行的PD DRP,支持PR_SWAP、DR_SWAP、 VCONN Role Swap、支持Discover ID和Discover SVID,用于带数据通信的Type-C场合。它不用任何软件编程,不需要烧录,即贴即用。
HUSB239的超低工作电流有助于系统降低总功耗,适用于电池应用。HUSB239提供QFN 3mm x 3mm-16L封装。
Ismartware智融
智融SW2505H
SW2505H 是一款集成PD3.1、QC、UFCS等全协议支持的低功耗控制器芯片,通过了USB PD3.1 EPR认证,支持DRP模式,内嵌MCU,拥有16路GPIO,C口支持在线升级,支持在线仿真调试,支持光耦/FB控制/I2C支持主从模式。
SW2505H内部集成了高效的40MHz Cortex-M0处理器、大容量Flash和SRAM存储、多种通信接口(I2C、UART)以及GPIO和GPADC支持,具备低功耗设计,支持3.3~32V调压控制以及0.3~12A输出限流控制,具有多种反馈控制方式以及母线电压检测,内部集成CV、CC环路和VIN、VBUS快速放电以及NMOS驱动电路,为系统提供高度稳定和可靠的电源管理。
SW2505H支持DPDM双向快充协议,允许充电器与设备之间进行双向通信、共享信息,支持BC1.2、PD3.1 DFP/UFP、DRP等规范以及集成Type-C接口逻辑,支持多种快充协议以及私有协议定制功能,支持死电池激活以及低功耗检测模式,可智能协调最佳充电参数,满足不同设备的需求,提供高效充电和数据传输。
Legendary乐得瑞
乐得瑞LDR6020
乐得瑞LDR6020是带有3组6路DRP USB-C及PD通信协议处理模块和USB2.0 Device模块的16位RISC MCU,拥有USB PD3.1通信功能,具有262字节非折叠PD3.1长数据包通信能力,并且可以通过CC,UART,I2C,USB2.0四种模式进行固件在线升级。
LDR6020采用QFN-32 4*4封装,拥有13路ADC,28 位双向 I/O 口,1 位输入口,2 路 PWM,可以做定制化功能设计,并且未来还会开放嵌入式云IDE开发系统。
LDR6020的应用场景非常广泛,比如Type-C多功能转接器,Type-C显示器,Type-C移动电源等等,并且芯片内置I2C Slave通信控制单元,UART通信控制单元,可以与其他主控芯片进行通讯协商。
乐得瑞LDR6020P
LDR6020P是基于SIP技术,内置3组6路DRP USB-C及PD通信协议处理模块,两路20V VBUS控制MOS,内阻15毫欧(VGS>10V)~22毫欧(VGS>5V),16位RISC MCU的电源管理芯片(PMU),使得外围更加简洁,电路设计更加方便。
图3 LDR6020P规格书截图
从规格书可以看出,LDR6020P,内置了LDO和两颗20V耐压的PMOS,单颗MOS的实际工作电流可以达到5A。在两颗作为串联使用时,考虑到温升问题,建议限制在3A。
LDR6020P采用QFN-48 5*5封装,芯片集成电源管理,内置5V LDO输出,最大可往外供30mA。
LDR6020P芯片自带USB 2.0 Billboard,内置32MHz和32KHz振荡器,内置48M USB2.0高精度振荡器,全面支持标准所规定DFP,UFP,try.SRC,try.SNK四种设备角色。
在双口便携显示器的应用中,LDR6020P简化了电路设计,不再需要外挂多颗MOS,因为芯片已经内置了两路耐20V的Vbus控制MOS,所以Vbus的电源管理都直接由芯片控制,不仅节约了电路板空间,还省了不少成本。
MERCHIP水芯电子
水芯M12269
M12269作为MERCHIP水芯电子快充充放电平台中的一款明星芯片,是面向多串电芯大功率移动电源和储能应用的专用SOC。
M12269集成了同步升降压电压变换器、驱动模块、电池充放电管理模块、显示模块、电量计算模块,提供单C口最大140W输入/输出功率,支持PD3.1、QC3.0、AFC、FCP、SCP、BC1.2DCP等主流快充协议,并提供输入/输出的过压/欠压、电池过压/欠压、NTC高低温、放电过流、短路保护等完备的保护功能。配合极简的外围电路,即可组成140W多口移动电源。
M12269支持高效充放电管理,自动匹配最优充电模式:高效Buck-Boost转换器(开关频率:最大1MHz); 最大输入/输出功率140W,最高充放电效率98%;支持3~8电芯串数以及宽的串电芯规格(4.2V/4.25V/4.3V/4.4V/4.45V);支持充电电流自适应和放电电压:3.3-28V,最大充电和放电电流均为5A;放电电压精度10mV,充电电流精度5mA;支持ABCL口的各种组合,支持双路C口以及支持线损补偿功能。
VIA Labs 威锋电子
威锋VL605
VL605是一款专为USB-C影音转接器和多功能扩充底座优化的单芯片解决方案。它整合了两口的USB-C PD 3.1控制器,在启用EPR时可支持高达240W的charge-through充电,这意味着用户在享受高清视频输出的同时,还能为连接的设备提供快充。
VL605还能够将DisplayPort信号转换为最高8K60Hz或4K240Hz的HDMI 2.1信号输出,这在当前市场上是极为罕见的。它不仅支持HDR,还兼容DisplayPort规范的Adaptive Sync(自适应同步),并支持AMD的FreeSync技术,将其转换为HDMI 2.1的VRR。这使得采用VL605的产品能够显著提升游戏体验,提供更高质量和更流畅的画面。
随着HDMI 2.1的普及,VL605的推出恰逢其时。HDMI 2.1相较于HDMI 2.0,带宽从18Gbps提升至48Gbps,能够处理更高的4K刷新率影像,如4K120Hz、4K144Hz,甚至在使用DSC的情况下可达到240Hz。VL605的内建DisplayPort接收端口支持HBR3数据传输速率,在4信道模式下可达到32.4Gbps,而HDMI发射端支持FRL和TMDS模式,峰值带宽分别为48Gbps和18Gbps。
VL605采用QFN 68封装(8x8x0.85mm)。此外,VL605还内建了DSC译码器,支持最新DisplayPort 2.1规范里的自主模式(Autonomous Mode)和源端控制模式(Source-controlled Mode),赋予信号源端更多的控制能力。在安全性方面,VL605通过内建的ECDSA验证来执行安全的固件更新,有效避免了恶意固件代码攻击的风险。
威锋电子产品部处长张惠能对VL605的可塑性给予了高度评价。他指出:“DisplayPort和HDMI作为目前业界主流的音视频规范,现在与USB Type-C规格紧密结合,配合威锋电子多样化的USB Hub控制芯片,VL605能够创造多种具备USB PD charge-through功能的USB-C多功能扩展底座应用。随着苹果、高通和联发科新一代手机芯片开始提供硬件光线追踪功能,三A级游戏大作也开始移植到手机平台上,VL605的产品需求前景很被看好。搭配VL605的双口USB PD控制器和HDMI 2.1输出功能,让手机不仅能够作为掌上型游戏机使用,还能轻松将其转变为家用游戏机,在投影到4K/8K大屏幕电视时,可同时为手机充电,提供崭新的游戏体验。”
威锋VL108
威锋VL108是一款高度集成的单芯片DisplayPort Alt模式和PD 3.1控制器芯片,专为USB-C设备设计,可用于支持带有充电功能的USB-C多功能拓展坞。VL108内置了USB-C充电UFP,可通过DP Alt模式或USB4 DP隧道方式执行视频输出功能,同时在检测到外部电源后为连接的PD主机提供充电。VL108提供两组UFP CC引脚对,可选择用于总线供电或自供电应用。它还集成了两个USB-C DRP DFP,可以连接到USB-C电源适配器以为PD主机充电,也可以连接到USB-C设备以进行数据传输。
UFP和两个DFP均支持最新的PD3.1 EPR规范,可支持48V 5A(240W)的功率输出。此外,两个DRP DFP还集成了D+/D-充电ePHY,支持使用D+/D-进行协议握手,然后转换为PD协议以通过UFP输出电源。无论是哪个DFP端口,都可以按照先插入先服务的原则为主机充电。
VL108的设备策略管理器能够协商DFP和UFP之间的电源规则,从而启用电源充电。它还支持在电池电量耗尽模式下为主机充电以及快速角色切换。此外,VL108还具备USB Billboard设备功能,以满足“VESA DP Alt模式在USB Type-C上”的规范。它还支持智能自动待机功能,当连接接口处于空闲状态时,会自动进入深度省电模式,非常适用于智能手机配件。
VL108内置了RC振荡器、线性电压调节器、Vbus电压和电流检测器,可以通过Vbus电源稳定工作,并监测异常电源行为。此外,它提供多达17个GPIO引脚,用于特定应用。SPI接口可支持外部SPI闪存,或与VLI Hub控制器共享SPI闪存进行固件升级。固件更新可以通过USB Billboard或I2C从属接口进行。VL108提供两种封装型号可供选择:QFN 60L(7x7x0.85 mm),支持两个DRP DFP,以及QFN 48L(6x6x0.85 mm),支持一个DRP DFP。
威锋VL107
VL107支持显示端口alt模式和USB PD3.1控制,通过了PD3.1认证,TID:10461。并具备有Secure FW Update Console,Apple可自Apple程序中更新这款转换器的固件程序。
威锋VL109
VL109是一款来自VIA Labs的高度集成的3端口USB PD 3.1控制器,专为USB-C多功能扩展坞设计。它支持视频输出和设备充电,符合最新的USB PD3.1 EPR规范,能够处理高达240W的功率。VL109内置多种安全保护功能,并支持智能自动待机模式,适用于智能手机和移动配件等领域。
充电头网总结
综上所述,随着快充技术的迅猛发展和USB PD3.1标准的广泛应用,DRP芯片的创新为设备间充电和供电的无缝切换提供了极大的便利。这些芯片不仅在设计上具备高度集成性和可靠性,还通过支持多种快充协议和扩展功能,实现了充电和数据传输的高效协同。
通过对不同企业的DRP芯片进行详细分析,我们可以看到每款芯片都各具特色,适用于不同的应用场景。例如,芯海的CS32G051针对PC生态,智融的SW2505H则为快充和数据传输提供了全面支持。这些产品不仅推动了USB快充标准的进步,也为终端设备的性能提升提供了强大的硬件支撑。
未来,随着市场对高效充电和多功能设备的需求不断增加,DRP技术将继续成为快充领域的关键推动力。无论是移动设备、PC外设,还是显示器和多功能扩展坞,DRP芯片都将在更多应用场景中发挥核心作用。
高效均衡,释放电池组潜力,主动均衡锂电芯片汇总全解
前言
在锂电池应用中,需要将单体锂电池进行串联,组成不同电压和不同容量的电池组进行使用。电池串联在一起后,由于每节电池的自身差异,在电池使用过程中,每节电池的电压和容量是有差异的(这种差异随环境和时间越来越大)。在电池组充放电过程中,由于木桶效应,最低容量的单节电池会限制电池组的整体放电和充电,导致整体容量的缩减。
为了解决上述问题,一般在保护板或电池管理系统设计中会增加均衡功能。电阻均衡功能的加入,能够在充电时,自动为高压满电的电池放电,保持串联中电压低的电池充电,从而使电池组达到平衡。电池组中,串联的所有电池都能充满电,也能充分完全放电,实现电池组的满充满放,最大化电池组容量。
主动均衡锂电芯片
目前主流的电池均衡设计方向有两种,也就是被动均衡和主动均衡。主动均衡通过在电池组内部传输能量,将电压较高的电池能量转移到电压较低的电池,从而实现均衡,而被动均衡则是通过耗散电阻将电压较高的电池的多余能量消耗掉。
目前市面上的大多数均衡芯片都是被动均衡芯片,主动均衡芯片的优势在于能更高效地利用电池组的能量,减少能量浪费,并延长电池寿命,特别适用于大容量和高精度要求的场景。充电头网也查询各方资料,汇总出多款主动均衡锂电芯片成下表所示。
排名不分先后,按企业英文首字母排序。
ETA钰泰
钰泰ETA300x
钰泰半导体推出了ETA300x系列主动均衡系列芯片,当相邻两节或多节电池的压差达到一定值时,芯片就会通过电感转移多余能量,将电压较高电池的能量储存在电感中,并为电压较低的电池充电。
由于采用主动式的电感储能均衡,实现了高效的大电流主动均衡,并可以兼容快速充放电。ETA300x系列芯片的专利技术可以在电池充电、放电和静置阶段实现高效均衡,有效降低均衡电路带来的能量损耗。
钰泰ETA300x系列芯片采用钰泰自主的专利技术,不同于传统被动均衡技术,ETA300x系列芯片采用电感储能,从电压高的电池放电,为电压低的电池充电。
由于采用电感主动均衡方式,均衡功率更大,发热也更低,均衡时间大大缩短,均衡电流大小不再受到散热的限制。
钰泰ETA3000
ETA3000芯片在待机模式下仅消耗2μA的待机电流,芯片具有低至50mV的均衡电压精度,可以自动检测需要均衡的电池,当相邻两节电池的压差达到一定值的时候,自动进行均衡,适用于2-6节串联的电池组使用。其均衡电流支持电阻设置,最大均衡电流可达2A。
ETA3000芯片支持均衡状态指示,开关频率为1MHz,支持使用小体积电感,芯片支持电池过电压保护,欠压保护和过热保护,适用于2~6串电池系统,如:移动电源,电子烟,无人机电池等便携设备和电池备份系统。ETA3000采用SOT23-6和DFN2*2-8等小封装形式,其中DFN2*2-8封装支持使能控制和均衡状态指示。
钰泰ETA3005
ETA3005系列芯片是ETA新一代的大电流主动均衡控制芯片,在待机模式下仍然维持着超低的待机电流(2μA);芯片具有更低的均衡电压精度(10mV);可以自动检测需要均衡的电池,当相邻两节电池的压差达到一定值的时候(低至30~50mV),自动进行均衡;其均衡电流支持电阻设置,由于其MOS外置,最大均衡电流可达10A;另外,为了方便MCU的控制,增加了使能级联控制控制,使得均衡工作更加灵活、安全。
ETA3005系列芯片还集成了电池过压保护,欠压保护和过热保护等保护功能,特别适用于2-16节及以上的串联电池组使用,如:户外电源、家庭储能、电动车、电动工具等大功率多串电池储能系统。
ETA3005采用MSOP-10封装形式,封装小,外围精简。
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1、钰泰ETA300x系列主动均衡芯片,为大功率充放电保驾护航
INJOINIC英集芯
英集芯IP2305
IP2305 是一款两节串联电池均衡充电芯片,工作电压为4.5V至6V,内置 1000mA 线性充电和串并切换电路,支持锂电池和磷酸铁锂电池,可以实现给2串电池均衡充电。
IP2305可定制充电电流,最大为1A,具有完整的涓流充电(TC)、恒流(CC)和恒压(CV)充电三种充电过程;涓流充电(TC)阶段可预充电恢复完全放电的电池;恒流(CC)模式下安全地提供降压快速充电;最后阶段恒压(CV)充电模式确保安全地达到电池满容量。
IP2305 集成串并切换 MOS,单路切换 MOS的导通内阻 150 mΩ,可以把 2 串电池切换成单节电池充电;切换 MOS 的控制时序由硬件实现,切换可靠性高;
IP2305 支持两串电池压差检测,如果 2 节电压大于 30mV,就会先对电压低的电池充电,保证 2 节电池充电的均衡;
IP2305 支持一路 LED 充电状态指示引脚和两路电池状态指示引脚。当切换为对应的电池时,B1_SAT 和 B0_SAT 会对应输出高电平,用于指示当前连接电池;
IP2305 具有输入欠压保护功能,可以智能调节充电电流,自适应适配器负载能力,防止将适配器拉挂。IP2305 采用 ESOP8 封装。
总体来说,该芯片具备充电均衡功能,解决了电池配对烦恼,无需担心电池充不满,影响续航能力或因电压过充异常导致鼓包等问题,延长电池寿命。电池充电切换时序采用硬件实现,可靠性高。同时外围简单,性价比高。
英集芯IP2305与一元硬币实观大小对比。
充电头网总结
随着USB PD3.1标准的普及,越来越多的移动电源等电子设备采用多串锂电池架构,来实现高效的大功率输出,主动均衡芯片的高均衡电流,低待机功耗优势非常适合内置多串电池组的设备使用,例如移动电源、户外电源、电动车、电动工具等产品。
通过使用主动均衡芯片,能够消除传统被动均衡的电阻发热和电量消耗,通过高效的主动均衡将电量由电压高的电池搬运到电量低的电池中,高效快捷的实现电池均衡,将电池组潜力充分发挥。在大功率充放电时代,延长多串电池组的使用寿命,给消费者更好的体验!
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