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對通用充電器的需求 隨著越來越多的消費類電子設備改用電池供電，如何給這些設備充電就成了一個重要問題。記得以前的手機使用的充電器五花八門，其中有一些可能還在你的抽屜里。除了手機充電器，其他設備如剃須刀、相機和手持游戲機也各自需要不同的充電器。出差或度假經常需要隨身攜帶一袋子充電器，因為極少有充電器能通用于多個設備。 當USB micro-B成為智能手機、智能手表和智能家居恒溫器等眾多低功耗設備的首選連接器后，情況開始發生變化。不過USB micro-B最高只能提供約5W的功率，因此不適合大型設備。 USB-C正在變得無處不在 USB實現者論壇（USB Implementers Forum，USB-IF）于2014年底推出的USB Type-C連接器標準實現了創新，通過在接口兩面各使用12個對稱的引腳，使連接器正反兩面皆可插入。新的連接器標準與USB 3.1接口規范幾乎同時發布，但USB-C不一定要采用3.1規范進行通信。此外，USB-C還引入了傳輸其他數據信號的能力，比如用于傳輸的DisplayPort、HDMI、Thunderbolt以及USB數據。還有一個關鍵點是，USB-C能提供獨立于USB數據模式的供電（PD）功能。USB-C有兩個專用的引腳（CC1和CC2），用來與主機協商，在最高5A的電流下提供最高20VDC的電壓（圖1）。 憑借其100W的供電能力，USB-C很快就順理成章地成為了各種消費類電子產品的通用電源連接器，取代了以前常用的micro-B連接器和眾多圓柱狀的“筒形”連接器。 
圖1 : USB-C連接器的引腳規格（資料來源：USB實現者論壇） USB供電方式 當前的USB-PD V3.0規范規定了四個額定電壓等級：5V、9V、15V和20V，并可選擇以20mV為步進單位設定電壓。此外，該規范還支持最高達100W的輸出功率水平，并能夠提供恒壓或恒流充電。這為設備充電提供了許多新機會，包括筆記本電腦和其他更高功率的設備。不過要使用USB-C連接器充電，實際應用中還需要配備微控制器、額外的電路和軟件協議棧。 替換筒形連接器面臨的技術挑戰 在使用USB-C PD連接器代替筒形連接器時，工程團隊需要完全熟悉USB PD規范，并確保設備在合規性和互操作性方面符合USB-IF的嚴格認證要求。符合USB-C標準的充電器本質上是一種可編程電源，它需要進行通信以使負載能夠請求所需的電壓和電流。因此，所有設計都需要微控制器和相關固件來操作完整的USB PD軟件協議棧。在設計中引入更多組件將會拉長總體物料清單（BOM），并需要多次迭代來優化電源電路，最終形成一個在技術上和經濟上都切實可行的解決方案。 設計最優解決方案 相對于從頭開始實現USB PD，工程師們更愿意使用預先經過USB-IF認證的解決方案，比如Cypress EZ-PD™筒形連接器替代品（BCR）評估套件(CY4533)（圖2）。這種解決方案可用于輕松設計產品原型，用USB-C連接器代替傳統的筒形連接器而無需開發任何固件（圖3）。這樣可以非常快速地改造現有產品，讓其改用通用的USB-C充電器。
圖2：Cypress EZ-PD筒形連接器替代品（BCR）評估套件顯示了主要的組件和連接（資料來源：Cypress）
圖3：使用Cypress EZ-PD BCR評估套件將USB-C輕松集成到終端設備的步驟（資料來源：Cypress） Cypress的EZ-PD筒形連接器替代品（BCR）評估套件嵌入了Cypress CYPD3177 BCR控制器，設計師可以通過電阻階梯組合將其設置為所需的負載電壓和電流值，而無需創建任何固件或自定義設備編程。完成初始原型設計后，Cypress還提供方便使用的參考設計，以便CYPD3177和六個電阻可以與合適的USB-C插座，如Molex USB-C連接器（圖4）一起集成到最終產品中。Molex USB-C連接器屬于Molex緊湊型USB Type-C連接器和電纜系列，支持最高達10Gbps的傳輸速度，并具有100W全功率供電能力。USB-C插座是通過將高溫尼龍注塑模外殼放入金屬外殼制成，具有中間連接板，支持穩定可靠的插配操作。
圖4：Molex USB-C插座支持最高達10Gbps的傳輸速度，具有100W供電能力，與額定電流1.8A的micro-USB 2.0相比，電池充電時間可縮短64%（資料來源：Molex） 文章來源：貿澤電子 作者簡介：Robert Huntley是一位具有HND資格認證的工程師和技術作家。他擁有電信、導航系統和嵌入式應用工程等專業背景，代表貿澤電子撰寫了各種技術和實踐文章。 |
