L'introduction de la transmission de puissance USB (PD) améliore considérablement la capacité de puissance du protocole d'interface USB et a le potentiel de prendre en charge un système jusqu'à 100 W. Lors de la transmission de données, un seul câble est nécessaire pour fournir plus de puissance aux équipements électroniques/électriques. L’espace utilisé et le coût d’installation peuvent donc être réduits. USB PD signifie que le sens d'alimentation n'est plus fixe. Par conséquent, en fonction de la situation spécifique, l'appareil peut agir comme un récepteur (obtenir l'alimentation via VBUS) ou comme une alimentation (fournir l'alimentation via VBUS). L'appareil peut utiliser la spécification PD pour implémenter des applications haute puissance et énumérer le matériel connecté. Après cela, ils peuvent fournir la force nécessaire. Le chargement via un appareil en est un exemple.

Objectif de conception

Il existe de nombreuses façons potentielles de concevoir la recharge via des appareils. Le principe est que l'alimentation du chargeur est transmise au port 1 via le port 2 pour charger le matériel connecté (comme un ordinateur portable). Cependant, cela peut être réalisé de différentes manières, et chacune a ses avantages et ses inconvénients spécifiques.

Obtenir vsafe5v

Dans cette section, nous présenterons deux méthodes de conception différentes qui peuvent être utilisées pour l'implémentation de vsafe5v. Dans une conception, vsafe5v passe également par le port 2, tandis que dans une autre conception, vsafe5v est généré en interne.

Figure 1 : diagramme schématique décrivant la mise en œuvre de la charge vsafe5v via le port 2

Le vsafe5v passant par le port 2 est décrit dans la figure 1. Lorsque le matériel connecté demande un profil de puissance plus élevé, le port 2 négocie le même profil. Une fois le port 2 terminé le processus de négociation, le port 1 informera l'ordinateur portable que l'alimentation est prête.

Le principal avantage de cette méthode est qu’elle conserve une conception simple et ne nécessite pas l’utilisation d’un générateur interne de 5 V. Cependant, cette voie présente également certains inconvénients. Étant donné que vsafe5v est direct, le niveau de tension et la capacité de courant dépendront directement de l'alimentation du port 2. Si la tension d'entrée est proche de la limite inférieure de la spécification PD (4.75 V à 5.5 V), vsafe5v peut être inférieur à la spécification du côté du port 1. Ceci est dû à la chute de tension dans le circuit. Un autre inconvénient à noter est que le processus de négociation haute tension doit subir des étapes de négociation supplémentaires côté port 2. Cela peut prendre un peu de temps, il est donc possible de dépasser la spécification de synchronisation PD.

Figure 2 : diagramme schématique de la mise en œuvre directe du vsafe5v intégré

Une autre option disponible consiste à générer vsafe5v sur la palette, comme le montre la figure 2. Dans ce cas, vsafe5v peut être généré en totale conformité avec la spécification usbpd. L'exemple présenté ici utilise la fonction récepteur de l'ordinateur portable et détermine le meilleur mode de charge pour l'appareil connecté. Négociez ensuite le profil via le port 2 et définissez le niveau de tension avant que le rôle ne passe au port 1. Une fois le passage au port 1 terminé, il peut définir un profil plus élevé pour la demande de matériel de connexion car le profil de charge est déjà disponible sur le port 2. .

Cette disposition de conception est avantageuse car les performances de vsafe5v peuvent être prédites. La raison est que vsafe5v est généré en interne. De plus, la tension de négociation n’a pas besoin d’être renégociée sur le port 2, ce qui accélérera le délai d’exécution. Cependant, cette approche présente un inconvénient évident qu’il convient de reconnaître. Ce type de conception ne peut pas être utilisé pour certains hôtes, c'est-à-dire les hôtes qui basculent entre plusieurs profils. Sur la base des différents hôtes et hubs testés par l'équipe d'ingénierie ftdi, des différences dans la mise en œuvre de la négociation de puissance ont été observées entre les différents fabricants.

Autres considérations

En plus du vsafe5v détaillé ci-dessus, d'autres facteurs doivent être pris en compte lors de la conception du chargement via l'appareil. Ceux-ci inclus:

1. Décharge VBUS – puisque le dispositif de charge directe agira initialement comme un récepteur, l'ingénieur doit être conscient de la nécessité d'une décharge VBUS. Lorsqu'un appareil est déconnecté en tant que source, il doit retrouver son rôle d'origine de récepteur. Dans le même temps, le VBUS doit se décharger sur toute la voie de passage dans le délai spécifié.

2. Chute de tension – la chute de tension sur tout le chemin de passage doit être minimisée.

Afin de garantir que le chemin d'alimentation dans le système de décharge partielle fonctionne de manière efficace, un interrupteur de charge contrôlé par le dispositif de décharge partielle traversante est utilisé. Ce commutateur de charge comprendra un transistor de passage (généralement un MOSFET avec un bloc de commande marche/arrêt). Étant donné que le courant de charge d'une décharge partielle peut atteindre 5 A, il ne faut pas oublier que la source de drain sur la résistance (RDSON) dans l'interrupteur de charge doit être faible, afin que la perte de puissance impliquée ne soit pas trop importante et que la tension au port 1 reste dans les spécifications de décharge partielle.

3. Limite de courant de surtension : lorsque le chargeur est connecté au port 2 et que le chargeur est connecté au port 1, un courant de surtension peut être généré si la charge capacitive est commutée sur le rail d'alimentation. L'ampleur du courant de surtension dépendra du temps de montée en tension et de la capacité de charge. Une rampe de tension abrupte augmentera le courant de surtension et provoquera une chute transitoire du VBUS. Cela pourrait entraîner une réinitialisation du matériel connecté, ce qui doit être évité. En plus d'affecter le fonctionnement du matériel de connexion, cette condition peut endommager ou raccourcir la durée de vie de l'ensemble interrupteur de charge. Bien qu'une grande capacité de charge réduise la chute de tension transitoire, elle augmentera le courant d'appel. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler le taux de conversion du commutateur de charge pour prolonger le temps de montée de la rampe de tension et d'optimiser la capacité de charge pour limiter le courant d'appel et la chute du VBUS. Un autre avantage du contrôle du taux de commutation sur l'interrupteur de charge est qu'en tant que mesure de protection contre les surintensités (en raison de la présence d'un courant de surtension élevé), il peut empêcher le chargeur de couper l'alimentation du dispositif de passage, car cela entraînerait évidemment l'interruption de la charge en décharge partielle.

4. Consommation d'énergie interne - aux fins de la consommation d'énergie interne, il est évident qu'une certaine quantité d'énergie doit être déduite du mode de charge. Ceci doit être pris en compte lors de la détermination des paramètres de fonctionnement du système.

Conclusion

L'objectif global de la conception des équipements PD avec capacité de connexion directe est d'assurer une connexion et une alimentation électrique fluides entre divers hôtes ou hubs USB PD. Si les ingénieurs s’assurent de bien comprendre tous les projets abordés dans cet article, ils pourront atteindre cet objectif. Ftdi fournit la technologie avancée IC à double port nécessaire pour prendre en charge le développement du système de transmission d'énergie USB, comme décrit ci-dessus. Le circuit intégré de transmission de puissance de la société permet au matériel de passer d'un récepteur à une source sans aucune interruption du flux de données.

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